煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障檢測系統(tǒng)智能化研究

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 咸陽 712000)

振動(dòng)檢測裝置已實(shí)現(xiàn)了在石化、電力、化工、造紙、機(jī)械制造等多行業(yè)的廣泛應(yīng)用，主要體現(xiàn)在對于電機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、變速箱等機(jī)械設(shè)備的檢測方面。基于機(jī)械振動(dòng)幅度、頻率等物理量變化的監(jiān)測，充分掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，針對關(guān)鍵設(shè)備搭建在線監(jiān)測系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于設(shè)備持續(xù)運(yùn)行過程中詳細(xì)記錄設(shè)備的各類運(yùn)行參數(shù)，即加速度、速度等。由于發(fā)生機(jī)械故障時(shí)極易發(fā)生異常振動(dòng)，在機(jī)械故障時(shí)振動(dòng)幅度與頻率等信息會(huì)隨之變化，所以可通過采集振動(dòng)信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，相關(guān)系統(tǒng)已在煤化工機(jī)電設(shè)備的檢測中實(shí)現(xiàn)了普遍應(yīng)用[1]。據(jù)此，本文設(shè)計(jì)了煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)。

1 煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)

通過構(gòu)建Web平臺，對煤化工機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與振動(dòng)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測?；趙ifi網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將煤化工機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸于移動(dòng)端，通過Web后臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，同時(shí)構(gòu)建巡檢管理系統(tǒng)，高性能傳感器與繼電器以此獲取機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)。而識別技術(shù)即專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，可科學(xué)分析評估故障信息與參數(shù)狀態(tài)，以發(fā)現(xiàn)故障位置與原因，確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.1 系統(tǒng)原理與流程

采集數(shù)據(jù)主要包含兩部分，即基于檢測傳感器所采集的機(jī)電振動(dòng)與溫度相關(guān)數(shù)據(jù)；機(jī)電設(shè)備預(yù)先選中生成的電氣參數(shù)。移動(dòng)檢測終端負(fù)責(zé)上傳與下載檢測點(diǎn)位置、設(shè)備運(yùn)行等數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)上傳基于wifi網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)完成，并自動(dòng)篩選有價(jià)值信息。針對有效數(shù)據(jù)信息，利用科學(xué)算法以檢測診斷設(shè)備在線振動(dòng)故障具體位置。巡檢設(shè)備將所檢測信息基于基站傳輸至管理平臺，平臺則針對數(shù)據(jù)加以處理分析[2]。

在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)原理具體如圖1所示。

圖1 檢測系統(tǒng)原理

在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)流程具體如圖2所示。

圖2 檢測系統(tǒng)流程

1.2 系統(tǒng)模塊

煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)模塊主要包含用戶管理、角色管理、系統(tǒng)設(shè)置[3]，具體如圖3所示。

圖3 檢測系統(tǒng)模塊

其中用戶請求、角色權(quán)限、用戶角色、類型等都屬于數(shù)據(jù)信息，其與用戶管理模塊息息相關(guān)，實(shí)際作用即存儲煤化工機(jī)電設(shè)備信息資料，分配角色并加以維護(hù)。角色管理模塊的默認(rèn)角色即系統(tǒng)管理員、檢查員、瀏覽用戶，其中管理員具有分配與更新權(quán)限角色的權(quán)利。

1.3 系統(tǒng)服務(wù)端

煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與Web端系統(tǒng)共同構(gòu)成，對于保密性與安全性要求非常高，由于不安全的信息將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重?fù)p失，因此系統(tǒng)選擇訪問控制作為安全機(jī)制，利用授權(quán)機(jī)制控制用戶權(quán)限，以確保加密信息不會(huì)泄露于非授權(quán)用戶。

煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)主要包含采集層、控制層、邏輯層、數(shù)據(jù)儲存層、高級指令層，其通過基于門戶模式的B/S訪問方式，面向不同管理層訪問人員，為其提供智能化、個(gè)性化、針對性服務(wù)。

