煤礦旋轉機械在線故障診斷及預警系統設計研究

孟瑞峰

（內蒙古神東天隆集團股份有限公司武家塔露天煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

我國科技發展速度持續加快，煤礦開采使用的機械設備類型也隨之增加。從旋轉機械來看，其自動化程度提高了很多，然而，因為所處環境相對惡劣，運行一段時間后會出現故障，這對煤礦企業生產造成非常大的影響，若想解決這個問題，必須將在線故障診斷予以有效落實，并保證預警系統能夠發揮出作用，這樣才能使得旋轉機械保持良好的運轉狀態。

1 煤礦旋轉機械在線故障診斷系統總體設計

1.1 功能設計

在進行設計工作時，功能設計是不可忽視的，要保證以下功能得以實現：信號處理、預警及診斷提示、數據管理及輔助功能，具體細分為時域分析模塊、頻域分析模塊、特征頻率計算模塊、在線預警模塊、在線診斷模塊、診斷報告打印模塊、用戶監測模塊、歷史數據存儲與查詢模塊、月度報表打印模塊、登錄模塊、系統配置模塊等。

1.2 設計思路

首先，通過傳感器對振動數據進行收集，進而針對時域、頻域相關數據展開全面分析，了解旋轉機械運行的實際狀態，按照監測時間對全部的運行參數予以分類保存。其次，完成數據采集后，要及時展開故障分析，將出現的具體故障予以明確。

對在線故障診斷系統予以應用時，全部的原始數據信號均要作為基本數據源使用，若想使得診斷所得結果更加的準確，應該保證數據信號的質量能夠大幅提高。對原始信號進行采集的過程中，傳感裝置要保證精度達到要求，這是保證信號質量的關鍵所在，除此以外，還要對測點位置、采樣頻率予以關注，按照旋轉機械的實際情況完成測點的選擇，如此可以使得信號處理更為簡單，而且可以使得提取工作能夠順利完成，這樣就可保證故障診斷更加準確。對電子振動進行測定時，要選擇振動感應、信號采集等裝置，如此能夠保證信號傳輸目標順利達成，之后通過A/D 轉化器就能夠將時域信號傳輸至服務器。

展開煤礦旋轉機械在線故障檢測時，為了使得故障診斷能夠真正落實到位，要構建完善的數據庫，在此基礎上將設計思路予以確定。煤礦旋轉機械的各類故障信息要納入數據庫中，通風機、壓風機、抽水泵等均不可缺失，如此可以有效完成故障分析工作，進而尋找到切實可行的解決之策。在線診斷工作結束后，能夠自動獲取診斷結果，如此就可將故障類型予以確定，并提出可行的解決措施。監測界面能夠將具體的故障區域呈現出來，故障提示燈能夠直接發出警報，這樣一來，用戶就會對故障設備有切實的了解。

1.3 設計信號分析方法

煤礦旋轉機械的類型是不同的，在對信號分析方法進行選擇時，要對特征信號予以關注，確保采用的方法是最合適的。現階段，頻譜分析、功率譜分析、網絡譜分析的應用是常見的。通過頻譜分析能夠對信號頻域呈現出的特征有切實的了解，通過功率譜分析則能夠將頻域中存在的噪聲信號順利提取出來。選擇包絡譜分析方法能夠獲得沖擊信號，進而彎沉齒輪故障的診斷工作。

從三相電機的應用來看，對軸承進行連接時采用的是耦合裝置，并要將其和減速裝置予以互聯，如此可以保證負載滿足實際需要。旋轉機械處于運行狀態時要切實完成故障診斷，相關人員要對電機的振動、溫度予以測定，同時要將噪聲干擾予以消除，這樣可以使得信號處理更為簡便。將測點位置予以確定時應該要關注安裝特性，保證機械運行不會受到任何影響。當煤礦旋轉機開始運行后，軸承部件的振動包括徑向振動、軸向振動，前一種相對明顯。

對機械進行安裝的過程中，徑向安裝是常用的方式，通過振動感應將具體的位置予以明確，保證振動頻率分析做到位，如此就可對故障類型進行準確判斷。將溫度感應裝置安裝在電機外殼上，這樣就能夠對外殼溫度有切實的了解，進行在線故障診斷的過程中就能夠獲得所需的參考數據。

