1引言
隨著傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在線監(jiān)測與故障診斷這一以傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的研究課題，取得了新的發(fā)展。為使這
一技術(shù)成功地轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，以進(jìn)一步提高煤炭企業(yè)自動(dòng)化、智能化水平，某公司成功地將在線監(jiān)測和故障診斷技術(shù)應(yīng)用在對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)上，為煤炭企業(yè)全面實(shí)施信息化和提高企業(yè)管理水平創(chuàng)造了條件。
本文以某公司開發(fā)的FJC型在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)為例，介紹了礦井對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)(以下簡稱主通風(fēng)機(jī))在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、系統(tǒng)組成、工作過程及運(yùn)行情況。
2設(shè)計(jì)要求
2.1功能要求
煤礦主通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大主要設(shè)備之一，作為礦井主通風(fēng)，它每天24h不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，是整個(gè)礦井的“呼吸”系統(tǒng)。如此重要的安全生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備，如果因某種故障而停機(jī)運(yùn)行，將會(huì)給整個(gè)礦山的安全生產(chǎn)帶來巨大威脅，因此，要求與之配套的在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)可靠性要高，這樣，當(dāng)系統(tǒng)自身出現(xiàn)故障時(shí)也不會(huì)影響主通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。
對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以要求對(duì)兩個(gè)電機(jī)的參數(shù)應(yīng)分別采樣。
《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，礦井主通風(fēng)機(jī)必須安裝2套同等能力的主要通風(fēng)裝置，其中一套作為備用。為減少用戶對(duì)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的資金投入，要求一套系統(tǒng)可以在兩臺(tái)主通風(fēng)機(jī)間切換，哪臺(tái)主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行就對(duì)哪臺(tái)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測。
另外還要求該系統(tǒng)具有在線幫助、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、機(jī)器平衡及資料查尋五大功能。系統(tǒng)能按時(shí)自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。能自動(dòng)記錄主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)量、風(fēng)壓、效率、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、電機(jī)功率、繞組溫度、軸承溫度及進(jìn)出氣體溫度等參數(shù)值，并自動(dòng)生成表格。有關(guān)信號(hào)的圖譜、風(fēng)壓-風(fēng)量曲線圖以及數(shù)據(jù)顯示直觀簡明。系統(tǒng)能在主通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障前(如軸承損壞、葉片變形等)自動(dòng)報(bào)警、提示檢修，并能智能判斷出故障性質(zhì)及部位。
為便于用戶使用和操作，要求軟件能在通用的Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行。
2.2要求達(dá)到的技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)
(1)輸入由傳感器確定，輸出4位有效數(shù)字；
(2)各通道數(shù)顯誤差不超過2%；
(3)微機(jī)屏幕允許誤顯率：1/10000；
(4)管理軟件可靠性：在長期運(yùn)行狀態(tài)下不死機(jī)，具有抗干擾措施和自恢復(fù)功能；
(5)定期全特性測定，正確打印軸承溫度、繞組溫度、風(fēng)壓、風(fēng)量、效率、振動(dòng)曲線，最大誤差不超過2%；
(6)電源：AC220V±5%,43～67Hz；
(7)適用溫度：-40～180℃；
(8)穩(wěn)態(tài)分析：時(shí)域波形、軸心軌跡、軸心位置、軸心進(jìn)動(dòng)(一、二和三階正，反進(jìn)動(dòng)量)、全息進(jìn)行、一維頻譜和低頻細(xì)化等；
(9)暫態(tài)分析：增(減)速Bode圖、增(減)速軸心進(jìn)動(dòng)、增(減)速諧波分析和增(減)速過程圖等；
(10)趨勢分析：振動(dòng)總量趨勢、軸心進(jìn)動(dòng)趨勢和諧波振動(dòng)趨勢等分段，在風(fēng)機(jī)額定工作狀態(tài)下，實(shí)時(shí)監(jiān)測如下的特征量：
①動(dòng)總量；
②動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形；
③一、二和三階諧波振動(dòng)分量與參考值的幅值之差；
④軸心軌跡；
⑤軸心進(jìn)動(dòng)(一、二和三階正，反進(jìn)動(dòng)量)；
⑥全息進(jìn)動(dòng)；
⑦一、二和三階正、反進(jìn)動(dòng)量與參考值之差；
⑧一、二和三階諧波振動(dòng)分量的分、時(shí)、日、月趨勢；
⑨一、二和三階正、反進(jìn)動(dòng)量的分、時(shí)、日、月趨勢；
⑩正、反進(jìn)動(dòng)量的瞬態(tài)突變；
諧波振動(dòng)分量的瞬態(tài)突變。
根據(jù)以上特征量，可以準(zhǔn)確地了解機(jī)器的狀態(tài)，幫助工程師診斷機(jī)器中可能出現(xiàn)的下列主要故障：
①轉(zhuǎn)子不平衡；
②轉(zhuǎn)軸裂紋；
③轉(zhuǎn)靜碰摩；
④轉(zhuǎn)子熱彎曲；
⑤葉片掉塊；
⑥支承不對(duì)中；
⑦轉(zhuǎn)子失穩(wěn)；
⑧喘振等。
3主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的組成
FJC型在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)由工控機(jī)(包括軟件)、標(biāo)準(zhǔn)控制柜、引壓裝置、測振裝置、變送裝置、計(jì)算機(jī)桌及其它輔件組成。根據(jù)其功能，整個(gè)系統(tǒng)可分解為多個(gè)子系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)、故障診斷子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)又由一系列任務(wù)模塊組成，它們協(xié)同工作，完成機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測與智能故障診斷。
為了克服狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷過程中多任務(wù)與實(shí)時(shí)性的矛盾以及提高系統(tǒng)的可靠性和擴(kuò)展性，采用了層次化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為三個(gè)層次，如圖1所示。第一層次由傳感器(加速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等)、變送器(功率變送器、壓力變送器、壓差變送器等)和相應(yīng)的信號(hào)切換、調(diào)理電路組成；第二層次由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集儀組成；第三層次由信號(hào)分析、診斷服務(wù)計(jì)算機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測與智能故障診斷。
