基于B/S结构的带式输送机故障诊断系统
2020-01-13贾清华刘宁丁昱
贾清华，刘宁，丁昱
(1.同煤集团有限公司 同大科技研究院， 山西 大同 037003；2.中煤科工集团 上海有限公司， 上海 200030)
0 引言
随着煤矿开采机械化和自动化水平提高，煤矿机电设备的可靠性使用尤为重要，大型关键设备的安全可靠性和可维护性直接影响了煤矿的安全生产。带式输送机是煤矿主要的运输设备，如果有故障产生而没有及时发现，对生产会造成直接影响，甚至会造成人身伤害，因此世界各国煤矿行业相继引入故障诊断技术。但是传统监测诊断传统方法是通过人工目测、敲击、触摸等手段判断，由于人为因素的影响，其可靠性较差。
带式输送机在煤矿运输系统中属于大型关键生产设备，其安全运行直接关系到煤矿的生产安全与生产效率。通过反复分析研究,决定采用了YHZ18矿用本质安全型振动监测分析仪、KGS18矿用本质安全型振动加速度传感器、矿用本质安全型温度传感器、隔爆兼本质安全型多路电源、矿用交换机、数据库服务器、基于TFIX的上位机监测诊断软件以及基于Web的检测诊断软件,可以解决带式输送机运行过程中存在的温度、振动等潜在运行故障的监测与分析，实现由事后维修、定期维修向预知维修、按需维修转变，避免事故发生。
1 B/S结构的选择与研究
现在软件开发的整体架构主要分为B/S架构与C/S架构，其C/S架构是客户机/服务器结构，B/S架构是浏览器/服务器结构。相比C/S架构，B/S用通用浏览器就能实现原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，并降低了成本。同时B/S架构最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装其他专门的软件即可实现强大的功能，同时节约了开发成本。因此选择了B/S架构。
2 故障诊断信号的分析与处理
通过KGS18矿用本质安全型振动加速度传感器、矿用本质安全型温度传感器获取故障诊断信号进行分析处理，可以获取故障特征信息。
2.1 信号的时域分析
时域分析主要是针对波形和幅域参数值，如果故障特征较为明显，可以考虑这种分析方式。以图1时域波形图为例，从波形分析看，其故障特征接近于一个正弦波，但这种方法要求分析人员具有丰富的现场实践经验。
图1 故障信号时域波形图
针对相应的数字信号进行A/D转换，设信号为x(t)，把在特定采样频率下获得的离散信号数据为[xl,x2,…，xn]，经过信号时域分析，其振动幅值可以获得以下参数:
1) 最大值:Xmax=max(|xi|)
2.2 信号的频域分析
信号频谱是在频率域中对原始信号分布情况的描述，故在带式输送机故障诊断中队信号频谱进行相应的分析显得尤为重要。信号的频谱由傅里叶变换而来，即：
2) 信号的幅值谱：|X(f)|=(Re2[X(f)+Im2[X(f)]])
通过频谱分析时，运用分析所得的结果，可以对带式输送机运行状态进行未来走势的预测。例如轴承权降程度的判定,见图2。
图2 轴承故障程度判定
3 基于B/S结构的带式输送机故障诊断系统的研究
3.1 故障诊断专家系统
综合数据库是带式输送机故障诊断系统运行的一个重要组成部分，是知识库和推理机以及人机交互界面之间的连接关键。根据其系统的特点，本系统采用关系数据库。
3.2 系统开发工具
3.2.1 Java语言
Java语言是目前最流行的一种跨平台、面向对象的编程语言，其特点为：语言简单、安全性高、性能稳定、结构中立、可移植性好。
3.2.2 客户端开发技术
带式输送机故障诊断系统，对采集的数据信号经过信号分析后要形成动态的分析图谱，从而直观显示设备的运行状态，这就要求能实现动态页面功能的客户端开发技术。本系统采用Java Applet技术，来满足客户端设计要求，它主要优势为：
1) 由于本故障诊断系统要进行大量的信号分析，形成特征图谱，实现动态显示，如果采用静态的HTML文档仅仅能够显示简单文本信息，不能很直观反映设备的运行动态。运用Java Applet技术可以实现这一目标。
2) 无安装问题，应用范围广。Applet应用与平台无关，开发的程序只要在有Java运行的任何环境中都可以应用，针对本系统的远程客户端，也不需要安装专门的客户端软件，利用系统自带的浏览器就能实现。
3) 安全性好。
4) Applet程序在浏览器端运行，减少了本系统服务器的负担，此外，程序传输的只是其代码，因而很大程度上减少了网络传输负担。
3.3 系统数据库访问技术
本系统的中心数据库服务器存放着系统的历史数据、故障数据，报警数据和用户信息和设备信息。本系统选择SQLServer2005作为数据库操作系统，编写应用程序运用的是Java语言。
JDBC连接和访问数据库的基本流程如图3所示。
3.4 带式输送机故障诊断系统软件的实现
带式输送机古故障诊断系统软件是利用Web技术对采集到的原始数据进行处理，让用户能够方便、快捷、实时地对现场数据进行观察和分析的数据处理系统。本软件可实现煤矿带式输送机等机电设备的运行状态监测与故障智能诊断分析。功能包括：机电设备多故障信息融合报警判断、设备实时诊断分析预示、温度在线监测功能、振动大小监测功能、实时图示、报表查询、报警查询、历史趋势、诊断分析、实时显示、诊断报告、相关知识、使用帮助、实时报警等功能。例软件抓取的振动曲线,见图4。
图3 JDBC连接和访问数据库的基本流程
图4 软件抓取的振动曲线
4 结论
1) 针对采集到的数据通过提取、分析、诊断，确定采用B/S模式并构建系统开发的软件平台，综合利用数据库技术、网络通讯技术等，对B/S结构的带式输送机故障诊断系统进行了研究，并完成了该系统的Web搭建。
2) 本软件可实现煤矿带式输送机等机电设备的运行状态监测与故障智能诊断分析。功能包括:机电设备多故障信息融合报警判断、设备实时诊断分析预示、温度在线监测功能、振动大小监测功能、实时图示、报表查询、报警查询、历史趋势、诊断分析、实时显示、诊断报告、相关知识、使用帮助、实时报警等功能。该软件已通过第三方测评并取得软件著作权。
