搜索
铁煤集团小康矿提升机减速器运行状态监测与故障预测设备技术方案2009年7月提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案11项目背景及意义煤矿机电设备是煤矿企业的核心,由于缺少有效的运行状态监测手段，设备故障不能及时被发现，最终导致设备完全损坏，不但影响煤矿企业整体的生产进程，而且造成经济损失。提升系统是煤矿关键设备，是保证煤矿正常生产的重要环节。提升机的减速器是提升系统的关键装置，一旦发生故障，检修安装周期较长，影响整个煤矿的生产，带来巨大的经济损失。减速器故障的产生有一定的规律性，在发生故障初期，往往不易发现。现有故障诊断系统及诊断方法基本是事后处理，即发现故障时，情况已经比较严重，减速器无法正常运行了。而且诊断方法和诊断理论相当复杂，非专业人员很难操作。本项目采用黑箱法，从整体的频谱特性从发来判断减速器的运行状态，一旦状态发生偏离即做出报警，及时检修，把故障消灭在萌芽状态，延长设备的使用周期，保证煤矿生产的连续性。本系统已在山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭矿121盘区三台潜水泵上成功应用，取得了良好的效果。项目实施后，可以达到预期效果如下：1.早期探测故障征兆，及时报警采取应急对策，杜绝事故，减少故障停机损失和非计划停机检修；2.长期监测机器状态、工况，据此安排检修计划；3.探测出机器异常原因、缺陷部位（需前期故障数据支持），尽早确定检修项目，超前准备，防止过剩维修，减少停车检修中等待；4.改进装备，消除瓶颈，提高系统可靠度和功能可利用性，延长设备的使用寿命，节省维修费用；5.据监测诊断资料，对在用装备评价，指导装备选型、采购和设计改进。预期管理效益如下：1.提高设备运转率（1）掌握设备运行状态：随时掌握设备的运行状态及发展趋势。（2）减少判断故障时间：通过数据记录和信号分析，减少判断故障时间，减少事故停机造成的损失。提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案2（3）发现早期隐患：许多故障的发生都是有轻到重的过程，通过对异常信号的监测，能够早期发现设备潜在的故障，避免或减少事故的发生，延长使用期限，提高设备可用率。（4）预测性维修：通过对设备的状态分析，可以确定合理的检修时机和检修方案，能够促进检修模式从事故检修、定期检修向视情检修、预测检修的科学模式的转变，避免不必要的停机，节约维修费用。2.减员增效（1）无人值守：“少人值守、无人值班”是各行业运转模式发展的必要趋势，在控制室甚至是远端就可以了解和掌握设备的运行状态是这种运行模式实现的基础之一。（2）降低员工劳动强度：实现实时监测、信息化水平不断提高，劳动强度减小。2系统主要技术要求提升机减速器运行状态监测与故障预测设备的主要要求：1）监测减速器6个轴承处的振动曲线及相关参数；2）建立运行状态库，对库中的运行状态进行故障设置，并显示相关的信息；3）运行状态库的智能查询，根据查询结果进行故障判别；4）齿轮频谱分析与智能监控，故障预警；5）减速器及驱动电机轴温数据监控界面显示及超限报警6）计算机和手机远程数据查询功能7）查询历史监测信息。包括以下功能模块1）设备运行状态智能查询与故障预测模块功能：对振动信号进行分析和处理生成设备运行状态的特征数据，生成运行状态库，编号，识别及故障预测判断2）设备运行状态数据库管理模块功能：对设备运动状态数据库进行管理，如对数据进行查询、修改、删除、标记等提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案33）设备运行状态报警模块功能：制定报警规则，处理报警逻辑4）数据前处理模块功能：计算标准差及频谱等统计量及特征量5）运行状态显示界面模块功能：主界面增加的显示模块的程序6）数据通信模块功能：上位机接收采集器的振动信号辅助模块详见配置清单。3系统组成原理提升机减速器运行状态监测与故障预测系统主要由监测计算机、振动数据采集器、矿用本安型振动传感器及运行状态监测与故障预测软件组成。系统的硬件组成原理如图1-1所示。提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案4图1-1提升机减速器运行状态监测与故障预测系统组成图6个振动传感器分别安装在提升机减速器的6个轴承上方。振动采集器以10kHz的采样频率通过6个振动传感器同时采集6个轴承上方的振动加速度信号，6秒采集1次，每次采样时间为5秒。振动采集器再通过局域网把振动信号上传给位于监控室的监控计算机，运行在监控计算机中的运行状态监测与故障预测软件根据振动信号来判断水泵的运行状态是否正常，并进行报警处理。监控计算机放置在机电设备监控室，其主要作用为：提升机减速器现场ZHD2R-180减速器交换机电源箱振动采集器NI9231电源线传感器信号线局域网监测计算机机电设备监控室以太网振动传感器6个手机远程监控提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案5通过以太网接收来自振动采集器的6个测点的振动信号，进行运行状态监测与故障预测。数据保存以及处理减速器运行状态数据实时显示和处理，同时接受操作人员的控制指令图5-1-1监控计算机监控计算机主要配置：表5-1-1监控计算机主要配置主要部件性能CPUINTELPentiumI5处理器RAM4GHDD1000GMonicard128M/PCI-ECD-ROMDVDR-CDR/WMonitelCRT22”彩色液晶显示器操作系统Win7振动采集器安装提升机减速器现场，可接收、处理监控主机发出的命令，实时采集机电设备振动参数。