馬蘭礦選煤廠典型設備在線遠程智能預測性維護系統(tǒng)的應用

龐 亮

(山西焦煤西山煤電股份有限公司 馬蘭礦選煤廠，山西 古交 030205)

1 概 述

智能化選煤廠建設正在成為選煤行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要舉措，選煤設備全生命周期管理是智能化選煤廠建設的重要內(nèi)容。設備在線檢修與遠程智能預測性維護是設備全生命周期的核心，目前振動、溫度檢測作為主要的設備運行狀態(tài)檢測隨著無線傳輸、云平臺的建立、智能移動終端技術(shù)的日臻完善，對其進行遠程預測性維護正在成為選煤廠設備健康保障的新選擇。

設備維護由最初的發(fā)現(xiàn)故障后維護、計劃性維護逐漸向預測性維護邁進。預測性維護克服了計劃性維護存在的過維護和缺乏預見性等缺陷，以其更具合理性的設備維護方式受到設備廠家和工業(yè)現(xiàn)場的重視和推崇。隨著新一代科技革命對設備維護方案的充實和完善，通過遠程專家團隊實現(xiàn)遠程預測性維護使得這項門檻極高的技術(shù)得以完美實現(xiàn)，而且推動了設備維護服務模式的改變與升級。

馬蘭礦選煤廠于2018年進行了主洗車間的改造，更換了重介旋流器和粗煤泥分選系統(tǒng)，工藝進一步優(yōu)化，同時依據(jù)山西焦煤集團智能化選煤廠建設總體規(guī)劃的指導原則，選擇馬蘭礦選煤廠典型設備29臺共計138個振動、溫度傳感器點進行了設備遠程預測性維護示范，通過示范應用，積累經(jīng)驗，為全廠設備全生命周期管理奠定基礎(chǔ)。

2 設備智能預測性維護系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 遠程智能預測性維護系統(tǒng)架構(gòu)

馬蘭礦選煤廠設備智能預測性維護系統(tǒng)網(wǎng)絡如圖1所示。遠程智能預測性維護系統(tǒng)由4層組成，最底層為設備監(jiān)控層，安裝無線振動溫度傳感器；第2層為數(shù)據(jù)無線采集層，實時收集設備振動溫度信號；第3層是現(xiàn)場服務器層，用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲；第4層為遠程智能服務層。其中現(xiàn)場服務器采用雙網(wǎng)卡配置，網(wǎng)卡1通過網(wǎng)線接入自組網(wǎng)環(huán)網(wǎng)交換機中，實現(xiàn)與現(xiàn)場設備的通訊；網(wǎng)卡2通過網(wǎng)線與4G路由器連接，實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)通訊，并將實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺葜招鹿具h程診斷中心服務器和太原理工大學遠程數(shù)據(jù)中心，為遠程預測性維護專家級服務提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

圖1 馬蘭礦選煤廠設備遠程預測性維護系統(tǒng)架構(gòu)

馬蘭礦選煤設備運行監(jiān)測與遠程預測性維護系統(tǒng)主要完成選煤設備運行數(shù)據(jù)的采集、遠程傳輸、存儲、分析、決策等健康保障管理技術(shù)，通過建立太原理工大學、安徽容知研究院、選煤廠三方的產(chǎn)學研合作模式，更專業(yè)地實施選煤健康數(shù)據(jù)的分析和診斷，實現(xiàn)遠程預測性維護。

2.2 設備遠程智能預測性維護傳感數(shù)據(jù)監(jiān)測點選取

振動和溫度在線監(jiān)測測點部位的選擇和測點采集參數(shù)的設置，對在線監(jiān)測的效果至關(guān)重要，需要對設備結(jié)構(gòu)和設備監(jiān)測有深厚理解。根據(jù)設備結(jié)構(gòu)和運行特點，傳感器安裝測點選取原則具體為：

(1)選煤廠監(jiān)測設備應根據(jù)工藝流程選取關(guān)鍵主要設備，如合格介質(zhì)泵、尾煤離心液泵、精煤磁尾沖水泵、煤泥分級旋流器入料泵等關(guān)鍵泵組；脫介篩、高頻篩等振動篩組；主要運輸路徑的刮板和膠帶運輸機組；三產(chǎn)品重介旋流器等。通過監(jiān)測上述關(guān)鍵設備，保障選煤過程的設備可靠性。

(2)選取的關(guān)鍵設備具體監(jiān)測位置點，應考慮設備本身驅(qū)動、傳動部位，如泵組的電機、聯(lián)軸器、葉輪、減速器等關(guān)鍵部位，振動篩組的電機、萬向節(jié)、激勵器等關(guān)鍵部位，刮板和膠帶運輸機組的電機、齒輪箱、減速機、軸承座等關(guān)鍵部位，旋流器的管道等。通過監(jiān)測上述設備關(guān)鍵部位的振動信號，分析處理數(shù)據(jù)，得到具體檢修部位的故障預測信息。

