選煤廠振動篩運行狀態及故障診斷系統的研究

武瑞峰

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

選煤廠煤炭洗選工作為流水線，當洗選過程中任一設備出現故障均會給選煤廠正常生產帶來制約，因此強化設備的運行狀態監測以及故障診斷對提高選煤廠生產效率具有顯著的促進意義[1-3]。因此，應運用一種振動篩運行狀態以及故障診斷系統，以實現對振動篩運行的自動監測以及運行故障的模擬診斷。

1 系統硬件的組成

選煤廠煤炭洗選環節涉及到的機電設備具有布局復雜、種類繁多等特點，其中最常見設備有振動篩（脫泥篩、分級篩以及脫介篩等）、輸送機、斜輪分選機等。具體選煤廠煤炭洗選流程為：原煤通過帶式輸送機運輸至振動篩進行分級，分選得到的粒徑較小的末煤使用帶式輸送機運載至末煤倉存儲；分級篩篩上物（塊煤、矸石）采用帶式輸送機分別運輸至塊煤倉、矸石堆放點進行存儲[4-6]。

振動篩運行狀態及故障診斷系統設計到的硬件結構單元主要包括有傳感器（溫度、振動等）、監測分站、監測子站以及監測主站等，具體系統布置見圖1。

圖1 振動篩運行狀態及故障診斷系統硬件結構圖

在振動篩驅動電機、滾筒以及減速器等位置上均布置溫度傳感器，對設備運行溫度進行實時測定；在振動篩激振器、減速器以及彈簧座等位置上均布置振動傳感器，用以對設備振動參數進行測定。依據振動篩布置情況，現場共計安裝154個溫度傳感器、92個振動傳感器。監測子站可同時獲取8個溫度、8個振動傳感器監測數據。根據監測需要，在振動篩周邊共計需要布置26臺監測子站，為了簡化降低子站通信線路布置難度，監測子站通過內置無線通信模塊將獲取到的溫度、振動參數傳輸給監控分站。監測分站與監測主站間采用光纖方式進行通信，監測主站會實時分析各溫度、振動傳感器監測數據，并實時顯示。

2 系統上位機的設計

振動篩運行狀態及故障診斷系統上位機軟件基于Labview平臺開發，軟件結構主要包括有設備運行工況、故障診斷、故障模擬以及設備信息管理等模塊。

2.1 運行工況模塊

設備運行工況模塊主要功能包括有TCP數據采集、振動數據分析、溫度數據分析、傳感器數據存儲以及運行異常報警等。TCP模塊功能主要用以構建TCP連接、溫度以及振動數據讀取、關閉TCP連接。

振動數據分析模塊設定與振動采樣頻率，并將十六進制字符轉換成十進制字符，通過數據解析得到振動烈度以及位移值；溫度數據分析模塊將獲取到的十六進制溫度數據轉換成十進制，并對數據進行校核。振動以及溫度監測數據采用TDMS控件寫入到數據庫。

運行異常報警模塊將監測得到的振動、溫度數據與設定的閾值進行比對，若發現監測值大于設定閾值時，報警記錄存儲在數據庫中并彈出報警窗口。

2.2 故障模擬

經過現場調研，獲取得到的振動篩典型故障特征見下頁表1所示。

表1 振動篩典型故障特征

振動篩四端均有彈簧，當一個或者兩個彈簧出現故障時，若不能技術維修會導致其他彈簧故障發生率增加，嚴重時甚至導致振動篩無法正常工作。因此，模擬一個或者兩個彈簧故障對掌握振動篩彈簧故障具有重要意義。具體振動篩彈簧故障可通過下述方式進行：構建振動篩動力模型并進行模擬分析，以便獲取振動篩不同彈簧故障發生時的振動特征；構建有限元模型得到彈簧無故障時的振動規律；模擬不對位置彈簧故障對底座振動參數的影響。

大梁裂紋是斷裂故障的早期表現形式，通過有限元數值方法確定大梁裂紋故障的剛度矩陣。構建裂紋與彈性模量間定量關系，并通過數值模擬方式對大梁故障進行仿真分析。最后得到大梁裂紋故障綜合評價指標。

2.3 振動篩故障診斷模塊

故障診斷模塊使用的故障診斷方法為投影尋蹤方法，具體對振動篩的24種特質指標（包含13個時域指標、11個頻域指標）進行分析，最終得到故障診斷模型以及特征指標的定義表達式；隨后將特征指標進行投影，在保證數據特征值精準度的同時提高數據特征的準確率以及分類效率。具體振動篩故障診斷流程如圖2所示。

圖2 振動篩故障診斷流程

2.4 設備信息管理

具體構建的數據庫類型包括有維護管理記錄以及設備檔案信息等。維護管理記錄信息有維護記錄、故障信息以及故障診斷維護建議等。設備檔案信息有設備名稱、型號、生產常見、使用年限、安裝位置等。

3 結論

基于Labview構建的振動篩運行狀態以及故障診斷系統，通過在振動篩周邊布置的154個溫度傳感器、92個振動傳感器監測數據，通過對監測數據進行提取分析，從而掌握振動篩運行狀態，同時通過將溫度以及振動參數與數據庫中數據進行比對，得到振動篩故障類型，供相關人員依據獲取到的振動篩故障類型以及位置，提出針對性的維修措施，以降低潛在的故障給振動篩運行帶來的影響。