(1)在線監(jiān)測分兩種模式。一種為自動(dòng)監(jiān)測模式，在該模式下，本系統(tǒng)定時(shí)對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，用于通常情況下的測試；另一種為單次監(jiān)測模式，每次調(diào)動(dòng)該模式，本系統(tǒng)對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)僅實(shí)現(xiàn)一次監(jiān)測，用于調(diào)整或維修過程中的測試。
(2)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)4路振動(dòng)信號(hào)和2路軸位脈沖信號(hào)同步進(jìn)行采集，并按時(shí)間序號(hào)保存所采集的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行故障分析，應(yīng)保存30次采集的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集卡對(duì)4路軸承溫度信號(hào)進(jìn)行采集；數(shù)據(jù)采集卡對(duì)流量和壓力信號(hào)同步進(jìn)行采集。
(3)對(duì)每路振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出振動(dòng)烈度值；對(duì)每路軸位脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算出主通風(fēng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速；對(duì)每路軸承溫度信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得出溫度值；對(duì)流量和壓力信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出風(fēng)量、風(fēng)壓、效率值。在顯示屏上顯示振動(dòng)烈度、主通風(fēng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速、溫度、風(fēng)量、風(fēng)壓、效率值的當(dāng)前計(jì)算結(jié)果。同時(shí)，按時(shí)間順序以表格形式記錄每次計(jì)算結(jié)果；以時(shí)序圖的形式畫出振動(dòng)烈度、溫度、風(fēng)量和風(fēng)壓的時(shí)序圖，并可進(jìn)行查閱和分析。
(4)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測子系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算出的振動(dòng)烈度、溫度、風(fēng)量和風(fēng)壓值與所規(guī)定的閾值相比較，顯示機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)“正常”、“警告”、“異常”的結(jié)論�！熬妗睍r(shí)提醒，“異�！睍r(shí)報(bào)警，
故障診斷根據(jù)礦井主通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)，故障診斷子系統(tǒng)是以機(jī)組的在線監(jiān)測為基礎(chǔ)，根據(jù)在線監(jiān)測所獲得的振動(dòng)信號(hào)、過程參數(shù)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)信號(hào)分析模塊的分析結(jié)果，提取反映機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)生故障的機(jī)組進(jìn)行診斷。當(dāng)需要進(jìn)行故障分析時(shí)，能按時(shí)間序號(hào)調(diào)出所保存的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，畫出頻譜圖和時(shí)域圖。能在所分析的整個(gè)頻率范圍內(nèi)或指定的故障頻率范圍內(nèi)自動(dòng)搜索某些峰值進(jìn)行運(yùn)算，得出相應(yīng)故障頻率下的特征參數(shù)值，并自動(dòng)與所設(shè)定的該故障頻率下的特征參數(shù)閾值進(jìn)行比較，判斷故障可能發(fā)生的部位、原因、類型、性質(zhì)，并提供維修的參考建議，在顯示屏上顯示。由于某些故障發(fā)生的復(fù)雜性，為了進(jìn)一步對(duì)故障進(jìn)行分析，必要時(shí)輔之以人們的經(jīng)驗(yàn)。因而，頻譜圖和時(shí)域圖還具有手動(dòng)搜索峰值的功能。
4.2機(jī)器平衡
當(dāng)需要進(jìn)行機(jī)器平衡時(shí)，對(duì)一路軸位脈沖信號(hào)和兩路振動(dòng)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采集，對(duì)兩路振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)值濾波，提取出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行相位和幅值分析，并計(jì)算出應(yīng)加平衡質(zhì)量和位置。
5運(yùn)行情況
(1)主通風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)目前已有多套與我公司生產(chǎn)的彎掠組合正交隔爆對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)配套運(yùn)行，經(jīng)過1～2年的使用證明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、操作簡便。
(2)該系統(tǒng)能使有關(guān)人員及時(shí)掌握主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，必要時(shí)適當(dāng)調(diào)整主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，使主通風(fēng)機(jī)盡可能地運(yùn)行在高效區(qū)，具有顯著的節(jié)能效果，降低了主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行成本，提高了煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)企業(yè)信息化，是企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。煤炭企業(yè)為實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化，就必須在主通風(fēng)機(jī)上配套在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。隨著我國“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化”工作的不斷深入，目前在國內(nèi)選擇配套該系統(tǒng)的礦用主通風(fēng)機(jī)的用戶越來越多。
6結(jié)束語
(1)FJC型在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)可以滿足煤礦對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)測與故障診斷的要求，可以提高煤礦主通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)化、智能化水平，推進(jìn)煤炭企業(yè)信息化的工作進(jìn)程，也有利于提高煤炭企業(yè)的管理水平。
(2)因該系統(tǒng)的預(yù)警功能，主通風(fēng)機(jī)能及時(shí)得到必要的維護(hù)與修理，提高了主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性，為實(shí)現(xiàn)煤礦的通風(fēng)安全提供了有力的保障。
