煤礦大型機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)

1、煤礦大型機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)0 背景介紹管好、用好煤礦大型關(guān)鍵設(shè)備，是煤礦穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的前提，也是煤礦安全生產(chǎn)的保障， 若能對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，及時(shí)準(zhǔn)確識(shí)別核心零部件故障的微弱特征信號(hào)，必將為潛在故障預(yù)示和演化、壽命預(yù)測(cè)和制定維修策略提供技術(shù)支持，從而提高煤礦關(guān)鍵裝備整體運(yùn)行安全性和可靠性，實(shí)現(xiàn)由“事后維修”到“預(yù)知維修”的轉(zhuǎn)變，避免意外停機(jī)及惡性事故發(fā)生，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。煤礦現(xiàn)行的設(shè)備維修方式基本上是通過(guò)維修工人憑直覺(jué)目測(cè)、敲擊、觸摸等手段判斷，由于受人為因素的影響，其可靠性較差。溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)己廣泛應(yīng)用于煤礦設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，但設(shè)備在即將出現(xiàn)事故溫度才會(huì)急劇上升，因

2、此溫度檢測(cè)難以完成設(shè)備安全監(jiān)測(cè)和早期預(yù)警的重任和及時(shí)報(bào)警的現(xiàn)場(chǎng)要求。鐵譜技術(shù)是現(xiàn)階段煤礦行業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷常用技術(shù)，美國(guó)煤礦開展 屑監(jiān)測(cè)工作較早，然而，在應(yīng)用鐵譜分析技術(shù)屬于離線監(jiān)測(cè)，大多還是從設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)采集油樣，再在實(shí)驗(yàn)室制作譜片進(jìn)行油液成分分析，分析周期相對(duì)較長(zhǎng)，速度慢，降低了設(shè)備監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性。振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷，是設(shè)備故障診斷最常用、最有效的方法之一。設(shè)備振動(dòng)信號(hào)中包含了系統(tǒng)、零部件由于磨損、疲勞、老化等因素引起的劣化和失效等重要信息，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集、分析和處理，可以監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，識(shí)別機(jī)械設(shè)備的故障類型、故障來(lái)源，從而為設(shè)備的維修提供依據(jù)，以達(dá)到

3、保障設(shè)備安全運(yùn)行的目的。設(shè)備在線監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)目的：1、概述傳統(tǒng)的礦用機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅僅局限于簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)的采集與集中監(jiān)測(cè)顯示，這種方式雖然在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)中起到重要作用，但不能及時(shí)準(zhǔn)確地診斷分析出機(jī)電設(shè)備可能出現(xiàn)的故障。礦用機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)主要由YHZ18礦用本安型振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀和KGS18礦用本安型振動(dòng)加速度傳感器構(gòu)成，可以智能地診斷出設(shè)備可能存在的不對(duì)中、不平衡、配合松動(dòng)、裝配不當(dāng)以及軸承疲勞損傷等潛在故障，適用于煤礦通風(fēng)機(jī)、皮帶輸送機(jī)、水泵等重要機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷分析?？梢哉_有效地揭示潛在故障的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移，智能地診斷出設(shè)備故障原因與故障嚴(yán)重程度，為

4、應(yīng)急控制和維修管理提供準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)，從而節(jié)約維修費(fèi)用，避免重大事故發(fā)生。2、主要設(shè)備介紹2.1 YHZ18礦用本安型振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀 振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀整合了豐富的故障診斷知識(shí)，包括二十余年來(lái)科研人員在故障機(jī)理、故障特征提取、機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)診斷以及典型故障案例等多方面的研究成果，該監(jiān)測(cè)分析儀在ISO2372國(guó)家振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上融合了振動(dòng)烈度、振動(dòng)加速度信息進(jìn)行報(bào)警判斷，集在線監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)診斷分析為一體，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的信息化、智能化，并可實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期的狀態(tài)監(jiān)控與故障實(shí)時(shí)診斷分析。 振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀功能（1）12通道數(shù)據(jù)同步高速采集在對(duì)振動(dòng)模擬信號(hào)進(jìn)行抗混濾波處理基礎(chǔ)上，采用高精度16位AD采集芯片實(shí)現(xiàn)1

