浅谈胶带运输机在线监测与故障诊断系统在矿井的应用

【摘要】煤矿胶带运输机的安全运行直接决定煤矿的经济效益，本文主要介绍了胶带运输机在线监测与故障诊断系统的组成及其在设备维护和管理中的应用。利用在线监测与故障诊断系统对胶带运输机的运行状态进行监测，能够及时发现设备异常及存在的故障隐患，进而合理安排设备检修，降低胶带运输机的故障率，保证矿井安全生产。在线监测与故障诊断系统的现场应用实践表明，在线监测系统可以有效的监测设备的健康状态，为合理制定生产和维修计划提供科学、可靠的依据。

【关键词】故障诊断;胶带运输机;在线监测系统

引言

随着煤矿开采机械化与自动化水平提高，对胶带运输机的管理手段与管理方法也提出了更高的要求，如何有效保证胶带运输机运行安全也成为设备管理的重点。传统的设备维护管理方式（如定期维修、点检）经常会导致设备的过维修、欠维修从而造成巨大的经济损失甚至严重的设备事故。因此，对设备的运行状态进行实时监测，实现设备管理维护模式向预知维修方向转变已经成为设备管理与维护的必然趋势。对设备实施在线监测与故障诊断是实现设备预知维修的重要举措。设备在线监测与故障诊断系统对设备运行健康状态的进行实时监测，及时发现设备故障隐患，为有效的组织设备的维修提供指导，对提高设备使用效率及寿命，具有重大意义。

由常州自动化研究院研发的《煤矿机电设备在线监测与故障智能诊断系统》，采用先进的设备状态监测与故障诊断技术，实现设备运行状态的智能诊断分析，可以有效的预防和减少设备事故的发生。该系统主要用于胶带运输机的状态监测与故障诊断，并取得了一些有意的成果，对于确保煤矿生产的正常运转，避免煤矿重、特大设备事故的发生意义重大。

1.在线监测与故障诊断系统的组成

在线监测与故障诊断系统是由数据采集与分析、数据传输、监控主机服务器、远程设备故障诊断中心等几部分组成，如图1所示。在矿生产调度中心及设备管理维护相关职能科室可以通过网络实现对设备运行状态的实时监测，为制定生产计划、设备检修计划提供科学、可靠的依据。

图1 在线监测与故障诊断系统示意图

数据采集与分析包括振动、温度传感器，数据采集分站（YHZ18）实现设备运行状态的数据采集和分析。数据采集分站具有故障特征频率计算、智能诊断等功能。通过网络将设备的运行状态信息保存到服务器中，并进行Web发布。设备出现异常且无法确定设备异常原因时，可以向远程故障诊断中心的专家求助并组织相关专家进行“会诊”。

在线监测与故障实能诊断系统，通过实时采集与在线分析设备的振动、温度信号以及电控参数，能够实时智能地诊断出设备可能存在的不对中、不平衡、配合松动、装配不当以及轴承内圈、外圈、滚动体疲劳损伤等潜在故障，定量地诊断煤矿设备运行好坏，智能判断故障损伤部位与严重程度，实现设备工作状态实时可视化。

1.1 系统主要功能与特点

1）井下机电设备振动数据采集与存储：通过本安型振动传感器与多通道数据同步采集芯片，可以实现煤矿大型机电设备振动信号的同步采集。

2）多故障信息融合报警判断：通过ISO2372国家振动标准基础上，融合设备振动烈度、振动加速度以及设备温度等信息，实现设备振动报警。

3）故障特征智能提取与识别：通过滤波技术去除噪声干扰，通过包络解调技术智能提取与识别振动信号中的故障特征。

4）设备故障实时分析与智能诊断预示：通过YHZ18振动监测分析仪DSP与ARM双核处理器，集成高性能智能诊断算法，实现煤矿大型机电设备在线监测与实时诊断，克服了设备故障诊断对专业人员的过分依赖。

1.2 系统主要目的

1）为关键设备故障诊断提供在线智能分析手段，现场分析数据，提高隐患排除实时性。

通过对关键设备的轴承、减速器、电机等易损部件振动温度信号在线监测，利用集成故障智能分析方法的嵌入式诊断分析仪器，在设备现场自动完成数据的分析处理，自动识别故障特征，实时智能诊断设备故障原因、故障类型、故障严重程度，及时发现设备潜在故障，提高故障隐患排除实时性。

2）降低点检人员工作强度，提高工作效率，实现减人增效。

在线点检系统可以实现对设备运行状态的全方位监测，设备维护人员可以根据在线监测系统提供的设备运行状态信息，对设备进行有目的，有针对性的维护，使得设备维护工作变得简单、高效、可控，为设备运行维护的增效减员提供了强有力的保障。

