【摘要】煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)的安全運(yùn)行直接決定煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，本文主要介紹了膠帶運(yùn)輸機(jī)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的組成及其在設(shè)備維護(hù)和管理中的應(yīng)用。利用在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)對膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常及存在的故障隱患，進(jìn)而合理安排設(shè)備檢修，降低膠帶運(yùn)輸機(jī)的故障率，保證礦井安全生產(chǎn)。在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)踐表明，在線監(jiān)測系統(tǒng)可以有效的監(jiān)測設(shè)備的健康狀態(tài)，為合理制定生產(chǎn)和維修計劃提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】故障診斷;膠帶運(yùn)輸機(jī);在線監(jiān)測系統(tǒng)

引言

隨著煤礦開采機(jī)械化與自動化水平提高，對膠帶運(yùn)輸機(jī)的管理手段與管理方法也提出了更高的要求，如何有效保證膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行安全也成為設(shè)備管理的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)管理方式（如定期維修、點(diǎn)檢）經(jīng)常會導(dǎo)致設(shè)備的過維修、欠維修從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至嚴(yán)重的設(shè)備事故。因此，對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理維護(hù)模式向預(yù)知維修方向轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為設(shè)備管理與維護(hù)的必然趨勢。對設(shè)備實(shí)施在線監(jiān)測與故障診斷是實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)知維修的重要舉措。設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)對設(shè)備運(yùn)行健康狀態(tài)的進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患，為有效的組織設(shè)備的維修提供指導(dǎo)，對提高設(shè)備使用效率及壽命，具有重大意義。

由常州自動化研究院研發(fā)的《煤礦機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)》，采用先進(jìn)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的智能診斷分析，可以有效的預(yù)防和減少設(shè)備事故的發(fā)生。該系統(tǒng)主要用于膠帶運(yùn)輸機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，并取得了一些有意的成果，對于確保煤礦生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免煤礦重、特大設(shè)備事故的發(fā)生意義重大。

1.在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的組成

在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集與分析、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控主機(jī)服務(wù)器、遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷中心等幾部分組成，如圖1所示。在礦生產(chǎn)調(diào)度中心及設(shè)備管理維護(hù)相關(guān)職能科室可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，為制定生產(chǎn)計劃、設(shè)備檢修計劃提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。

圖1 在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)示意圖

數(shù)據(jù)采集與分析包括振動、溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集分站（YHZ18）實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集和分析。數(shù)據(jù)采集分站具有故障特征頻率計算、智能診斷等功能。通過網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息保存到服務(wù)器中，并進(jìn)行Web發(fā)布。設(shè)備出現(xiàn)異常且無法確定設(shè)備異常原因時，可以向遠(yuǎn)程故障診斷中心的專家求助并組織相關(guān)專家進(jìn)行“會診”。

在線監(jiān)測與故障實(shí)能診斷系統(tǒng)，通過實(shí)時采集與在線分析設(shè)備的振動、溫度信號以及電控參數(shù)，能夠?qū)崟r智能地診斷出設(shè)備可能存在的不對中、不平衡、配合松動、裝配不當(dāng)以及軸承內(nèi)圈、外圈、滾動體疲勞損傷等潛在故障，定量地診斷煤礦設(shè)備運(yùn)行好壞，智能判斷故障損傷部位與嚴(yán)重程度，實(shí)現(xiàn)設(shè)備工作狀態(tài)實(shí)時可視化。

1.1 系統(tǒng)主要功能與特點(diǎn)

1）井下機(jī)電設(shè)備振動數(shù)據(jù)采集與存儲：通過本安型振動傳感器與多通道數(shù)據(jù)同步采集芯片，可以實(shí)現(xiàn)煤礦大型機(jī)電設(shè)備振動信號的同步采集。

2）多故障信息融合報警判斷：通過ISO2372國家振動標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，融合設(shè)備振動烈度、振動加速度以及設(shè)備溫度等信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備振動報警。