2 煤礦旋轉機械預警診斷

2.1 方法

設備參數的保存是不可忽視的，因而要依據實際需要完成故障診斷模式的設計，并確保其呈現出針對性，一般來說，粗略診斷、精細診斷要切實做到位。將旋轉機械的部件參數予以確定后，相關人員可選擇精細診斷模式，未能獲取參數，則選擇粗略診斷模式。從精細診斷來看，包括絕對診斷、相對診斷這兩種方式，獲取的結構參數輸入系統就能對特征頻率進行計算，繼而展開絕對診斷就能夠將故障狀態予以確定。相對診斷是對信號特征頻率幅值予以比較，這樣也可對設備故障進行判斷。采用粗略診斷模式，主要就是進行時域分析、頻域分析，在此基礎上將峰值、有效值、均方值予以明確，這樣也能夠完成故障診斷。粗略診斷的方式同樣為絕對診斷、相對診斷，前者需要將特征參數范圍予以明確，在基礎上將具體的故障尋找出來，后者則要對實時信號展開比較、分析，這樣也能夠對故障狀態有一定的了解。從工作人員的角度來說，要對互鎖方式予以充分利用，精細診斷、粗略診斷要靈活運用，采用精細診斷模式，那么粗略診斷則不需要運行，反之亦然。

2.2 系統設計

2.2.1 軟件設計

系統配置模塊要滿足需要，監測對象、監測通道、預警診斷等均要納入其中，傳感器通道也要配置到位，在此基礎上將診斷方案、預警方案予以確定，確保部件的理論特征頻率計算能夠順利完成。用戶監測模塊除了要能夠對預警、診斷清晰顯示，同時應具有報表生成功能。

用戶監測界面的組成為頻域圖、時域圖、故障提示等，從時域圖來看，相關人員只要點擊“原始波形”就能夠見到波形圖，再次點擊后，LED 就會變得較暗，波形圖就能夠呈現。點擊“診斷報告”就可獲得診斷結果，并可對其進行打印、存檔。當監測設備發生改變時，點擊“返回”就可重新回到選擇界面。對頻域圖予以應用能夠將有效值、均方值、波性因素之類的參數清晰呈現出來。通過狀態燈則能夠對故障分布予以提示，了解旋轉機械的實際運行情況，綠燈表示設置處于正常狀態，黃燈則是發出警告，而紅燈代表已經發生了故障。將故障的類型、狀態清晰呈現出來后，相關人員就可尋找到導致故障出現的具體原因，進而提出切實可行的處置措施。

2.2.2 硬件設計

數據采集模塊就是通過采集儀來完成采樣工作，繼而利用通道來實現轉換，獲得24 位模數，對加速度常年期進行利用能夠將動態參數、采樣頻率之類的參數予以確定。為了使得旋轉機械設備的監測賦予實效，要將加速度傳感器安裝于傳動設備上，連接方式可以選擇磁座連接、螺紋連接，這樣需要提醒的是，對模態分析結構要予以關注，確保傳感器能夠安裝于最合適的部位。測點的設置也是不可忽視的，確保振動信號傳輸能夠切實縮短，將傳感器安裝于傳動系統軸承處，如此能夠對轉軸、軸承的相關信息切實收集起來。對傳感器通道的實際數量予以確定時，需要關注的是監測設備、測點的具體數量，確保能夠同時對多個設備展開監測。

3 系統測試

對在線診斷及預警系統具有的實際功能進行驗證時，要完成轉子—軸承系統設計，通過其對轉子不平衡進行模擬。預設的轉速是1800r/min，設備產生的振動信號通過加速度傳感器來進行采集，重點是對系統運行的實際狀態進行監測。當轉子處于正常狀態時對軟件系統進行測試，故障提示燈為綠色，設備沒有任何問題，此時要將原始數據提取出來，并完成好頻譜分析。

在轉子圓盤上增加螺釘，對不均衡故障機械能模擬，在轉速達到1800r/min 時，有故障信息提示，故障燈為紅色，此時對初始數據進行提取，展開頻譜分析。在轉子達到1 倍頻后，其對應幅值時0.0015g，相較于常態是明顯較高的，而達到4 倍頻、5 倍頻時，諧波產生，這和轉子不均衡故障的基本特征是相符的。對頻譜分析、故障診斷系統所得的結果進行比較可知，兩者是完全相同的，這就表示系統具有良好的實用價值。

4 結語

綜上所述，本文主要論述了煤礦旋轉機械在線故障診斷和預警系統設計，準確識別煤礦旋轉機械的故障，并且及時發出提示，保障在線故障診斷效果，整體操作比較簡單，同時具有較高的可靠性，保障煤礦旋轉機械運行的正常性，提升煤礦企業的經濟效益。