选煤厂机电设备故障分析及维护

王 磊

(晋能控股煤业集团马脊梁矿,山西 大同 037017)

选煤厂是高度机械化的煤炭加工场所,煤炭洗选过程中所需机电设备较多。对选煤厂技术与工作人员来说,了解各设备的工作原理、结构特征、常见故障及维护措施是十分必要的[1-2]。目前选煤厂设备的故障检测采用的是人工点检、巡检的方式,检测效率低,实时性差,不能及时排除各设备的故障信息,容易导致事故的发生[3-4]。本文将针对某选煤厂各类机电设备进行故障分析,并建立一种基于嵌入式技术的故障监测系统,实现对洗选、运输等设备的智能监测与维护保养。

1 选煤厂机电设备故障分析

选煤厂机电设备按照功能分为分选设备、破碎设备、筛分设备、脱水设备与运输设备等,本节将对这五类设备分别进行故障分析,探究各类设备的主要故障类型、故障原因及维护措施[5]。

1.1 分选设备故障分析

分选设备主要将煤料按照不同密度、颗粒大小进行分选,常用设备包括跳汰机、介质分选设备、浮选设备与磁选机等,其中跳汰机常见的故障及原因如表1所示[6]。

表1 跳汰机故障分析及处理Table 1 Fault analysis and treatment of jigger

1.2 破碎设备故障分析

矿山开采的煤炭直径一般在300～1 000 mm,在洗选过程之前,需要对煤炭进行破碎。按照不同的破碎方式及结构特点,常用的破碎设备分为:分节破碎机、双齿辊破碎机、锤式破碎机以及颚式破碎机等。其中分节破碎机的常见故障及原因如表2所示[7]。

表2 分节破碎机故障分析及处理Table 2 Fault analysis and treatment of sectional crusher

1.3 筛分设备故障分析

筛分设备是利用带孔的筛面,将物料按照不同的颗粒大小进行分类,从而达到脱水与脱泥的效果。按照不同的筛面结构及形式,可将筛选分为固定筛、辊轴筛、滚筒筛、摇动筛与振动筛等方式。筛分设备常见的故障及原因如表3所示[8]。

表3 筛分机故障分析及处理Table 3 Fault analysis and treatment of screening machine

1.4 脱水设备故障分析

煤的脱水是洗选过程非常重要的环节,水分的高低决定煤质产品的好坏。常用的脱水设备包括离心脱水机、过滤机与干燥机等,其中离心脱水机用于对水分质量要求比较高的场合,过滤机与压滤机等用于表面积较大,不易脱水的场合。离心脱水机常见的故障如表4所示[9]。

表4 离心脱水机故障分析及处理Table 4 Fault analysis and treatment of centrifugal dehydrator

1.5 运输设备故障分析

选煤厂中运输设备包括带式输送机、刮板输送机、提升机等,其中带式输送机由于输送量大,结构简单,维护方便等优点在选煤厂中应用最广泛。带式输送机的常见故障如表5所示[10]。

表5 带式输送机故障分析及处理Table 5 Fault analysis and treatment of belt conveyor

2 设备故障监测系统设计

根据上文对选煤厂各类机电设备的故障分析,设计一种远程监测系统,实现选煤厂设备的智能监测功能。

2.1 监测系统功能分析

系统功能结构可分为数据采集功能、故障监测功能、数据存储功能与权限管理功能。

数据采集功能:对各设备的故障类型进行分析,制定各设备的监测标准,用传感器采集设备的振动、温度、转速与电压电流等工作参数,并通过有线或无线的传输方式,将数据传入嵌入式监测设备中。

故障监测功能:通过在线分析与历史数据库比对等方式,对选煤厂各机电设备的状态进行评估,以数值和图表的形式进行直观反映。

数据存储功能:选煤厂机电设备较多,所需存储的数据量庞大,采用常规直接存储会造成数据冗余，从而浪费存储空间。应当将数据按照文件索引的方式,将索引目录存入关键数据库,方便历史数据的查询。

权限管理功能:系统设置为设备管理权限与系统调试权限。日常设备维护与盘点时,向相应工作人员授权设备管理权限,可对设备的日常运行及故障信息进行查询；系统调试权限为系统工程师授权,可对系统参数进行修改和维护。

2.2 监测系统方案设计

选煤厂机电设备监测系统如图1所示,主要包括上位机监视层、控制器与设备采集模块。上位机安装于选煤厂调度室内,负责各机电设备的监视与统一调控。控制器为单片机系统,负责各设备采集信号的处理、故障分析、数据存储功能。设备采集模块由各类传感器组成,分别采集选煤厂分选设备、破碎设备、筛分设备、脱水设备与运输设备的电流、电压、温度、振动与位移等运行参数与故障信号。控制器与各机电设备采集模块通过RS485串口通信实现数据传输,控制器与上位机通过交换机,利用以太网组网,实现系统的远程控制与数据共享。

图1 监测系统总体方案Fig.1 Monitoring system

3 监测系统硬件选型设计

3.1 系统处理器模块选型设计

系统处理器的原则是:满足系统的控制要求,具有良好的扩展性能,适用于恶劣的工作环境,抗干扰能力强。CPU处理器选用PIC系列单片机,型号为PIC16F873A,该型号为FLASH单片机,拥有哈弗总线结构,控制指令简短,效率高。寻址有直接、间接与相对三种方式,程序执行时功能损失小,带有16位定时器与计数器,设有SPI模式、降压监测与复位功能。单片机最小系统包括CPU处理器、晶振电路、JTAG接口电路等。

3.2 系统传感器选型

本系统所需要的传感器包括振动传感器、位移传感器、电压电流传感器与温度传感器。根据选煤厂各环境参数的幅值范围、采样精度需求、传感器的频率响应特性等指标进行各传感器的选型设计。振动传感器选用608A11型传感器,利用正压电效应原理,通过开关连接到采集设备,可用于煤矿生产环境,适合永久安装使用,测量灵敏度100 mV/g,频率范围0.5～10 Hz。

位移传感器选用电涡流传感器,具体型号为JX70-04,是一种非接触式动态传感器,可测量位移范围0.5～4.5 mm,供电采用DC24V电压,输出电流0～20 mA。

温度传感器选用PT100铂电阻传感器,利用铂电阻的热效应,温度越高,电阻阻值越大，根据对应关系,将电路阻值换算为被测环境温度。温度传感器可测量-45～120 ℃的温度范围,最小分辨率为±1℃。从采集精度及抗干扰性分析,本系统的温度信号采集电路设计如图2所示。

图2 温度信号采集电路Fig.2 Temperature signal acquisition circuit

4 应用效果分析

监控系统应用塔山选煤厂以来,受到广大员工的一致认可,为企业带来了较好的经济效益与社会效益。表6为选煤厂在监测系统应用前后三个月的数据统计结果。可知,在系统应用后,各类机械设备的故障率都降低50%以上,维修时间减少30～70%,有效地对各类故障起到预警作用,帮助工作人员及时发现故障并采取维护措施。

表6 系统应用效果Table 6 Application of the system

5 结语

本文针对某选煤厂各机电设备的常见故障进行分析,介绍了故障主要原因及维护措施,在此基础上，建立了机电设备的故障监测系统,利用串口通讯及以太网实现各设备故障信息的采集、传输与远程监测功能,便于各设备的统一管理与监测,节约了巡检的人力成本。