5、2通道振動(dòng)信號(hào)同步高速采集。（2）故障頻率自動(dòng)計(jì)算在故障機(jī)理研究基礎(chǔ)上，通過(guò)被檢測(cè)設(shè)備零部件的機(jī)械參數(shù)設(shè)置，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備故障頻率計(jì)算。（3）獨(dú)特的故障定量分析和智能診斷功能利用先進(jìn)的信號(hào)識(shí)別與表征技術(shù)，內(nèi)嵌基于時(shí)域、頻域、小波理論故障特征提取技術(shù)以及故障定量與智能診斷算法，定量診斷故障損傷部位與嚴(yán)重程度，將振動(dòng)監(jiān)測(cè)信息智能地轉(zhuǎn)化為預(yù)測(cè)性機(jī)械狀態(tài)報(bào)警，克服傳統(tǒng)故障診斷對(duì)專業(yè)技術(shù)人員的過(guò)分依賴。（4）“黑匣子”功能內(nèi)置250M電子盤，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)和故障狀況的本地存儲(chǔ)，確保設(shè)備異常停機(jī)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)“黑匣子”功能。（5）數(shù)據(jù)傳輸功能通過(guò)高速以太網(wǎng)接口/RS485，確保原始數(shù)據(jù)與診斷結(jié)果的連續(xù)記錄與上

6、傳。 主要技術(shù)指標(biāo)：（1）礦用本質(zhì)安全型，標(biāo)志為“ExibI”；（2）供電電源：電壓 DC16-24V 電流：不大于600mA；(3) 12路振動(dòng)加速度的電流輸入信號(hào)接口：電流4-20mA，振動(dòng)峰峰值0-20；(4) 頻率范圍：0.5-5000Hz，準(zhǔn)確度：±5%；(5) 1路頻率信號(hào)輸入接口：測(cè)量范圍：0-1000Hz， 測(cè)試誤差： 0.5%；(6) 1路RS485接口：傳輸速率4800bps，傳輸距離不小于2km；(7) 1路以太網(wǎng)口：半雙工TCP/IP電信號(hào)傳輸，傳輸速率10Mbps；(8) 16位AD采樣，最大采樣率52K，所用通道同步采樣； (9) 外殼防護(hù)等級(jí)：IP54；

7、 (10)外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：415mm×306 mm×73mm； (12)重量：約5 Kg。 產(chǎn)品特色：(1) 井下機(jī)電設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)通過(guò)本安型振動(dòng)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(dòng)信號(hào)的同步采集；(2) 多故障信息融合報(bào)警判斷通過(guò)ISO2372國(guó)家振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，融合設(shè)備振動(dòng)烈度、振動(dòng)加速度以及設(shè)備溫度等信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備振動(dòng)報(bào)警；(3) 設(shè)備實(shí)時(shí)診斷分析預(yù)示通過(guò)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(cè)與實(shí)時(shí)診斷，克服了設(shè)備故障診斷對(duì)專業(yè)人員的過(guò)分依賴；(4) 廣泛的通訊接口 通

8、過(guò)RS485、網(wǎng)口以及基于數(shù)據(jù)庫(kù)的后臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀與已有設(shè)備監(jiān)測(cè)平臺(tái)的配接；證書：2.2 KGS18礦用本安型振動(dòng)加速度傳感器 礦用本安型振動(dòng)加速度傳感器主要用于煤礦機(jī)電設(shè)備易損傷部件的振動(dòng)檢測(cè)，采用雙層殼體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，內(nèi)置放大器輸出電流信號(hào)與振動(dòng)加速度成正比，輸出信號(hào)對(duì)地絕緣，密封性能良好。 主要技術(shù)指標(biāo)：礦用本質(zhì)安全型： Exib輸出靈敏度：0.8mA/g輸出方式：4-20mA使用頻率范圍：0.5-5000Hz±1dB振動(dòng)范圍：0-20g使用溫度：-30-85對(duì)地絕緣電阻：>1000M供電電源：12-30V 安裝方式：證書：3 應(yīng)用示例3.1主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與

9、故障診斷系統(tǒng)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)、分析診斷工作站設(shè)備工程師計(jì)算機(jī)Hub溫度、負(fù)壓等信號(hào)采集工控箱公司辦公樓現(xiàn)場(chǎng)操作室局域網(wǎng)絡(luò)WEB/數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器企業(yè)監(jiān)測(cè)工作站設(shè)備負(fù)責(zé)人計(jì)算機(jī)打印機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)工作站防火墻溫度傳感器壓力傳感器振動(dòng)傳感器振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀Internet主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、分析、管理于一體，既有傳統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測(cè)如溫度、壓力、振動(dòng)等參數(shù)監(jiān)測(cè)，又有設(shè)備故障實(shí)時(shí)分析功能，能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)與診斷分析，給出預(yù)警指示，為維修管理提供科學(xué)依據(jù)。主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)功能：（1）在線監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)的流量、風(fēng)壓、振動(dòng)、溫度等運(yùn)行狀態(tài)信息；（2）報(bào)警參數(shù)設(shè)置功

