選煤廠機電設(shè)備故障分析及維護

王 磊

(晉能控股煤業(yè)集團馬脊梁礦,山西 大同 037017)

選煤廠是高度機械化的煤炭加工場所,煤炭洗選過程中所需機電設(shè)備較多。對選煤廠技術(shù)與工作人員來說,了解各設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特征、常見故障及維護措施是十分必要的[1-2]。目前選煤廠設(shè)備的故障檢測采用的是人工點檢、巡檢的方式,檢測效率低,實時性差,不能及時排除各設(shè)備的故障信息,容易導(dǎo)致事故的發(fā)生[3-4]。本文將針對某選煤廠各類機電設(shè)備進行故障分析,并建立一種基于嵌入式技術(shù)的故障監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)對洗選、運輸?shù)仍O(shè)備的智能監(jiān)測與維護保養(yǎng)。

1 選煤廠機電設(shè)備故障分析

選煤廠機電設(shè)備按照功能分為分選設(shè)備、破碎設(shè)備、篩分設(shè)備、脫水設(shè)備與運輸設(shè)備等,本節(jié)將對這五類設(shè)備分別進行故障分析,探究各類設(shè)備的主要故障類型、故障原因及維護措施[5]。

1.1 分選設(shè)備故障分析

分選設(shè)備主要將煤料按照不同密度、顆粒大小進行分選,常用設(shè)備包括跳汰機、介質(zhì)分選設(shè)備、浮選設(shè)備與磁選機等,其中跳汰機常見的故障及原因如表1所示[6]。

表1 跳汰機故障分析及處理Table 1 Fault analysis and treatment of jigger

1.2 破碎設(shè)備故障分析

礦山開采的煤炭直徑一般在300～1 000 mm,在洗選過程之前,需要對煤炭進行破碎。按照不同的破碎方式及結(jié)構(gòu)特點,常用的破碎設(shè)備分為:分節(jié)破碎機、雙齒輥破碎機、錘式破碎機以及顎式破碎機等。其中分節(jié)破碎機的常見故障及原因如表2所示[7]。

表2 分節(jié)破碎機故障分析及處理Table 2 Fault analysis and treatment of sectional crusher

1.3 篩分設(shè)備故障分析

篩分設(shè)備是利用帶孔的篩面,將物料按照不同的顆粒大小進行分類,從而達到脫水與脫泥的效果。按照不同的篩面結(jié)構(gòu)及形式,可將篩選分為固定篩、輥軸篩、滾筒篩、搖動篩與振動篩等方式。篩分設(shè)備常見的故障及原因如表3所示[8]。

表3 篩分機故障分析及處理Table 3 Fault analysis and treatment of screening machine

1.4 脫水設(shè)備故障分析

煤的脫水是洗選過程非常重要的環(huán)節(jié),水分的高低決定煤質(zhì)產(chǎn)品的好壞。常用的脫水設(shè)備包括離心脫水機、過濾機與干燥機等,其中離心脫水機用于對水分質(zhì)量要求比較高的場合,過濾機與壓濾機等用于表面積較大,不易脫水的場合。離心脫水機常見的故障如表4所示[9]。

表4 離心脫水機故障分析及處理Table 4 Fault analysis and treatment of centrifugal dehydrator

1.5 運輸設(shè)備故障分析

選煤廠中運輸設(shè)備包括帶式輸送機、刮板輸送機、提升機等,其中帶式輸送機由于輸送量大,結(jié)構(gòu)簡單,維護方便等優(yōu)點在選煤廠中應(yīng)用最廣泛。帶式輸送機的常見故障如表5所示[10]。

表5 帶式輸送機故障分析及處理Table 5 Fault analysis and treatment of belt conveyor

2 設(shè)備故障監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)上文對選煤廠各類機電設(shè)備的故障分析,設(shè)計一種遠程監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)選煤廠設(shè)備的智能監(jiān)測功能。

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)可分為數(shù)據(jù)采集功能、故障監(jiān)測功能、數(shù)據(jù)存儲功能與權(quán)限管理功能。

數(shù)據(jù)采集功能:對各設(shè)備的故障類型進行分析,制定各設(shè)備的監(jiān)測標準,用傳感器采集設(shè)備的振動、溫度、轉(zhuǎn)速與電壓電流等工作參數(shù),并通過有線或無線的傳輸方式,將數(shù)據(jù)傳入嵌入式監(jiān)測設(shè)備中。

故障監(jiān)測功能:通過在線分析與歷史數(shù)據(jù)庫比對等方式,對選煤廠各機電設(shè)備的狀態(tài)進行評估,以數(shù)值和圖表的形式進行直觀反映。

數(shù)據(jù)存儲功能:選煤廠機電設(shè)備較多,所需存儲的數(shù)據(jù)量龐大,采用常規(guī)直接存儲會造成數(shù)據(jù)冗余，從而浪費存儲空間。應(yīng)當將數(shù)據(jù)按照文件索引的方式,將索引目錄存入關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫,方便歷史數(shù)據(jù)的查詢。

