选煤厂振动筛运行状态及故障诊断系统研究

刘鹤鸣

（晋能控股煤业集团煤炭洗选分公司， 山西 大同 037000）

引言

洗煤、选煤是选煤厂主要的工作，振动筛在洗煤、选煤工作中是最重要的设备，选煤厂设专人对振动筛的实际运行生产情况及相关数据进行巡视监测，并定期进行振动筛设备工作参数采集。因为选煤厂环境相对复杂、设备安装的局限性以及工作场地限制等因素，人工进行巡检不但会增加工作人员的工作强度，而且在巡检的过程中还存在采集数据不及时并具有一定的安全隐患。故此，通过对选煤厂生产运行情况的分析和研究，设计了一套可以对选煤厂进行实时测监及故障诊断的应用控制系统并展开分析。

1 系统的组成结构

煤矿选煤厂的洗煤、选煤工艺为：原煤通过皮带传输机从煤仓输送到选煤厂首层振动筛进行煤炭的分选，经过分选后的粉末煤，通过皮带传输机传输至末仓完成存储，被筛选过后的全部煤块及其矸石会被送入下级分选振动筛，并进行脱介处理，这些被分选、脱介后的煤块会通过传输机统一输送至存储煤块仓进行存储，而剩下的矸石会由皮带机传输到指定的地方等待处理[1]。为了能够达到振动筛工作状态监控与诊断故障的功能，系统的组成包括主站、分站、监控的子站、震动感应传感器以及温度传感器等，其具体的结构如1 图。

其中温度的传感器实时监测振动筛滚筒、振动筛动力电机、振动筛机械减速器的温度。震动的传感器实时监测振动筛弹簧座、震动装置、减速装置的振动参数数据。子站监控主要采集8 个振动的传感器、8 个温度的传感器所监测的参数数据，并且利用无线的通信方式将采集的参数数据发送到最近分站。随后再由分站将数据经光缆发送到主站，由主站对信息加以显示、分析、处理[2]。

图1 系统的组成结构

2 上位机软件的设计

本系统是在Labview 平台的基础上，设计出振动筛工作状态监控与诊断故障的软件系统，其中上位机系统软件功能基本分为四个模块，详情如图2所示。

2.1 振动筛生产工作运行情况的监控

将主监控系统安装设计在选煤厂的中心控制室，其IP 的地址是192.168.0.1。现在以选煤厂皮带传输机机头处4 号监控的分站作为研究例子进行分析。监控4 号站的IP 地址为192.168.0.123，在子站下又设置 3 个监控子站， 其 IP 分别是：192.168.0.129，192.168.0.130，192.168.0.192。其子通讯站监控端口的编码为3129，在通讯监控端口分别设置了8 条通道振动传输信号和温度传输信号。其中温度信号传感器基本布置在滚筒位置、减速装置中的高转速轴承位置、动力电机的前后轴承位置等，共计8 个传感器占用8 个通道。振动的传感器主要是布置在减速装置高转速轴承以及动力电机的前后轴承位置，共计是五个传感器分别占用了其中的五个通道，其余三通道作为备用。在子站发送输出的温度及振动命令分为为 04010400C、04010400B[3]。TCP/IP 基本作用是连接TCP，可以对振动和温度进行信息数据的实时监督和检测，实现与TCP 相接和关闭。进行温度监测数据解析也就是将采集到的16进制信息参数进行10 进制的转换，同时将数据进行正确性的效验。解析监测振动的数据就是进行设定截止采集频率与振动频率的同时，将所获取的16 进制信息参数转换成10 进制，并要对数据的正确性加以效证，同时获取部位监测振动的幅度和强度。

图2 上位机系统功能模块

系统采用TDMS 完成对相关信息数据的读写，具有存储快、内存占用小等优点。系统报警功能是要实现对采集到的振动以及温度等项数据信息与系统设定预警阈值进行对比分析，如果检测的数据大于设定的阀值时，上位机将出现报警界面进行相应的异常警告，与此同时，系统还会把告警的相关数据信息形成记录加以保存。

2.2 故障情况模拟

目前，各选煤厂使用振动筛故障问题诊断的原始数据及各类故障数据都不完善。通过调研得出振动筛常见故障问题诊断如表1 所示：

在发生故障的早期，振动筛设备大梁会出现裂纹。对于此类问题，通过搭建早期的局部大梁模型，确定大梁的的柔韧程度与裂纹的深度间影响变化的关系。并运用数据加以描述，对裂纹大梁振动加以分析，进而确定建立大梁的裂纹与刚性矩阵，并据此构建大梁故障裂纹的深度与韧性关系，并对裂纹的故障形成进行模拟，根据模拟取得各类裂纹深度与位置的故障评估体系及数据指标[4]。

选煤厂目前使用的振动筛设置4 个弹簧，当其中的1～2 个出现变形，而且没有进行及时的更换与维护，其余2 个弹簧就会加大负荷，以导致设备的障碍性增加。故此，通过对1～2 个设备弹簧的模拟，对了解和掌握故障原因及发展变化具有重要意义。其具体流程如下：首先搭建振动筛设备弹簧模型对其运行情况进行模拟，并根据模拟取得弹簧运行特征及故障联系，为后续的障碍诊断及原因分析提供基本的信息依据。模拟弹簧的不同部位出现故障时，弹簧工作振幅的变化的规律情况，将模拟数据通过Labview 平台设计成相应程序，最终实现振动筛不同位置裂纹与不同位置弹簧故障自动分析软件[5]。

2.3 诊断故障流程

本文振动筛诊断故障应用寻踪投影法。在诊断过程中使用23 个故障特征数据指标，里面包括10个频域的指标和13 个时域的指标。其振动筛诊断故障流程如3 图。

利用装置于振动筛各类传感器所提供的监控检测数据，根据系统监测获取24 个特性指标，通过这部分特征性指标数据与系统数据库故障参数分析对比可以得到振动筛发生故障的具体位置及类别。

图3 振动筛诊断故障流程

2.4 设备功能管理模块

设备功能管理模块的作用是要对振动筛相关障碍与设备的数据信息实现规范化管理。所涉及到的数据主要包括信息数据档案、设备养护管理记录等，其中信息数据档案主要涵盖的项目包括：设备的有效年限、投入时间、装置位置、配件明细、设备类型及编号等项信息[6]。设备的保管养护记录主要包括：常见障碍诊断记录、设备日常养护记录、障碍数据信息记录等。

3 结语

煤矿选煤厂振动筛运行状态的安全稳定性，对选煤厂的选煤工作具有决定性作用。因此，以Labview 作为系统应用平台，设计研发选煤厂设备振动筛生产监控及故障诊断应用系统。该系统以振动与温度两类传感器对振动筛生产运行情况实时监控，同时还可对生产运行障碍进行实时的监督控制，并将所采集到的振动筛生产运行状况信息加以分析处理后，通过与数据库存储的故障参数对比分析，最终确定具体故障类型和维修设备的建议。