在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要，選擇了模型-視圖-控制器結(jié)構(gòu)。用戶傳輸請求至控制器，其決定請求的具體性質(zhì)，并傳送到相適應(yīng)的處理器，從而就所請求具體內(nèi)容加以處理分析。各個(gè)處理器都關(guān)聯(lián)這特定模型，業(yè)務(wù)邏輯層尋求與服務(wù)器相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并反饋處理結(jié)果于處理器，而處理器則通過合適的視圖呈現(xiàn)結(jié)果。

在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)服務(wù)端處理流程[6]具體如圖4所示。

圖4 檢測系統(tǒng)服務(wù)端處理流程

其中，Web端系統(tǒng)改進(jìn)了機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提高了使用效率，實(shí)現(xiàn)了故障診斷檢測自動(dòng)化與智能化。

2 煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障智能化檢測裝置

煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障檢測裝置結(jié)構(gòu)[4]具體如圖5所示。

圖5 檢測裝置結(jié)構(gòu)

檢測裝置包含檢測器，外部配置箱體，箱體內(nèi)部滑動(dòng)安置了滑移倉，滑移倉右側(cè)固定安裝了拉手，箱體上側(cè)配置了第一太陽能板與第二太陽能板，滑移倉內(nèi)側(cè)安置了電池組，箱體前側(cè)配置了告警器，告警器表層安裝了顯示屏，箱體下側(cè)配置了吸盤。其中箱體與第一太陽能板之間安設(shè)了彈簧，彈簧外側(cè)配備了內(nèi)圓管與外圓管；第一太陽能板與第二太陽能板輸出端以電性對接電池組輸入端，而電池組輸出端以電性對接告警器、顯示屏輸入端。

箱體兩相對內(nèi)側(cè)水平安裝了滑軌，滑移倉兩相對外側(cè)水平配置了滑條；第一太陽能板右端側(cè)安設(shè)了轉(zhuǎn)軸，兩個(gè)太陽能板之間基于轉(zhuǎn)軸銜接運(yùn)轉(zhuǎn)；顯示屏下側(cè)以電性對接紅色燈珠與藍(lán)色燈珠，告警器左側(cè)安裝了揚(yáng)聲器；箱體與吸盤之間配置了氣泵，其固定于箱體下側(cè)；內(nèi)圓管固定于箱體上表層，外圓管固定于第一太陽能板下表層。

檢測器實(shí)時(shí)檢測機(jī)電設(shè)備振動(dòng)頻率，加以分析并呈現(xiàn)于顯示屏，以便于操作員解析數(shù)據(jù)信息之后，并判斷機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。當(dāng)檢測器檢測到機(jī)電設(shè)備振動(dòng)頻率存在故障時(shí)，紅色燈珠便會(huì)閃動(dòng)，告警器便會(huì)發(fā)出警報(bào)提示，實(shí)時(shí)提醒操作員快速檢測診斷設(shè)備故障，并加以維修。而機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)正常時(shí)，藍(lán)色燈珠保持常亮狀態(tài)，氣泵吸出吸盤中的空氣，以減小吸盤中的壓強(qiáng)，以此吸盤便可緊緊將檢測裝置吸附于機(jī)電設(shè)備表層，在完成工作之后，氣泵再為吸盤添加氣體，便可取下檢測裝置。

此煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用便捷，太陽能板可吸收光能，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艽鎯τ陔姵亟M，節(jié)能環(huán)保效益較高；檢測器檢測到機(jī)電設(shè)備故障時(shí)，紅色燈珠會(huì)快速閃亮，并發(fā)出告警信息，快速提醒操作員采取措施檢測維修，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行正常時(shí)，藍(lán)色燈珠會(huì)處于常亮狀態(tài)[5]。