權(quán)限管理功能:系統(tǒng)設(shè)置為設(shè)備管理權(quán)限與系統(tǒng)調(diào)試權(quán)限。日常設(shè)備維護與盤點時,向相應(yīng)工作人員授權(quán)設(shè)備管理權(quán)限,可對設(shè)備的日常運行及故障信息進行查詢；系統(tǒng)調(diào)試權(quán)限為系統(tǒng)工程師授權(quán),可對系統(tǒng)參數(shù)進行修改和維護。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計

選煤廠機電設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示,主要包括上位機監(jiān)視層、控制器與設(shè)備采集模塊。上位機安裝于選煤廠調(diào)度室內(nèi),負責各機電設(shè)備的監(jiān)視與統(tǒng)一調(diào)控?？刂破鳛閱纹瑱C系統(tǒng),負責各設(shè)備采集信號的處理、故障分析、數(shù)據(jù)存儲功能。設(shè)備采集模塊由各類傳感器組成,分別采集選煤廠分選設(shè)備、破碎設(shè)備、篩分設(shè)備、脫水設(shè)備與運輸設(shè)備的電流、電壓、溫度、振動與位移等運行參數(shù)與故障信號。控制器與各機電設(shè)備采集模塊通過RS485串口通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,控制器與上位機通過交換機,利用以太網(wǎng)組網(wǎng),實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程控制與數(shù)據(jù)共享。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)總體方案Fig.1 Monitoring system

3 監(jiān)測系統(tǒng)硬件選型設(shè)計

3.1 系統(tǒng)處理器模塊選型設(shè)計

系統(tǒng)處理器的原則是:滿足系統(tǒng)的控制要求,具有良好的擴展性能,適用于惡劣的工作環(huán)境,抗干擾能力強。CPU處理器選用PIC系列單片機,型號為PIC16F873A,該型號為FLASH單片機,擁有哈弗總線結(jié)構(gòu),控制指令簡短,效率高。尋址有直接、間接與相對三種方式,程序執(zhí)行時功能損失小,帶有16位定時器與計數(shù)器,設(shè)有SPI模式、降壓監(jiān)測與復(fù)位功能。單片機最小系統(tǒng)包括CPU處理器、晶振電路、JTAG接口電路等。

3.2 系統(tǒng)傳感器選型

本系統(tǒng)所需要的傳感器包括振動傳感器、位移傳感器、電壓電流傳感器與溫度傳感器。根據(jù)選煤廠各環(huán)境參數(shù)的幅值范圍、采樣精度需求、傳感器的頻率響應(yīng)特性等指標進行各傳感器的選型設(shè)計。振動傳感器選用608A11型傳感器,利用正壓電效應(yīng)原理,通過開關(guān)連接到采集設(shè)備,可用于煤礦生產(chǎn)環(huán)境,適合永久安裝使用,測量靈敏度100 mV/g,頻率范圍0.5～10 Hz。

位移傳感器選用電渦流傳感器,具體型號為JX70-04,是一種非接觸式動態(tài)傳感器,可測量位移范圍0.5～4.5 mm,供電采用DC24V電壓,輸出電流0～20 mA。

溫度傳感器選用PT100鉑電阻傳感器,利用鉑電阻的熱效應(yīng),溫度越高,電阻阻值越大，根據(jù)對應(yīng)關(guān)系,將電路阻值換算為被測環(huán)境溫度。溫度傳感器可測量-45～120 ℃的溫度范圍,最小分辨率為±1℃。從采集精度及抗干擾性分析,本系統(tǒng)的溫度信號采集電路設(shè)計如圖2所示。

圖2 溫度信號采集電路Fig.2 Temperature signal acquisition circuit

4 應(yīng)用效果分析

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用塔山選煤廠以來,受到廣大員工的一致認可,為企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟效益與社會效益。表6為選煤廠在監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用前后三個月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果?？芍?在系統(tǒng)應(yīng)用后,各類機械設(shè)備的故障率都降低50%以上,維修時間減少30～70%,有效地對各類故障起到預(yù)警作用,幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)故障并采取維護措施。

表6 系統(tǒng)應(yīng)用效果Table 6 Application of the system

5 結(jié)語

本文針對某選煤廠各機電設(shè)備的常見故障進行分析,介紹了故障主要原因及維護措施,在此基礎(chǔ)上，建立了機電設(shè)備的故障監(jiān)測系統(tǒng),利用串口通訊及以太網(wǎng)實現(xiàn)各設(shè)備故障信息的采集、傳輸與遠程監(jiān)測功能,便于各設(shè)備的統(tǒng)一管理與監(jiān)測,節(jié)約了巡檢的人力成本。