10、能；（3）溫度、振動(dòng)等關(guān)鍵參數(shù)趨勢(shì)分析與預(yù)警功能；（4）各種故障點(diǎn)記憶功能，以便于故障分析；（5）具有運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史記錄查詢、工況參數(shù)列表顯示等功能；（6）設(shè)備溫度與振動(dòng)融合監(jiān)測(cè)診斷功能；（7）故障智能診斷功能；（8）振動(dòng)時(shí)域分析功能；（9）頻譜分析功能；(10) 包絡(luò)譜分析功能(11) 報(bào)表生成與打印(12) 網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸功能系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)診斷界面：系統(tǒng)報(bào)表：報(bào)警監(jiān)控與診斷分析功能診斷報(bào)告功能膠帶輸送機(jī)軸承在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)膠帶輸送機(jī)軸承在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)膠帶輸送機(jī)軸承在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)通過(guò)膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和軸承溫度信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)的采集監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)診斷分析，為用戶

11、提供一套專門化的、產(chǎn)品化的，集可靠性、實(shí)用性和先進(jìn)性為一體的故障診斷裝置與分析系統(tǒng)。系統(tǒng)功能：（1）軸承溫度在線監(jiān)測(cè)功能（2）軸承振動(dòng)大小監(jiān)測(cè)功能（3）軸承溫度與振動(dòng)大小融合報(bào)警功能（4）軸承振動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)診斷分析功能（5）軸承振動(dòng)信號(hào)頻譜分析、包絡(luò)譜分析等離線分析功能（6）軸承溫度與振動(dòng)大小趨勢(shì)分析功能（7）診斷報(bào)告與打印功能4、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：（1）振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀與振動(dòng)加速度傳感器山西省西山煤電集團(tuán)東曲礦黃臺(tái)峰2# 通風(fēng)機(jī)軸承故障檢測(cè)， 振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)加速度傳感器安裝振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀顯示軸承故障原因?yàn)檩S承內(nèi)圈配合松動(dòng)，故障嚴(yán)重程度為中期故障，兩個(gè)月后檢修發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈出現(xiàn)劃痕。軸承內(nèi)圈劃痕

12、原因分析：考慮到黃臺(tái)峰風(fēng)機(jī)地基下沉，軸系存在對(duì)中不良，軸承受到局部壓力大，表面發(fā)生塑性變形，使內(nèi)圈與軸頸的配合尺寸發(fā)生變化，軸承內(nèi)圈與軸兩者的軸心線不重合，軸承每轉(zhuǎn)一圈發(fā)生一次交變的軸向力作用，從而在振動(dòng)信號(hào)中出現(xiàn)調(diào)制頻率為軸旋轉(zhuǎn)頻率及其倍頻成分。根據(jù)以上分析，故障原因?yàn)檩S承內(nèi)圈與軸配合不當(dāng)。（2）振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀用于西山煤電集團(tuán)杜兒坪煤礦新華風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè) 振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀現(xiàn)場(chǎng)使用與運(yùn)行2010年9月18日振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀用于西山煤電集團(tuán)杜兒坪煤礦新華風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)，連續(xù)運(yùn)行2個(gè)月，振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀運(yùn)行正常。（3）振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀在左權(quán)煤礦新安裝通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)中應(yīng)用：1、振動(dòng)加速度信號(hào)波形：振動(dòng)峰峰值大小為8

13、1.6 m/ss (8.16g) 峭度指標(biāo):1.81032、振動(dòng)烈度信號(hào)波形：振動(dòng)烈度為29.7 mm/s （最大值*0.707） 3、振動(dòng)加速度信號(hào)頻譜圖4、振動(dòng)加速度信號(hào)包絡(luò)譜分析：分析結(jié)果：1、 風(fēng)機(jī)軸承型號(hào)為NU324，軸承故障頻率為：內(nèi)圈損傷故障頻率97.5Hz，外圈損傷故障頻率為65Hz，滾動(dòng)體損傷故障頻率為60Hz。 分析圖譜中未發(fā)現(xiàn)與軸承各故障頻率相對(duì)應(yīng)的成分。2、 從振動(dòng)加速度時(shí)域波形可以看出風(fēng)機(jī)振動(dòng)劇烈，峰峰值達(dá)到80m/ss，此外，時(shí)域波形上存在雜亂毛刺，說(shuō)明風(fēng)機(jī)零部件存在摩擦現(xiàn)象；3、 振動(dòng)加速度信號(hào)頻譜圖中沒(méi)有出現(xiàn)明顯的軸承故障頻率成分，在700Hz附近存在明顯的邊頻帶現(xiàn)象，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)分析，