采煤機(jī)傳動裝置檢測與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

李 超

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)新旺煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

隨著開采工藝的不斷提升，采煤機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及電氣控制水平的復(fù)雜程度也不斷提升，由于設(shè)備損耗以及運(yùn)行環(huán)境等因素，會出現(xiàn)多種不可預(yù)見性的機(jī)械或電氣故障，而影響其功能實(shí)現(xiàn)的故障會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。由于采煤機(jī)的復(fù)雜性，故障發(fā)生后的故障判斷以及定位會很困難，因此研究采煤機(jī)檢測和故障診斷顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)總體方案

本文設(shè)計(jì)的采煤機(jī)傳動裝置檢測與故障診斷系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成（如圖1所示）。系統(tǒng)硬件主要包括采集信號功能件、轉(zhuǎn)化功能件以及補(bǔ)償功能件等，硬件主要作用在于采集需要檢測的信號，并通過各部件的功能實(shí)現(xiàn)，將采集到的信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字信號。系統(tǒng)軟件則是以LabVIEW軟件為開發(fā)環(huán)境，結(jié)合改進(jìn)型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對系統(tǒng)軟件進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)軟件主要功能是完成采集信號的檢測、存儲和診斷等。

圖1 系統(tǒng)總體方案

2 系統(tǒng)硬件方案

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)思路的重要體現(xiàn)，更是系統(tǒng)能否穩(wěn)定準(zhǔn)確運(yùn)行的保障。硬件主要作用在于采集需要檢測的信號，并通過各部件的功能實(shí)現(xiàn)，將采集到的信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字信號。如圖2所示，系統(tǒng)硬件由傳感器、調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，核心點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面：一是傳感器的選型及安裝；二是數(shù)據(jù)采集卡的選型；三是調(diào)理電路的設(shè)計(jì)。對以上幾點(diǎn)完成選型并安裝正確后，各種信號傳感器將采集到的信號通過傳輸線路傳遞到與之相連的對應(yīng)調(diào)理電路輸入端，然后通過USB接口，將調(diào)理電路的輸出端信號轉(zhuǎn)出到計(jì)算機(jī)。值得說明的是，各種傳感器采集到的信號往往都是模擬信號或脈沖信號，在信號處理過程中，發(fā)揮作用的分別是調(diào)理模塊將模擬信號或脈沖信號調(diào)理成采集卡可以識別的信號，之后采集卡將輸入信號調(diào)理成計(jì)算機(jī)識別的信號，計(jì)算機(jī)輸入信號后，后續(xù)工作則由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行完成[3]。

2.1 傳感器的型號選擇與位置選定

2.1.1 傳感器選型原則

1）符合檢測參數(shù)與檢測環(huán)境的要求。根據(jù)需要檢測的參數(shù)，確定參數(shù)的檢測原理，并與傳感器工作原理進(jìn)行對比，選用合適的傳感器；另外不同傳感器對工作環(huán)境具有不同的要求，例如空間位置和數(shù)據(jù)互通形式等，這也是傳感器選型的條件之一。

2）傳感器量程需與檢測參數(shù)匹配。傳感器作為檢測參數(shù)的工具，量程是最基本，也是最重要的指標(biāo)。針對需要測量參數(shù)的波動范圍以及精度要求，選擇合理的傳感器量程，是保證檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的重要前提。

3）傳感器靈敏度需與檢測參數(shù)匹配。對于傳感器靈敏度的選擇并不是越靈敏越好，因?yàn)樵谝话闱闆r下，越靈敏的傳感器，其受其他信號干擾的情況就越容易發(fā)生，因此根據(jù)具體檢測參數(shù)的精度要求，選擇匹配的靈敏度傳感器，是非常重要，且是必要的前提[4]。

2.1.2 傳感器選型

根據(jù)檢測參數(shù)范圍、參數(shù)檢測方式等指標(biāo)，選擇不同類型的傳感器，根據(jù)采煤機(jī)傳動裝置的特點(diǎn)，選取的傳感器如表1、表2所示。

表1 傳感器性能指標(biāo)參數(shù)

2.1.3 傳感器安裝位置

為了檢測采煤機(jī)傳動裝置的運(yùn)行參數(shù)和故障參數(shù)，需要將前面所選的不同類型的傳感器安裝在相應(yīng)位置，以得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。對于不同的參量，測試點(diǎn)的位置有所不同，例如：壓電傳感器安裝在截割部減速箱及軸承端蓋和牽引部固定箱及軸承上以拾取振動信號；將溫度傳感器接入截割部齒輪箱油池和牽引部齒輪傳動油池等，具體傳感器分布如圖3所示。

圖3 傳感器分布圖

2.2 數(shù)據(jù)采集卡的選型

通過硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖，可以看出數(shù)據(jù)采集設(shè)備在采煤機(jī)與分析PC機(jī)之間起著傳遞轉(zhuǎn)化信號的作用，是采集信號的處理中心。傳感器等采集信號裝置將信號數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡通過轉(zhuǎn)換和譯碼，將其轉(zhuǎn)化成PC設(shè)備識別的語言數(shù)據(jù)，從而達(dá)到系統(tǒng)整體功能。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集卡選擇USB-6321數(shù)據(jù)采集卡。該數(shù)據(jù)采集卡總線為USB，接口常規(guī)，應(yīng)用范圍廣，方便攜帶[5]。

3 系統(tǒng)軟件方案

軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)硬件相互連接通訊以及功能實(shí)現(xiàn)的橋梁，也是系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)思路的重要體現(xiàn)，是系統(tǒng)的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。系統(tǒng)軟件主要功能是完成采集信號的檢測、存儲和診斷等，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件主程序流程如圖5所示。開始運(yùn)行時(shí)，首先需要對相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)遵照不同的檢測參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并選擇相應(yīng)的檢測相關(guān)項(xiàng)，例如：電機(jī)檢測相關(guān)項(xiàng)有電壓檢測和電流檢測。然后系統(tǒng)進(jìn)入內(nèi)置程序運(yùn)行過程，檢測程序執(zhí)行完成之后，操作員可以選擇故障診斷和生成報(bào)表等操作。

圖5 軟件主程序流程

4 結(jié)語

通過對采煤機(jī)運(yùn)行階段的參數(shù)進(jìn)行檢測和采集，對采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判定，科學(xué)合理且具有較大的現(xiàn)實(shí)意義；通過對硬件系統(tǒng)進(jìn)行選型以及數(shù)據(jù)互通、對軟件系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制與數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了對采煤機(jī)傳動裝置故障診斷的判定、現(xiàn)實(shí)和記錄，可以有效減少故障排查時(shí)間，間接提高經(jīng)濟(jì)利潤，同樣具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。