煤化工機電設備在線振動故障檢測系統智能化研究

(陜西工業職業技術學院， 陜西 咸陽 712000)

振動檢測裝置已實現了在石化、電力、化工、造紙、機械制造等多行業的廣泛應用，主要體現在對于電機、風機、壓縮機、變速箱等機械設備的檢測方面。基于機械振動幅度、頻率等物理量變化的監測，充分掌握設備運行狀態，針對關鍵設備搭建在線監測系統，其優勢在于設備持續運行過程中詳細記錄設備的各類運行參數，即加速度、速度等。由于發生機械故障時極易發生異常振動，在機械故障時振動幅度與頻率等信息會隨之變化，所以可通過采集振動信息，實現機械運行狀況的實時監控，相關系統已在煤化工機電設備的檢測中實現了普遍應用[1]。據此，本文設計了煤化工機電設備在線振動故障智能化檢測系統。

1 煤化工機電設備在線振動故障智能化檢測系統

通過構建Web平臺，對煤化工機電設備的運行狀態與振動故障進行實時檢測?；趙ifi網絡技術將煤化工機電設備數據傳輸于移動端，通過Web后臺實現數據交互，同時構建巡檢管理系統，高性能傳感器與繼電器以此獲取機電設備數據。而識別技術即專家系統與人工神經網絡的構成，可科學分析評估故障信息與參數狀態，以發現故障位置與原因，確保系統正常穩定運轉。

1.1 系統原理與流程

采集數據主要包含兩部分，即基于檢測傳感器所采集的機電振動與溫度相關數據；機電設備預先選中生成的電氣參數。移動檢測終端負責上傳與下載檢測點位置、設備運行等數據信息，數據上傳基于wifi網絡管理系統完成，并自動篩選有價值信息。針對有效數據信息，利用科學算法以檢測診斷設備在線振動故障具體位置。巡檢設備將所檢測信息基于基站傳輸至管理平臺，平臺則針對數據加以處理分析[2]。

在線振動故障智能化檢測系統原理具體如圖1所示。

圖1 檢測系統原理

在線振動故障智能化檢測系統流程具體如圖2所示。

圖2 檢測系統流程

1.2 系統模塊

煤化工機電設備在線振動故障智能化檢測系統模塊主要包含用戶管理、角色管理、系統設置[3]，具體如圖3所示。

圖3 檢測系統模塊

其中用戶請求、角色權限、用戶角色、類型等都屬于數據信息，其與用戶管理模塊息息相關，實際作用即存儲煤化工機電設備信息資料，分配角色并加以維護。角色管理模塊的默認角色即系統管理員、檢查員、瀏覽用戶，其中管理員具有分配與更新權限角色的權利。

1.3 系統服務端

煤化工機電設備在線振動故障智能化檢測系統由數據庫服務器與Web端系統共同構成，對于保密性與安全性要求非常高，由于不安全的信息將會引發嚴重損失，因此系統選擇訪問控制作為安全機制，利用授權機制控制用戶權限，以確保加密信息不會泄露于非授權用戶。

煤化工機電設備在線振動故障智能化檢測系統主要包含采集層、控制層、邏輯層、數據儲存層、高級指令層，其通過基于門戶模式的B/S訪問方式，面向不同管理層訪問人員，為其提供智能化、個性化、針對性服務。

在線振動故障智能化檢測系統根據實際需要，選擇了模型-視圖-控制器結構。用戶傳輸請求至控制器，其決定請求的具體性質，并傳送到相適應的處理器，從而就所請求具體內容加以處理分析。各個處理器都關聯這特定模型，業務邏輯層尋求與服務器相應的數據進行處理分析，并反饋處理結果于處理器，而處理器則通過合適的視圖呈現結果。

在線振動故障智能化檢測系統服務端處理流程[6]具體如圖4所示。

圖4 檢測系統服務端處理流程

其中，Web端系統改進了機電設備運行狀態，提高了使用效率，實現了故障診斷檢測自動化與智能化。

2 煤化工機電設備在線振動故障智能化檢測裝置

煤化工機電設備在線振動故障檢測裝置結構[4]具體如圖5所示。

圖5 檢測裝置結構

檢測裝置包含檢測器，外部配置箱體，箱體內部滑動安置了滑移倉，滑移倉右側固定安裝了拉手，箱體上側配置了第一太陽能板與第二太陽能板，滑移倉內側安置了電池組，箱體前側配置了告警器，告警器表層安裝了顯示屏，箱體下側配置了吸盤。其中箱體與第一太陽能板之間安設了彈簧，彈簧外側配備了內圓管與外圓管；第一太陽能板與第二太陽能板輸出端以電性對接電池組輸入端，而電池組輸出端以電性對接告警器、顯示屏輸入端。

