選煤廠機電設備故障分析及維護

王 磊

(晉能控股煤業集團馬脊梁礦,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備較多。對選煤廠技術與工作人員來說,了解各設備的工作原理、結構特征、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,不能及時排除各設備的故障信息,容易導致事故的發生[3-4]。本文將針對某選煤廠各類機電設備進行故障分析,并建立一種基于嵌入式技術的故障監測系統,實現對洗選、運輸等設備的智能監測與維護保養。

1 選煤廠機電設備故障分析

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

1.1 分選設備故障分析

分選設備主要將煤料按照不同密度、顆粒大小進行分選,常用設備包括跳汰機、介質分選設備、浮選設備與磁選機等,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構特點,常用的破碎設備分為:分節破碎機、雙齒輥破碎機、錘式破碎機以及顎式破碎機等。其中分節破碎機的常見故障及原因如表2所示[7]。

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

1.3 篩分設備故障分析

篩分設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。按照不同的篩面結構及形式,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 脫水設備故障分析

煤的脫水是洗選過程非常重要的環節,水分的高低決定煤質產品的好壞。常用的脫水設備包括離心脫水機、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 運輸設備故障分析

選煤廠中運輸設備包括帶式輸送機、刮板輸送機、提升機等,其中帶式輸送機由于輸送量大,結構簡單,維護方便等優點在選煤廠中應用最廣泛。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 設備故障監測系統設計

根據上文對選煤廠各類機電設備的故障分析,設計一種遠程監測系統,實現選煤廠設備的智能監測功能。

2.1 監測系統功能分析

系統功能結構可分為數據采集功能、故障監測功能、數據存儲功能與權限管理功能。

數據采集功能:對各設備的故障類型進行分析,制定各設備的監測標準,用傳感器采集設備的振動、溫度、轉速與電壓電流等工作參數,并通過有線或無線的傳輸方式,將數據傳入嵌入式監測設備中。

故障監測功能:通過在線分析與歷史數據庫比對等方式,對選煤廠各機電設備的狀態進行評估,以數值和圖表的形式進行直觀反映。

數據存儲功能:選煤廠機電設備較多,所需存儲的數據量龐大,采用常規直接存儲會造成數據冗余，從而浪費存儲空間。應當將數據按照文件索引的方式,將索引目錄存入關鍵數據庫,方便歷史數據的查詢。

權限管理功能:系統設置為設備管理權限與系統調試權限。日常設備維護與盤點時,向相應工作人員授權設備管理權限,可對設備的日常運行及故障信息進行查詢；系統調試權限為系統工程師授權,可對系統參數進行修改和維護。

2.2 監測系統方案設計

選煤廠機電設備監測系統如圖1所示,主要包括上位機監視層、控制器與設備采集模塊。上位機安裝于選煤廠調度室內,負責各機電設備的監視與統一調控。控制器為單片機系統,負責各設備采集信號的處理、故障分析、數據存儲功能。設備采集模塊由各類傳感器組成,分別采集選煤廠分選設備、破碎設備、篩分設備、脫水設備與運輸設備的電流、電壓、溫度、振動與位移等運行參數與故障信號。控制器與各機電設備采集模塊通過RS485串口通信實現數據傳輸,控制器與上位機通過交換機,利用以太網組網,實現系統的遠程控制與數據共享。

圖1 監測系統總體方案Fig.1 Monitoring system

3 監測系統硬件選型設計

3.1 系統處理器模塊選型設計

系統處理器的原則是:滿足系統的控制要求,具有良好的擴展性能,適用于惡劣的工作環境,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,擁有哈弗總線結構,控制指令簡短,效率高。尋址有直接、間接與相對三種方式,程序執行時功能損失小,帶有16位定時器與計數器,設有SPI模式、降壓監測與復位功能。單片機最小系統包括CPU處理器、晶振電路、JTAG接口電路等。

3.2 系統傳感器選型

本系統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。根據選煤廠各環境參數的幅值范圍、采樣精度需求、傳感器的頻率響應特性等指標進行各傳感器的選型設計。振動傳感器選用608A11型傳感器,利用正壓電效應原理,通過開關連接到采集設備,可用于煤礦生產環境,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,溫度越高,電阻阻值越大，根據對應關系,將電路阻值換算為被測環境溫度。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,本系統的溫度信號采集電路設計如圖2所示。

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

4 應用效果分析

監控系統應用塔山選煤廠以來,受到廣大員工的一致認可,為企業帶來了較好的經濟效益與社會效益。表6為選煤廠在監測系統應用前后三個月的數據統計結果。可知,在系統應用后,各類機械設備的故障率都降低50%以上,維修時間減少30～70%,有效地對各類故障起到預警作用,幫助工作人員及時發現故障并采取維護措施。

表6 系統應用效果Table 6 Application of the system

5 結語

本文針對某選煤廠各機電設備的常見故障進行分析,介紹了故障主要原因及維護措施,在此基礎上，建立了機電設備的故障監測系統,利用串口通訊及以太網實現各設備故障信息的采集、傳輸與遠程監測功能,便于各設備的統一管理與監測,節約了巡檢的人力成本。