3）转变维修方式，为设备科学维修与故障应急管理提供数据支持。

在线点检系统以监测诊断数据为基础，为设备预知维修管理提高科学依据，降低维修的盲目性，减少关联设备引起的二次损伤，增加设备生产效率，减低维修成本，有效避免突发性事故发生。

4）与离线点检系统相结合保障设备安全可靠运行。

对负载较大、易磨损、环境恶劣点检工不便检测的关键大型机电设备开展在线点检系统，与离线点检有效互补，将极大提高设备维护工作效率，从而保障煤矿安全高效生产。

5）探索新的机电设备管理手段与管理方法。

目前煤矿主要采用红外测温和测振的离线点检系统用于保障大型机电设备安全可靠运行，该方法在设备运行状态监测与管理维护等起到了重要的作用，但是离线点检仅仅局限于设备运行数据大小的采集和显示，不能实时智能地判断设备故障部位和故障程度，对于设备故障原因以及设备劣化过程的识别依赖于专业技术人员诊断分析，对于点检与维修人员的工作经验及技术水平要求较高，也经常出现设备运行状态异常的漏检及误判，同时不利于各级管理人员远程查看与了解相关信息。因此，急需探索新的机电设备管理手段与管理方法，提高矿井设备的管理水平。

2.胶带运输机在线监测与故障诊断系统应用案例

案例一：设备不对中故障

大柳塔煤矿于2013年4月在5-2煤主井胶带运输机安装试用在线监测与故障诊断系统，共安装27个振动传感器与6个温度传感器，实现对胶带运输机的电机、减速机、滚筒等设备运行状态的全面实时监测。

2013年6月，在线监测系统发现5-2煤主井胶带运输机3#电机振动幅值增大，其振动幅值的历史趋势变化如图2所示。

图2 5-2煤主井胶带运输机3#电机振动幅值的历史趋势

利用在线点检系统提供的频谱分析，可以看出频谱图中出现明显的不对中故障特征频率，因此，引起电机输出轴振动增大的原因为电机与减速机之间存在不对中故障。利用停机时间对电机与减速机之间的联轴器及对中精度进行检查。检查时发现3#电机的联轴器磨损严重，导致电机与减速机之间出现了不对中故障。检查结果与在线监测系统监测结果一致。6月8日联轴器更换后，其历史曲线恢复正常。如图3所示。

图3 5-2煤主井胶带运输机3#电机振动频谱

图4 电机测点布置图

图5 在线监测系统智能诊断界面

案例二：电机基础刚度不足故障

黄玉川煤矿井下胶带运输机2#电机在生产运行中振动剧烈，在电机底座上具有明显的振感。联系电机厂家及相关专业人员对该机电机的运行状态进行诊断分析。采取提高电机与减速机之间的对中精度以及检查电机的电气系统故障等一些列措施，未能找出引起电机振动剧烈的根本原因。最后针对该电机振动的特点，采用天地（常州）自动化公司自主研发的在线监测与故障诊断系统，对该胶带运输机的3台电机的振动情况进行测试分析与诊断，测点布置图如4所示。

通过在线监测与故障诊断系统，对该胶带运输机2#电机的运行状态进行诊断分析。在线监测系统的智能诊断分析的结果如图5所示。经在线监测与故障诊断系统分析，确定引起电机振动剧烈的原因为：该电机的基础刚度不足。这也从另一方面说明，提高电机与减速机之间的对中精度等一些列措施后，仍然不能够降低电机振动强度的原因所在，后经矿方对电机基础进行加固，电机振动明显减小。

3.结论

本文介绍了胶带运输机在线监测与故障诊断系统组成、功能、主要目的、及在设备维护与管理中的应用，应用在线监测系统可以及时发现设备故障隐患，从而合理的制定检修时间与检修方案，减少设备故障停机、降低了故障率、提高了设备运行的可靠性、节约了设备的维护费用。通过在线监测与故障诊断的实例说明，引入在线监测与故障诊断系统可以有效提高设备管理与维修水平，同时可以转变维修方式，为设备科学维修与故障应急管理提供数据支持。随着煤矿技术的发展，对煤矿关键的设备实施在线监测与故障诊断时也许是未来设备管理与维护的发展方向，对于提高煤矿设备管理水平，保证设备安全、可靠的运行具有重大意义。

参考文献

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[3]李臻，贾洪钢，李东晓等.基于DSP与ARM的煤矿设备振动监测系统设计[J]. 工矿自动化，2010（10）：1-3.

项目来源：本论文受国家科技支撑计划项目“大型煤炭基地组合服务技术研发及应用示范（项目编号：2013BAH12F00）”、课题“设备有偿托管与租赁方式研究及应用示范（项目编号：2013BAH12F05）”资助。

作者简介：杨军亮（1984—），男，陕西神木人，2008年7月毕业于西安交通大学，学士，助理工程师，现供职于神东煤炭集团设备管理中心，主要从事煤矿设备运行管理工作。