3）故障特征智能提取與識別：通過濾波技術(shù)去除噪聲干擾，通過包絡(luò)解調(diào)技術(shù)智能提取與識別振動信號中的故障特征。

4）設(shè)備故障實(shí)時分析與智能診斷預(yù)示：通過YHZ18振動監(jiān)測分析儀DSP與ARM雙核處理器，集成高性能智能診斷算法，實(shí)現(xiàn)煤礦大型機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測與實(shí)時診斷，克服了設(shè)備故障診斷對專業(yè)人員的過分依賴。

1.2 系統(tǒng)主要目的

1）為關(guān)鍵設(shè)備故障診斷提供在線智能分析手段，現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)，提高隱患排除實(shí)時性。

通過對關(guān)鍵設(shè)備的軸承、減速器、電機(jī)等易損部件振動溫度信號在線監(jiān)測，利用集成故障智能分析方法的嵌入式診斷分析儀器，在設(shè)備現(xiàn)場自動完成數(shù)據(jù)的分析處理，自動識別故障特征，實(shí)時智能診斷設(shè)備故障原因、故障類型、故障嚴(yán)重程度，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障，提高故障隱患排除實(shí)時性。

2）降低點(diǎn)檢人員工作強(qiáng)度，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)減人增效。

在線點(diǎn)檢系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全方位監(jiān)測，設(shè)備維護(hù)人員可以根據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)提供的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，對設(shè)備進(jìn)行有目的，有針對性的維護(hù)，使得設(shè)備維護(hù)工作變得簡單、高效、可控，為設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的增效減員提供了強(qiáng)有力的保障。

3）轉(zhuǎn)變維修方式，為設(shè)備科學(xué)維修與故障應(yīng)急管理提供數(shù)據(jù)支持。

在線點(diǎn)檢系統(tǒng)以監(jiān)測診斷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，為設(shè)備預(yù)知維修管理提高科學(xué)依據(jù)，降低維修的盲目性，減少關(guān)聯(lián)設(shè)備引起的二次損傷，增加設(shè)備生產(chǎn)效率，減低維修成本，有效避免突發(fā)性事故發(fā)生。

4）與離線點(diǎn)檢系統(tǒng)相結(jié)合保障設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

對負(fù)載較大、易磨損、環(huán)境惡劣點(diǎn)檢工不便檢測的關(guān)鍵大型機(jī)電設(shè)備開展在線點(diǎn)檢系統(tǒng)，與離線點(diǎn)檢有效互補(bǔ)，將極大提高設(shè)備維護(hù)工作效率，從而保障煤礦安全高效生產(chǎn)。

5）探索新的機(jī)電設(shè)備管理手段與管理方法。

目前煤礦主要采用紅外測溫和測振的離線點(diǎn)檢系統(tǒng)用于保障大型機(jī)電設(shè)備安全可靠運(yùn)行，該方法在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與管理維護(hù)等起到了重要的作用，但是離線點(diǎn)檢僅僅局限于設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)大小的采集和顯示，不能實(shí)時智能地判斷設(shè)備故障部位和故障程度，對于設(shè)備故障原因以及設(shè)備劣化過程的識別依賴于專業(yè)技術(shù)人員診斷分析，對于點(diǎn)檢與維修人員的工作經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)水平要求較高，也經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)異常的漏檢及誤判，同時不利于各級管理人員遠(yuǎn)程查看與了解相關(guān)信息。因此，急需探索新的機(jī)電設(shè)備管理手段與管理方法，提高礦井設(shè)備的管理水平。

2.膠帶運(yùn)輸機(jī)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用案例

案例一：設(shè)備不對中故障

大柳塔煤礦于2013年4月在5-2煤主井膠帶運(yùn)輸機(jī)安裝試用在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，共安裝27個振動傳感器與6個溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對膠帶運(yùn)輸機(jī)的電機(jī)、減速機(jī)、滾筒等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全面實(shí)時監(jiān)測。

2013年6月，在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)5-2煤主井膠帶運(yùn)輸機(jī)3#電機(jī)振動幅值增大，其振動幅值的歷史趨勢變化如圖2所示。

