選煤廠主要設備故障診斷系統設計

秦瑞軍

（陽泉煤業集團新景礦洗煤廠，山西陽泉 045000）

0 引言

選煤廠的主要任務是對入場原煤進行篩分、破碎和撿矸等操作，并剔除煤礦中雜質，將精煤和劣質煤分離，整個選煤廠中涉及的設備種類相對較多，而各設備之間組成了一套集中的、連續性作業的生產流程，所有設備位置較為集中[1-3]。然而，由于選煤廠環境相對惡劣，現有的選煤廠設備經常在運行時出現各類故障問題，嚴重影響著設備的工作效率和作業安全，而現有的設備故障診斷系統在一定程度上也存在系統相對落后、穩定性差、檢測精度較低等問題，已無法較好地滿足選煤廠的使用需求[4-6]。在此背景下，有必要將現有的先進診斷技術應用到選煤廠設備故障診斷系統中，并對其進行系統改進設計。因此，在對選煤廠旋轉設備常見問題分析基礎上，從硬件系統、軟件系統等方面入手，設計開發了一套選煤廠設備故障診斷系統，并將其在新景礦選煤廠中進行了應用測試，測試結果表明：該故障診斷系統功能較為全面，系統運行穩定可靠，能較好地滿足選煤廠的使用需求[7-8]。

1 選煤廠旋轉設備存在問題分析

目前，在選煤廠中使用的設備相對較大，且均在使用過程中出現了一定的故障問題。其中，旋轉設備是選煤廠設備中的關鍵設備，其在使用過程中經常出現電機運行故障、齒輪箱故障、軸承故障等，下面就針對其使用過程中的典型故障進行分析。

（1）齒輪箱中齒輪偏心的故障。齒輪箱在使用過程中經常由于旋轉中心和中心軸未有效重合而出現齒輪的偏心現象，致使齒輪在運轉過程中發生了較大幅度的振動現象，且隨著齒輪轉動速度的不同，其振動幅度也不盡相同。造成此故障的原因主要有兩方面：一是齒輪在設計加工時造成的中心軸偏心誤差；二是齒輪在長時間的運轉過程中，產生了較大程度的磨損，且受到外界不同載荷的交替影響，最終造成了齒輪箱發生了振動現象，影響著設備的正常運行。

（2）輪齒的嚴重磨損。齒輪箱中的齒輪在長期運轉過程中，由于齒輪嚙合間的潤滑效果逐漸減弱，加上齒輪材料本身的結構強度也相對薄弱，造成了齒輪之間出現較大的相互磨損現象，同時，齒輪由于受到較大的外界載荷作用，加大了齒輪嚙合時的嚙合力，導致了齒輪產生更加嚴重的磨損現象。

（3）滾動軸承故障。設備的軸承在裝配時，基本采用的是過渡配合，但由于軸承的長時間運轉，加上較大的外界作用力，致使軸承的配合出現了異常松動現象，導致了其運轉時產生了振動現象；同時，軸承在生產過程中，由于加工誤差，也會間接引起軸承中滾子間隙過大，并產生了振動現象。

2 故障診斷系統硬件設計

2.1 硬件系統

針對選煤廠設備運行過程中出現的故障問題，設計了一套故障診斷系統。其中，硬件系統是該系統的重要組成部分。故障診斷系統的硬件系統主要包括數據采集系統、數據處理中心、現場監測站、企業監測中心、數據存儲模塊、設備運行狀態報警模塊等。其中，數據采集系統主要通過加速度傳感器、溫度傳感器、位移傳感器等對選煤廠的運行情況進行數據采集分析。而該故障診斷系統的數據處理模塊則采用了美國NI公司開發的處理模塊，該公司開發的模塊具有性能穩定可靠性特點，在全球較多選煤廠設備監控系統進行了廣泛應用，能較好地滿足選煤廠的使用需求。另外，為保證設備的持續運行，防止因停電而導致設備停止工作現象發生，在診斷系統中安裝了一套PUS設備，能有效保證設備的正常用電需求。

2.2 位移傳感器

根據選煤廠中設備的實際使用狀態，結構選煤廠周邊環境特點，在該故障診斷系統中，選用了JX70-04型電渦流位移傳感器，如圖1所示，該傳感器具有檢測精度高、測量距離遠、信號傳輸快等特點，能有效地與被測設備進行動態和靜態的非接觸探測，目前，在選煤廠設備及其他相關設備上均得到了廣泛應用。其設備的主要性能參數如表1所示。

圖1 JX70-04型電渦流位移傳感器

表1 JX70-04型電渦流位移傳感器主要性能參數

2.3 加速度傳感器

由于選煤廠設備在運行過程中，經常出現不同程度的振動現象，其振動幅度及振動頻率均會對設備造成重大影響，因此，需在該故障診斷系統中配備一套加速度傳感器對其信號采集。在該系統中，選用了608A11型加速度傳感器，主要負責對設備的振動情況及受沖擊程度進行信號采集，該設備具有較好的耐沖擊性和信號采集精度，能滿足設備危險部位或無法測量的部位進行檢測，適合永久安裝。該設備的主要性能參數如表2所示。

表2 608A11型加速度傳感器主要性能參數

3 故障診斷系統軟件設計

該選煤廠設備故障診斷系統的軟件系統采用了上機位LabVIEW軟件系統，可在Windows操作系統中進行穩定運行，其系統結構包括了數據采集模塊、數據庫模塊、在線監控模塊、故障診斷模塊、歷史分析模塊等部分，其系統組成如圖2所示。其中，數據采集模塊主要采用了局域網進行數據采集和信號傳輸，實現了遠程了設置采集點數及頻率等功能，保證了整個診斷系統的安全、穩定運行。另外，通過軟件系統中的在線監測模塊，可對設備的運行狀態及發生的故障情況進行準確監控和實時顯示，并針對不同故障類型發出不同的報警提示，能將故障發生的部位進行準確顯示，大大提高了設備的運行效率和安全性。

圖2 故障診斷系統軟件系統組成圖

4 故障診斷系統實際測試情況分析

為進一步測試該選煤廠故障診斷系統的實際診斷性能，將其在新景礦選煤廠進行了應用測試，在測試過程中，該系統功能相對較為全面，運行正常穩定，能將選煤廠設備工作過程中的工作溫度、電機轉速、設備振動情況等信息進行實時信號采集和直觀顯示，且各類傳感器的信號傳輸速度相對較快，針對設備出現的振動異常情況，能通過人機顯示界面進行實時顯示和報警。據現場工作人員介紹，該系統與傳統的故障診斷系統相比，具有性能更加穩定、功能更加齊全、精度更高等特點，能較好地滿足該選煤廠的使用需要，得到了作業人員的一致好評。由此，驗證了該診斷系統在一定程度上具有一定的可行性。

5 結束語

提高選煤廠設備的運行安全性，已成為當下企業重點關注的問題。因此，在對選煤廠旋轉設備常見問題分析基礎上，從硬件系統、軟件系統等方面入手，設計開發了一套選煤廠設備故障診斷系統，并將其在新景礦選煤廠中進行了應用測試，測試結果表明：

（1）該故障診斷系統功能較為全面，系統運行穩定可靠，能對選煤廠設備運行過程中的相關狀態信息進行實時信號采集和數據分析處理；

（2）該診斷系統能對設備運行時的振動異常情況發出相應的報警提示，提高了設備的運行安全性；

（3）該診斷系統的應用，得到了該煤礦作業人員的一致好評，驗證了該故障診斷系統在一定程度上具有可行性；

（4）該研究對提高選煤廠設備的工作效率及運行安全具有重要作用。