武瑞峰

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

選煤廠煤炭洗選工作為流水線，當(dāng)洗選過程中任一設(shè)備出現(xiàn)故障均會給選煤廠正常生產(chǎn)帶來制約，因此強(qiáng)化設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷對提高選煤廠生產(chǎn)效率具有顯著的促進(jìn)意義[1-3]。因此，應(yīng)運用一種振動篩運行狀態(tài)以及故障診斷系統(tǒng)，以實現(xiàn)對振動篩運行的自動監(jiān)測以及運行故障的模擬診斷。

1 系統(tǒng)硬件的組成

選煤廠煤炭洗選環(huán)節(jié)涉及到的機(jī)電設(shè)備具有布局復(fù)雜、種類繁多等特點，其中最常見設(shè)備有振動篩（脫泥篩、分級篩以及脫介篩等）、輸送機(jī)、斜輪分選機(jī)等。具體選煤廠煤炭洗選流程為：原煤通過帶式輸送機(jī)運輸至振動篩進(jìn)行分級，分選得到的粒徑較小的末煤使用帶式輸送機(jī)運載至末煤倉存儲；分級篩篩上物（塊煤、矸石）采用帶式輸送機(jī)分別運輸至塊煤倉、矸石堆放點進(jìn)行存儲[4-6]。

振動篩運行狀態(tài)及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計到的硬件結(jié)構(gòu)單元主要包括有傳感器（溫度、振動等）、監(jiān)測分站、監(jiān)測子站以及監(jiān)測主站等，具體系統(tǒng)布置見圖1。

圖1 振動篩運行狀態(tài)及故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

在振動篩驅(qū)動電機(jī)、滾筒以及減速器等位置上均布置溫度傳感器，對設(shè)備運行溫度進(jìn)行實時測定；在振動篩激振器、減速器以及彈簧座等位置上均布置振動傳感器，用以對設(shè)備振動參數(shù)進(jìn)行測定。依據(jù)振動篩布置情況，現(xiàn)場共計安裝154個溫度傳感器、92個振動傳感器。監(jiān)測子站可同時獲取8個溫度、8個振動傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)監(jiān)測需要，在振動篩周邊共計需要布置26臺監(jiān)測子站，為了簡化降低子站通信線路布置難度，監(jiān)測子站通過內(nèi)置無線通信模塊將獲取到的溫度、振動參數(shù)傳輸給監(jiān)控分站。監(jiān)測分站與監(jiān)測主站間采用光纖方式進(jìn)行通信，監(jiān)測主站會實時分析各溫度、振動傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，并實時顯示。

2 系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計

振動篩運行狀態(tài)及故障診斷系統(tǒng)上位機(jī)軟件基于Labview平臺開發(fā)，軟件結(jié)構(gòu)主要包括有設(shè)備運行工況、故障診斷、故障模擬以及設(shè)備信息管理等模塊。

2.1 運行工況模塊

設(shè)備運行工況模塊主要功能包括有TCP數(shù)據(jù)采集、振動數(shù)據(jù)分析、溫度數(shù)據(jù)分析、傳感器數(shù)據(jù)存儲以及運行異常報警等。TCP模塊功能主要用以構(gòu)建TCP連接、溫度以及振動數(shù)據(jù)讀取、關(guān)閉TCP連接。

振動數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)定與振動采樣頻率，并將十六進(jìn)制字符轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制字符，通過數(shù)據(jù)解析得到振動烈度以及位移值；溫度數(shù)據(jù)分析模塊將獲取到的十六進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。振動以及溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)采用TDMS控件寫入到數(shù)據(jù)庫。

運行異常報警模塊將監(jiān)測得到的振動、溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比對，若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測值大于設(shè)定閾值時，報警記錄存儲在數(shù)據(jù)庫中并彈出報警窗口。

2.2 故障模擬

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研，獲取得到的振動篩典型故障特征見下頁表1所示。

表1 振動篩典型故障特征

振動篩四端均有彈簧，當(dāng)一個或者兩個彈簧出現(xiàn)故障時，若不能技術(shù)維修會導(dǎo)致其他彈簧故障發(fā)生率增加，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致振動篩無法正常工作。因此，模擬一個或者兩個彈簧故障對掌握振動篩彈簧故障具有重要意義。具體振動篩彈簧故障可通過下述方式進(jìn)行：構(gòu)建振動篩動力模型并進(jìn)行模擬分析，以便獲取振動篩不同彈簧故障發(fā)生時的振動特征；構(gòu)建有限元模型得到彈簧無故障時的振動規(guī)律；模擬不對位置彈簧故障對底座振動參數(shù)的影響。

大梁裂紋是斷裂故障的早期表現(xiàn)形式，通過有限元數(shù)值方法確定大梁裂紋故障的剛度矩陣。構(gòu)建裂紋與彈性模量間定量關(guān)系，并通過數(shù)值模擬方式對大梁故障進(jìn)行仿真分析。最后得到大梁裂紋故障綜合評價指標(biāo)。

2.3 振動篩故障診斷模塊

故障診斷模塊使用的故障診斷方法為投影尋蹤方法，具體對振動篩的24種特質(zhì)指標(biāo)（包含13個時域指標(biāo)、11個頻域指標(biāo)）進(jìn)行分析，最終得到故障診斷模型以及特征指標(biāo)的定義表達(dá)式；隨后將特征指標(biāo)進(jìn)行投影，在保證數(shù)據(jù)特征值精準(zhǔn)度的同時提高數(shù)據(jù)特征的準(zhǔn)確率以及分類效率。具體振動篩故障診斷流程如圖2所示。

圖2 振動篩故障診斷流程

2.4 設(shè)備信息管理

具體構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫類型包括有維護(hù)管理記錄以及設(shè)備檔案信息等。維護(hù)管理記錄信息有維護(hù)記錄、故障信息以及故障診斷維護(hù)建議等。設(shè)備檔案信息有設(shè)備名稱、型號、生產(chǎn)常見、使用年限、安裝位置等。

3 結(jié)論

基于Labview構(gòu)建的振動篩運行狀態(tài)以及故障診斷系統(tǒng)，通過在振動篩周邊布置的154個溫度傳感器、92個振動傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分析，從而掌握振動篩運行狀態(tài)，同時通過將溫度以及振動參數(shù)與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，得到振動篩故障類型，供相關(guān)人員依據(jù)獲取到的振動篩故障類型以及位置，提出針對性的維修措施，以降低潛在的故障給振動篩運行帶來的影響。