箱體兩相對內側水平安裝了滑軌，滑移倉兩相對外側水平配置了滑條；第一太陽能板右端側安設了轉軸，兩個太陽能板之間基于轉軸銜接運轉；顯示屏下側以電性對接紅色燈珠與藍色燈珠，告警器左側安裝了揚聲器；箱體與吸盤之間配置了氣泵，其固定于箱體下側；內圓管固定于箱體上表層，外圓管固定于第一太陽能板下表層。

檢測器實時檢測機電設備振動頻率，加以分析并呈現于顯示屏，以便于操作員解析數據信息之后，并判斷機電設備的運行狀態是否正常。當檢測器檢測到機電設備振動頻率存在故障時，紅色燈珠便會閃動，告警器便會發出警報提示，實時提醒操作員快速檢測診斷設備故障，并加以維修。而機電設備運行狀態正常時，藍色燈珠保持常亮狀態，氣泵吸出吸盤中的空氣，以減小吸盤中的壓強，以此吸盤便可緊緊將檢測裝置吸附于機電設備表層，在完成工作之后，氣泵再為吸盤添加氣體，便可取下檢測裝置。

此煤化工機電設備在線振動故障檢測裝置結構簡單，使用便捷，太陽能板可吸收光能，并轉變為電能存儲于電池組，節能環保效益較高；檢測器檢測到機電設備故障時，紅色燈珠會快速閃亮，并發出告警信息，快速提醒操作員采取措施檢測維修，機電設備運行正常時，藍色燈珠會處于常亮狀態[5]。

3 煤化工機電設備在線振動故障智能化檢測系統測試

以煤化工機電設備通風機為例，進行在線振動故障智能化檢測系統測試。通風機運行時經常會出現軸承損傷故障，葉片與機殼摩擦故障等。通過在線振動故障智能化檢測系統設置軸承內圈、外圈、滾動體數量、滾動體直徑等軸承參數與葉片數量，通過故障頻率計算方法、包絡解調方法、故障定量識別方法，自主計算軸承故障頻率與葉片摩擦故障頻率，智能化提取機電設備故障信息，診斷機電設備故障嚴重程度與具體位置。

通風機振動過于劇烈，通過在線振動故障智能化檢測系統采集并分析振動信號，其中通風機振動加速度信號波形具體如圖6所示。

圖6 振動加速度信號波形

通風機振動烈度信號波形具體如圖7所示。

圖7 振動烈度信號波形

由圖7可知，通風機振動過于劇烈，加速度峰值甚至超出了80 m/s2，并且時域波形存有過于雜亂無章的毛刺，這就表明通風機的零件出現了摩擦；其中振動加速度信號振動峭度指標控制于3以內，因此振動劇烈并非是由于沖擊性故障。

通風機振動加速度信號頻譜分析結果具體如圖8所示。

圖8 振動加速度信號頻譜

通風機振動加速度信號包絡譜分析結果具體如圖9所示。

圖9 振動加速度信號包絡譜

由圖9可以看出，通風機并未出現太過明顯的軸承故障頻率成分，于700 Hz周圍出現了明顯的邊頻帶現象，通過包絡解調分析振動信號，獲得調制頻率為12.8 Hz，對應通風機750 r/min旋轉頻率；在振動波形摩擦現象與故障調制頻率基礎上，可評估通風機振動劇烈的關鍵影響要素是葉片，并且葉片同樣存在明顯摩擦問題?；跈z修得知，葉片與機殼摩擦嚴重，在檢測維修之后，通風機運行保持平穩狀態，且振動并無異常[8]。

上述研究結果表明，系統可滿足煤化工機電設備運行狀態與在線診斷實時性、精確性具體要求，可廣泛推廣應用；系統運行可靠穩定，可預判設備運行狀態并制定相應檢修策略，在很大程度上提高了煤化工安全生產效率。

4 結 論

綜上所述，為有效解決煤化工機電設備故障檢測既有問題，設計了煤化工機電設備在線振動故障智能化檢測系統。系統采集了機電設備振動、溫度等相關參數，而檢測服務器端包含數據庫與Web端系統，通過B/S接入方式促使不同人員操作查詢，系統基于各模塊控制實時檢測設備運行狀態及其相關參數，自主評估明確故障，檢測消除設備故障。通過系統測試結果表明，Web端系統改進了機電設備運行狀態，提高了使用效率，實現了故障診斷檢測自動化與智能化；系統可滿足煤化工機電設備運行狀態與在線診斷實時性、精確性具體要求，可廣泛推廣應用；系統運行可靠穩定，可提前告警設備運行狀態并制定相應檢修策略，在很大程度上提高了煤化工安全生產效率。