淺談膠帶運輸機在線監測與故障診斷系統在礦井的應用

【摘要】煤礦膠帶運輸機的安全運行直接決定煤礦的經濟效益，本文主要介紹了膠帶運輸機在線監測與故障診斷系統的組成及其在設備維護和管理中的應用。利用在線監測與故障診斷系統對膠帶運輸機的運行狀態進行監測，能夠及時發現設備異常及存在的故障隱患，進而合理安排設備檢修，降低膠帶運輸機的故障率，保證礦井安全生產。在線監測與故障診斷系統的現場應用實踐表明，在線監測系統可以有效的監測設備的健康狀態，為合理制定生產和維修計劃提供科學、可靠的依據。

【關鍵詞】故障診斷;膠帶運輸機;在線監測系統

引言

隨著煤礦開采機械化與自動化水平提高，對膠帶運輸機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輸機運行安全也成為設備管理的重點。傳統的設備維護管理方式（如定期維修、點檢）經常會導致設備的過維修、欠維修從而造成巨大的經濟損失甚至嚴重的設備事故。因此，對設備的運行狀態進行實時監測，實現設備管理維護模式向預知維修方向轉變已經成為設備管理與維護的必然趨勢。對設備實施在線監測與故障診斷是實現設備預知維修的重要舉措。設備在線監測與故障診斷系統對設備運行健康狀態的進行實時監測，及時發現設備故障隱患，為有效的組織設備的維修提供指導，對提高設備使用效率及壽命，具有重大意義。

由常州自動化研究院研發的《煤礦機電設備在線監測與故障智能診斷系統》，采用先進的設備狀態監測與故障診斷技術，實現設備運行狀態的智能診斷分析，可以有效的預防和減少設備事故的發生。該系統主要用于膠帶運輸機的狀態監測與故障診斷，并取得了一些有意的成果，對于確保煤礦生產的正常運轉，避免煤礦重、特大設備事故的發生意義重大。

1.在線監測與故障診斷系統的組成

在線監測與故障診斷系統是由數據采集與分析、數據傳輸、監控主機服務器、遠程設備故障診斷中心等幾部分組成，如圖1所示。在礦生產調度中心及設備管理維護相關職能科室可以通過網絡實現對設備運行狀態的實時監測，為制定生產計劃、設備檢修計劃提供科學、可靠的依據。

圖1 在線監測與故障診斷系統示意圖

數據采集與分析包括振動、溫度傳感器，數據采集分站（YHZ18）實現設備運行狀態的數據采集和分析。數據采集分站具有故障特征頻率計算、智能診斷等功能。通過網絡將設備的運行狀態信息保存到服務器中，并進行Web發布。設備出現異常且無法確定設備異常原因時，可以向遠程故障診斷中心的專家求助并組織相關專家進行“會診”。

在線監測與故障實能診斷系統，通過實時采集與在線分析設備的振動、溫度信號以及電控參數，能夠實時智能地診斷出設備可能存在的不對中、不平衡、配合松動、裝配不當以及軸承內圈、外圈、滾動體疲勞損傷等潛在故障，定量地診斷煤礦設備運行好壞，智能判斷故障損傷部位與嚴重程度，實現設備工作狀態實時可視化。

1.1 系統主要功能與特點

1）井下機電設備振動數據采集與存儲：通過本安型振動傳感器與多通道數據同步采集芯片，可以實現煤礦大型機電設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國家振動標準基礎上，融合設備振動烈度、振動加速度以及設備溫度等信息，實現設備振動報警。

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

4）設備故障實時分析與智能診斷預示：通過YHZ18振動監測分析儀DSP與ARM雙核處理器，集成高性能智能診斷算法，實現煤礦大型機電設備在線監測與實時診斷，克服了設備故障診斷對專業人員的過分依賴。

1.2 系統主要目的

1）為關鍵設備故障診斷提供在線智能分析手段，現場分析數據，提高隱患排除實時性。

通過對關鍵設備的軸承、減速器、電機等易損部件振動溫度信號在線監測，利用集成故障智能分析方法的嵌入式診斷分析儀器，在設備現場自動完成數據的分析處理，自動識別故障特征，實時智能診斷設備故障原因、故障類型、故障嚴重程度，及時發現設備潛在故障，提高故障隱患排除實時性。

2）降低點檢人員工作強度，提高工作效率，實現減人增效。

在線點檢系統可以實現對設備運行狀態的全方位監測，設備維護人員可以根據在線監測系統提供的設備運行狀態信息，對設備進行有目的，有針對性的維護，使得設備維護工作變得簡單、高效、可控，為設備運行維護的增效減員提供了強有力的保障。