圖2 5-2煤主井膠帶運(yùn)輸機(jī)3#電機(jī)振動幅值的歷史趨勢

利用在線點(diǎn)檢系統(tǒng)提供的頻譜分析，可以看出頻譜圖中出現(xiàn)明顯的不對中故障特征頻率，因此，引起電機(jī)輸出軸振動增大的原因?yàn)殡姍C(jī)與減速機(jī)之間存在不對中故障。利用停機(jī)時間對電機(jī)與減速機(jī)之間的聯(lián)軸器及對中精度進(jìn)行檢查。檢查時發(fā)現(xiàn)3#電機(jī)的聯(lián)軸器磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致電機(jī)與減速機(jī)之間出現(xiàn)了不對中故障。檢查結(jié)果與在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果一致。6月8日聯(lián)軸器更換后，其歷史曲線恢復(fù)正常。如圖3所示。

圖3 5-2煤主井膠帶運(yùn)輸機(jī)3#電機(jī)振動頻譜

圖4 電機(jī)測點(diǎn)布置圖

圖5 在線監(jiān)測系統(tǒng)智能診斷界面

案例二：電機(jī)基礎(chǔ)剛度不足故障

黃玉川煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)2#電機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行中振動劇烈，在電機(jī)底座上具有明顯的振感。聯(lián)系電機(jī)廠家及相關(guān)專業(yè)人員對該機(jī)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷分析。采取提高電機(jī)與減速機(jī)之間的對中精度以及檢查電機(jī)的電氣系統(tǒng)故障等一些列措施，未能找出引起電機(jī)振動劇烈的根本原因。最后針對該電機(jī)振動的特點(diǎn)，采用天地（常州）自動化公司自主研發(fā)的在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，對該膠帶運(yùn)輸機(jī)的3臺電機(jī)的振動情況進(jìn)行測試分析與診斷，測點(diǎn)布置圖如4所示。

通過在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，對該膠帶運(yùn)輸機(jī)2#電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷分析。在線監(jiān)測系統(tǒng)的智能診斷分析的結(jié)果如圖5所示。經(jīng)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)分析，確定引起電機(jī)振動劇烈的原因?yàn)椋涸撾姍C(jī)的基礎(chǔ)剛度不足。這也從另一方面說明，提高電機(jī)與減速機(jī)之間的對中精度等一些列措施后，仍然不能夠降低電機(jī)振動強(qiáng)度的原因所在，后經(jīng)礦方對電機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行加固，電機(jī)振動明顯減小。

3.結(jié)論

本文介紹了膠帶運(yùn)輸機(jī)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)組成、功能、主要目的、及在設(shè)備維護(hù)與管理中的應(yīng)用，應(yīng)用在線監(jiān)測系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患，從而合理的制定檢修時間與檢修方案，減少設(shè)備故障停機(jī)、降低了故障率、提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性、節(jié)約了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。通過在線監(jiān)測與故障診斷的實(shí)例說明，引入在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)可以有效提高設(shè)備管理與維修水平，同時可以轉(zhuǎn)變維修方式，為設(shè)備科學(xué)維修與故障應(yīng)急管理提供數(shù)據(jù)支持。隨著煤礦技術(shù)的發(fā)展，對煤礦關(guān)鍵的設(shè)備實(shí)施在線監(jiān)測與故障診斷時也許是未來設(shè)備管理與維護(hù)的發(fā)展方向，對于提高煤礦設(shè)備管理水平，保證設(shè)備安全、可靠的運(yùn)行具有重大意義。

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項(xiàng)目來源：本論文受國家科技支撐計劃項(xiàng)目“大型煤炭基地組合服務(wù)技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用示范（項(xiàng)目編號：2013BAH12F00）”、課題“設(shè)備有償托管與租賃方式研究及應(yīng)用示范（項(xiàng)目編號：2013BAH12F05）”資助。

作者簡介：楊軍亮（1984—），男，陜西神木人，2008年7月畢業(yè)于西安交通大學(xué)，學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)供職于神東煤炭集團(tuán)設(shè)備管理中心，主要從事煤礦設(shè)備運(yùn)行管理工作。