3 煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)測試

以煤化工機(jī)電設(shè)備通風(fēng)機(jī)為例，進(jìn)行在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)測試。通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)軸承損傷故障，葉片與機(jī)殼摩擦故障等。通過在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)設(shè)置軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體數(shù)量、滾動(dòng)體直徑等軸承參數(shù)與葉片數(shù)量，通過故障頻率計(jì)算方法、包絡(luò)解調(diào)方法、故障定量識別方法，自主計(jì)算軸承故障頻率與葉片摩擦故障頻率，智能化提取機(jī)電設(shè)備故障信息，診斷機(jī)電設(shè)備故障嚴(yán)重程度與具體位置。

通風(fēng)機(jī)振動(dòng)過于劇烈，通過在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)采集并分析振動(dòng)信號，其中通風(fēng)機(jī)振動(dòng)加速度信號波形具體如圖6所示。

圖6 振動(dòng)加速度信號波形

通風(fēng)機(jī)振動(dòng)烈度信號波形具體如圖7所示。

圖7 振動(dòng)烈度信號波形

由圖7可知，通風(fēng)機(jī)振動(dòng)過于劇烈，加速度峰值甚至超出了80 m/s2，并且時(shí)域波形存有過于雜亂無章的毛刺，這就表明通風(fēng)機(jī)的零件出現(xiàn)了摩擦；其中振動(dòng)加速度信號振動(dòng)峭度指標(biāo)控制于3以內(nèi)，因此振動(dòng)劇烈并非是由于沖擊性故障。

通風(fēng)機(jī)振動(dòng)加速度信號頻譜分析結(jié)果具體如圖8所示。

圖8 振動(dòng)加速度信號頻譜

通風(fēng)機(jī)振動(dòng)加速度信號包絡(luò)譜分析結(jié)果具體如圖9所示。

圖9 振動(dòng)加速度信號包絡(luò)譜

由圖9可以看出，通風(fēng)機(jī)并未出現(xiàn)太過明顯的軸承故障頻率成分，于700 Hz周圍出現(xiàn)了明顯的邊頻帶現(xiàn)象，通過包絡(luò)解調(diào)分析振動(dòng)信號，獲得調(diào)制頻率為12.8 Hz，對應(yīng)通風(fēng)機(jī)750 r/min旋轉(zhuǎn)頻率；在振動(dòng)波形摩擦現(xiàn)象與故障調(diào)制頻率基礎(chǔ)上，可評估通風(fēng)機(jī)振動(dòng)劇烈的關(guān)鍵影響要素是葉片，并且葉片同樣存在明顯摩擦問題。基于檢修得知，葉片與機(jī)殼摩擦嚴(yán)重，在檢測維修之后，通風(fēng)機(jī)運(yùn)行保持平穩(wěn)狀態(tài)，且振動(dòng)并無異常[8]。

上述研究結(jié)果表明，系統(tǒng)可滿足煤化工機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與在線診斷實(shí)時(shí)性、精確性具體要求，可廣泛推廣應(yīng)用；系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，可預(yù)判設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并制定相應(yīng)檢修策略，在很大程度上提高了煤化工安全生產(chǎn)效率。

4 結(jié) 論

綜上所述，為有效解決煤化工機(jī)電設(shè)備故障檢測既有問題，設(shè)計(jì)了煤化工機(jī)電設(shè)備在線振動(dòng)故障智能化檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)采集了機(jī)電設(shè)備振動(dòng)、溫度等相關(guān)參數(shù)，而檢測服務(wù)器端包含數(shù)據(jù)庫與Web端系統(tǒng)，通過B/S接入方式促使不同人員操作查詢，系統(tǒng)基于各模塊控制實(shí)時(shí)檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及其相關(guān)參數(shù)，自主評估明確故障，檢測消除設(shè)備故障。通過系統(tǒng)測試結(jié)果表明，Web端系統(tǒng)改進(jìn)了機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提高了使用效率，實(shí)現(xiàn)了故障診斷檢測自動(dòng)化與智能化；系統(tǒng)可滿足煤化工機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與在線診斷實(shí)時(shí)性、精確性具體要求，可廣泛推廣應(yīng)用；系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，可提前告警設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并制定相應(yīng)檢修策略，在很大程度上提高了煤化工安全生產(chǎn)效率。