選煤廠振動篩運行狀態及故障診斷系統研究

劉鶴鳴

（晉能控股煤業集團煤炭洗選分公司， 山西 大同 037000）

引言

洗煤、選煤是選煤廠主要的工作，振動篩在洗煤、選煤工作中是最重要的設備，選煤廠設專人對振動篩的實際運行生產情況及相關數據進行巡視監測，并定期進行振動篩設備工作參數采集。因為選煤廠環境相對復雜、設備安裝的局限性以及工作場地限制等因素，人工進行巡檢不但會增加工作人員的工作強度，而且在巡檢的過程中還存在采集數據不及時并具有一定的安全隱患。故此，通過對選煤廠生產運行情況的分析和研究，設計了一套可以對選煤廠進行實時測監及故障診斷的應用控制系統并展開分析。

1 系統的組成結構

煤礦選煤廠的洗煤、選煤工藝為：原煤通過皮帶傳輸機從煤倉輸送到選煤廠首層振動篩進行煤炭的分選，經過分選后的粉末煤，通過皮帶傳輸機傳輸至末倉完成存儲，被篩選過后的全部煤塊及其矸石會被送入下級分選振動篩，并進行脫介處理，這些被分選、脫介后的煤塊會通過傳輸機統一輸送至存儲煤塊倉進行存儲，而剩下的矸石會由皮帶機傳輸到指定的地方等待處理[1]。為了能夠達到振動篩工作狀態監控與診斷故障的功能，系統的組成包括主站、分站、監控的子站、震動感應傳感器以及溫度傳感器等，其具體的結構如1 圖。

其中溫度的傳感器實時監測振動篩滾筒、振動篩動力電機、振動篩機械減速器的溫度。震動的傳感器實時監測振動篩彈簧座、震動裝置、減速裝置的振動參數數據。子站監控主要采集8 個振動的傳感器、8 個溫度的傳感器所監測的參數數據，并且利用無線的通信方式將采集的參數數據發送到最近分站。隨后再由分站將數據經光纜發送到主站，由主站對信息加以顯示、分析、處理[2]。

圖1 系統的組成結構

2 上位機軟件的設計

本系統是在Labview 平臺的基礎上，設計出振動篩工作狀態監控與診斷故障的軟件系統，其中上位機系統軟件功能基本分為四個模塊，詳情如圖2所示。

2.1 振動篩生產工作運行情況的監控

將主監控系統安裝設計在選煤廠的中心控制室，其IP 的地址是192.168.0.1。現在以選煤廠皮帶傳輸機機頭處4 號監控的分站作為研究例子進行分析。監控4 號站的IP 地址為192.168.0.123，在子站下又設置 3 個監控子站， 其 IP 分別是：192.168.0.129，192.168.0.130，192.168.0.192。其子通訊站監控端口的編碼為3129，在通訊監控端口分別設置了8 條通道振動傳輸信號和溫度傳輸信號。其中溫度信號傳感器基本布置在滾筒位置、減速裝置中的高轉速軸承位置、動力電機的前后軸承位置等，共計8 個傳感器占用8 個通道。振動的傳感器主要是布置在減速裝置高轉速軸承以及動力電機的前后軸承位置，共計是五個傳感器分別占用了其中的五個通道，其余三通道作為備用。在子站發送輸出的溫度及振動命令分為為 04010400C、04010400B[3]。TCP/IP 基本作用是連接TCP，可以對振動和溫度進行信息數據的實時監督和檢測，實現與TCP 相接和關閉。進行溫度監測數據解析也就是將采集到的16進制信息參數進行10 進制的轉換，同時將數據進行正確性的效驗。解析監測振動的數據就是進行設定截止采集頻率與振動頻率的同時，將所獲取的16 進制信息參數轉換成10 進制，并要對數據的正確性加以效證，同時獲取部位監測振動的幅度和強度。

圖2 上位機系統功能模塊

系統采用TDMS 完成對相關信息數據的讀寫，具有存儲快、內存占用小等優點。系統報警功能是要實現對采集到的振動以及溫度等項數據信息與系統設定預警閾值進行對比分析，如果檢測的數據大于設定的閥值時，上位機將出現報警界面進行相應的異常警告，與此同時，系統還會把告警的相關數據信息形成記錄加以保存。

2.2 故障情況模擬

目前，各選煤廠使用振動篩故障問題診斷的原始數據及各類故障數據都不完善。通過調研得出振動篩常見故障問題診斷如表1 所示：

在發生故障的早期，振動篩設備大梁會出現裂紋。對于此類問題，通過搭建早期的局部大梁模型，確定大梁的的柔韌程度與裂紋的深度間影響變化的關系。并運用數據加以描述，對裂紋大梁振動加以分析，進而確定建立大梁的裂紋與剛性矩陣，并據此構建大梁故障裂紋的深度與韌性關系，并對裂紋的故障形成進行模擬，根據模擬取得各類裂紋深度與位置的故障評估體系及數據指標[4]。

選煤廠目前使用的振動篩設置4 個彈簧，當其中的1～2 個出現變形，而且沒有進行及時的更換與維護，其余2 個彈簧就會加大負荷，以導致設備的障礙性增加。故此，通過對1～2 個設備彈簧的模擬，對了解和掌握故障原因及發展變化具有重要意義。其具體流程如下：首先搭建振動篩設備彈簧模型對其運行情況進行模擬，并根據模擬取得彈簧運行特征及故障聯系，為后續的障礙診斷及原因分析提供基本的信息依據。模擬彈簧的不同部位出現故障時，彈簧工作振幅的變化的規律情況，將模擬數據通過Labview 平臺設計成相應程序，最終實現振動篩不同位置裂紋與不同位置彈簧故障自動分析軟件[5]。

2.3 診斷故障流程

本文振動篩診斷故障應用尋蹤投影法。在診斷過程中使用23 個故障特征數據指標，里面包括10個頻域的指標和13 個時域的指標。其振動篩診斷故障流程如3 圖。

利用裝置于振動篩各類傳感器所提供的監控檢測數據，根據系統監測獲取24 個特性指標，通過這部分特征性指標數據與系統數據庫故障參數分析對比可以得到振動篩發生故障的具體位置及類別。

圖3 振動篩診斷故障流程

2.4 設備功能管理模塊

設備功能管理模塊的作用是要對振動篩相關障礙與設備的數據信息實現規范化管理。所涉及到的數據主要包括信息數據檔案、設備養護管理記錄等，其中信息數據檔案主要涵蓋的項目包括：設備的有效年限、投入時間、裝置位置、配件明細、設備類型及編號等項信息[6]。設備的保管養護記錄主要包括：常見障礙診斷記錄、設備日常養護記錄、障礙數據信息記錄等。

3 結語

煤礦選煤廠振動篩運行狀態的安全穩定性，對選煤廠的選煤工作具有決定性作用。因此，以Labview 作為系統應用平臺，設計研發選煤廠設備振動篩生產監控及故障診斷應用系統。該系統以振動與溫度兩類傳感器對振動篩生產運行情況實時監控，同時還可對生產運行障礙進行實時的監督控制，并將所采集到的振動篩生產運行狀況信息加以分析處理后，通過與數據庫存儲的故障參數對比分析，最終確定具體故障類型和維修設備的建議。