3）轉變維修方式，為設備科學維修與故障應急管理提供數據支持。

在線點檢系統以監測診斷數據為基礎，為設備預知維修管理提高科學依據，降低維修的盲目性，減少關聯設備引起的二次損傷，增加設備生產效率，減低維修成本，有效避免突發性事故發生。

4）與離線點檢系統相結合保障設備安全可靠運行。

對負載較大、易磨損、環境惡劣點檢工不便檢測的關鍵大型機電設備開展在線點檢系統，與離線點檢有效互補，將極大提高設備維護工作效率，從而保障煤礦安全高效生產。

5）探索新的機電設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檢系統用于保障大型機電設備安全可靠運行，該方法在設備運行狀態監測與管理維護等起到了重要的作用，但是離線點檢僅僅局限于設備運行數據大小的采集和顯示，不能實時智能地判斷設備故障部位和故障程度，對于設備故障原因以及設備劣化過程的識別依賴于專業技術人員診斷分析，對于點檢與維修人員的工作經驗及技術水平要求較高，也經常出現設備運行狀態異常的漏檢及誤判，同時不利于各級管理人員遠程查看與了解相關信息。因此，急需探索新的機電設備管理手段與管理方法，提高礦井設備的管理水平。

2.膠帶運輸機在線監測與故障診斷系統應用案例

案例一：設備不對中故障

大柳塔煤礦于2013年4月在5-2煤主井膠帶運輸機安裝試用在線監測與故障診斷系統，共安裝27個振動傳感器與6個溫度傳感器，實現對膠帶運輸機的電機、減速機、滾筒等設備運行狀態的全面實時監測。

2013年6月，在線監測系統發現5-2煤主井膠帶運輸機3#電機振動幅值增大，其振動幅值的歷史趨勢變化如圖2所示。

圖2 5-2煤主井膠帶運輸機3#電機振動幅值的歷史趨勢

利用在線點檢系統提供的頻譜分析，可以看出頻譜圖中出現明顯的不對中故障特征頻率，因此，引起電機輸出軸振動增大的原因為電機與減速機之間存在不對中故障。利用停機時間對電機與減速機之間的聯軸器及對中精度進行檢查。檢查時發現3#電機的聯軸器磨損嚴重，導致電機與減速機之間出現了不對中故障。檢查結果與在線監測系統監測結果一致。6月8日聯軸器更換后，其歷史曲線恢復正常。如圖3所示。

圖3 5-2煤主井膠帶運輸機3#電機振動頻譜

圖4 電機測點布置圖

圖5 在線監測系統智能診斷界面

案例二：電機基礎剛度不足故障

黃玉川煤礦井下膠帶運輸機2#電機在生產運行中振動劇烈，在電機底座上具有明顯的振感。聯系電機廠家及相關專業人員對該機電機的運行狀態進行診斷分析。采取提高電機與減速機之間的對中精度以及檢查電機的電氣系統故障等一些列措施，未能找出引起電機振動劇烈的根本原因。最后針對該電機振動的特點，采用天地（常州）自動化公司自主研發的在線監測與故障診斷系統，對該膠帶運輸機的3臺電機的振動情況進行測試分析與診斷，測點布置圖如4所示。

通過在線監測與故障診斷系統，對該膠帶運輸機2#電機的運行狀態進行診斷分析。在線監測系統的智能診斷分析的結果如圖5所示。經在線監測與故障診斷系統分析，確定引起電機振動劇烈的原因為：該電機的基礎剛度不足。這也從另一方面說明，提高電機與減速機之間的對中精度等一些列措施后，仍然不能夠降低電機振動強度的原因所在，后經礦方對電機基礎進行加固，電機振動明顯減小。

3.結論

本文介紹了膠帶運輸機在線監測與故障診斷系統組成、功能、主要目的、及在設備維護與管理中的應用，應用在線監測系統可以及時發現設備故障隱患，從而合理的制定檢修時間與檢修方案，減少設備故障停機、降低了故障率、提高了設備運行的可靠性、節約了設備的維護費用。通過在線監測與故障診斷的實例說明，引入在線監測與故障診斷系統可以有效提高設備管理與維修水平，同時可以轉變維修方式，為設備科學維修與故障應急管理提供數據支持。隨著煤礦技術的發展，對煤礦關鍵的設備實施在線監測與故障診斷時也許是未來設備管理與維護的發展方向，對于提高煤礦設備管理水平，保證設備安全、可靠的運行具有重大意義。

參考文獻

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項目來源：本論文受國家科技支撐計劃項目“大型煤炭基地組合服務技術研發及應用示范（項目編號：2013BAH12F00）”、課題“設備有償托管與租賃方式研究及應用示范（項目編號：2013BAH12F05）”資助。

作者簡介：楊軍亮（1984—），男，陜西神木人，2008年7月畢業于西安交通大學，學士，助理工程師，現供職于神東煤炭集團設備管理中心，主要從事煤礦設備運行管理工作。