(3)振動傳感器的實際安裝位置選取點，應遵循就近原則，結(jié)合考慮設備實際安裝條件，盡可能選擇靠近監(jiān)測部位的安裝點，以保證傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確、合理。

根據(jù)上述監(jiān)測點選取原則，選擇馬蘭礦選煤廠典型設備29臺共計138個振動、溫度傳感器點，現(xiàn)場安裝如圖2至圖7。

圖2 振動溫度傳感器、無線監(jiān)測站和服務器實物

圖3 尾煤離心液泵測點配置

圖4 合格介質(zhì)泵測點配置分布

上述振動溫度傳感器監(jiān)測參數(shù)為：振動信號測點方向為H向—水平方向，V向—垂直方向，A向—軸向，每2 h采集1次，采集時間為320 ms，每次采集16×1024個點；溫度信號每10 min采集1次。

圖5 脫泥篩測點具體配置分布

圖6 刮板輸送機測點分布

圖7 膠帶機測點分布

2.3 設備遠程智能預測性維護系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與功能

系統(tǒng)通過采集現(xiàn)場監(jiān)測點數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至遠程服務器，通過后臺數(shù)據(jù)分析技術(shù)，比對獲取的數(shù)據(jù)與正常和故障模型數(shù)據(jù)，自動分類生成設備運行狀態(tài)等級以及具體的維護建議。選煤設備維護狀態(tài)定義見表1。

根據(jù)系統(tǒng)后臺自動生成的設備運行狀態(tài)評定信息，研究人員可篩選部分進行人工查驗和修正，進而生成設備的故障預測報告。此處以馬蘭礦選煤廠864合介泵故障預測案例進行說明，其振動監(jiān)控與分析界面如圖8和圖9所示。

864合介泵狀態(tài)等級評定為警告，診斷結(jié)論為液力耦合器減速從動齒輪端軸承內(nèi)圈存在剝落，軸承所受軸向力較大，減速從動齒輪早期磨損、點蝕，近期存在持續(xù)劣化。通過圖8、圖9的時頻域分析可知，5A測點速度時域波形存在輸出軸轉(zhuǎn)頻間隔沖擊，速度頻譜可見內(nèi)圈特征頻率諧波異常，診斷864合介泵機組存在異常，應納入監(jiān)控，符合評定標準。

表1 選煤設備運行狀態(tài)維護優(yōu)先級定義

圖8 864合介泵5A測點速度時域波形分析界面

圖9 864合介泵5A測點速度頻譜分析界面

根據(jù)上述診斷結(jié)論，系統(tǒng)可自動生成如下檢修建議：

(1)巡檢時關(guān)注液力耦合器異響及溫度變化；

(2)擇機檢查液力耦合器減速從動齒輪端軸承附近及潤滑油中是否存在金屬碎屑，檢查減速從動齒輪損傷情況；

(3)擇機排查液力耦合器與合介泵聯(lián)軸器對中與運行情況。

3 典型設備遠程智能預測性維護系統(tǒng)應用效果

2018年12月，系統(tǒng)進入試運行階段，每月定期提交1份體檢報告，內(nèi)容包括設備運行狀態(tài)維護優(yōu)先級定義，設備運行狀態(tài)及描述，并在設備劣化時隨時通過手機APP、微信、電話等手段聯(lián)系客戶，幫助客戶及時把握設備運行狀態(tài)。截至目前，形成成功案例2個，預測性維護案例1個，目前仍有1臺警告機組，4臺注意機組，提請選煤廠現(xiàn)場重點關(guān)注。

依據(jù)表1的維修等級劃分，容知日新公司和太原理工大學定期提供的馬蘭礦選煤廠設備維護建議見表2，并已通過手機APP進行推送。

表2 選煤設備遠程預測性維護建議

4 結(jié) 論

選煤設備遠程預測性維護正在成為智能化選煤廠建設的重要選擇與途徑，馬蘭礦選煤廠29臺典型設備預測性維護的示范運行，有效提高了設備運行狀態(tài)的透明度，提高了設備維檢的針對性，及時對早期設備運行故障進行了排查，保證了選煤廠設備可靠、高效運行。通過選煤設備云平臺，容知日新公司、太原理工大學提供了選煤設備運行診斷的遠程專家服務，提升了設備維護的智能化水平，獲得良好的現(xiàn)場應用效果，為智能化選煤廠建設提供了有益借鑒與參考。