图1-2NI9231振动采集器主要技术指标：（1）8通道模拟输入（2）24位模数转换提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案6（3）采样速率：51.2kS/s/ch，8通道同时采样（4）输入电压：+/-5VPCB矿用本安型振动传感器是用于煤矿井下机电设备加速度、速度参数监测的专用仪表。该传感器为矿用本质安全型，结构简单，使用方便，能自动将加速度参数转变为标准电信号传输给振动采集器。主要技术指标（1）防爆型式：矿用本质安全型（2）测量范围：(-50~+50)g；（3）输出信号：电压信号（4）基本误差：≤5%；（5）供电参数：恒流源供电：(2~10)mA;额定电压:22.5V;(不能直接施加给传感器)（6）尺寸：22mm×22mm×52mm图1-3安装在王家岭矿121盘区3#水泵上的PCB振动传感器4运行状态监测与故障预测软件以王家岭矿121盘区水泵安全评价与故障诊断系统为例说明。软件操作界面包括主界面及三个通道的“频谱与统计”、“运行状态库”界面，提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案7共3种主要操作界面。4.1主界面主界面如图2.1-1所示。界面基本分为上中下三个部分，上部为标题区，标题左侧的指示灯闪烁，表示监控计算机与采集器连接正常。标题右侧为时间显示。图2.1-1主界面主界面中部为3个水泵的运行状态监测区，分为左中右三个部，分别对应1~3号水泵。水泵示意图上面是报警指示部分，下面曲线显示及运行状态库操作区，以1#水泵为例进行说明。报警灯有黑、绿、橙及红4种颜色，对应指示水泵的停机、正常运行、基本正常及故障运行4种运行状态。在报警灯下面有运行状态指示控件，以文字形式显示运行状态，控件为静音按键，可消除报警声音。按钮按下，弹出“频谱及统计”界面，主要用来显示振动曲线及相关的统计量，详细见“频谱及统计”界面介绍。按钮按下，弹出“运行状态库”界面，主要用来对运行状态库提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案8的数据进行显示及相关操作，详细见“运行状态库”界面介绍。按钮按下，弹出“新建状态库”对话框，如图2.1-2所示，点按钮后，则新建运行状态库，原有的运行状态库不再使用。图2.1-2“新建状态库”对话框主界面下部为运行日志显示及软件总控区。本区负责的主要功能是系统退出、报警清除、运行日志显示及查看历史运行日志。按钮按下，程序退出！按钮按下，系统运行状态恢复到正常运行状态，报警声音被清除。中间是运行日志显示栏，如图2.1-3所示，主要显示软件系统的运行信息，例如与监测分站的连接情况、数据更新情况及运行库查询情况等。图2.1-3运行日志显示栏按钮按下，弹出历史运行日志文件对话框对话框，如图2.1-4所示。提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案9图2.1-4选择历史运行日志文件对话框找到运行日志文件（“5数据存储”小节中介绍），点击确定按钮，弹出“水泵运行状态历史监测记录”窗口，如图2.1-5可查看当日或历史运行日志，查询报警等信息。图2.1-5水泵运行状态历史监测记录4.2“频率及统计”界面按钮按下，弹出“频谱及统计”界面，如图2.2-1所示。提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案10图2.2-11#水泵振动曲线及统计量图2.2-1所示的是“1#水泵振动曲线及统计量”窗口，此界面基本没有操作部分，只有显示部分。主要显示报警、概率统计量、频谱特征量、振动时域曲线及振动频域曲线。报警显示与主界面相同。概率统计量主要时域信号的统计信息，包括：最大值、标准差、方差、有效值及平均值。如图2.2-2所示，这些参数从不同的角度表征了水泵的状态，这此参数对水泵的故障识别有辅助作用。图2.2-2概率统计量频谱特征量是指频域信号的谱峰及频率位置，按照谱峰的大小进行排序，分别列出谱峰的峰值及频率位置，如图2.2-3所示，这些谱峰信息是表征水泵运行状态最重要的信息。提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案11图2.2-3概率统计量振动时域曲线显示5秒钟的水泵泵体的振动加速度信息，此曲线只能直观看出泵是否运行。此曲线可进行放大缩小等相关操作，在曲线显示区域点击鼠标右键，可显示游标、图例、图形工具选板信息，还可设置标尺是否自动调整，如图2.2-4所示，详细方法不详细介绍，可进行偿试操作。图2.2-4曲线显示操作此按钮可对曲线进行锁定，锁定后，曲线不再更新，用于详细查看曲线细部情况。振动频域曲线是对5秒钟的水泵泵体的振动加速度信号的频域变换，正常情况为线谱形状，如图2.2-1所示，第条线表泵的一个振动模态，是判断水泵是否提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案12有故障的主要信息。此曲线的显示操作情况与时域曲线相同。下边栏显示数据的采集时间，一般比当前时间滞后十几秒钟。4.3“运行状态库”界面掌握运行状态库的查看方法及操作方法是正确通过本系统进行正确故障判断并进行合理决策检修的关键。请操作人员认真阅读和理解本节内容！！！按钮按下，弹出“运行状态库”界面，系统运行状态监测停止，因此不可长时间操作此界面，一定时间没有操作，此界面自动退出。如图2.3-1所示为“1#水泵运行状态库”界面，主要显示运行状态库的相关信息以及对状态库进行必要的操作。运行状态库是本系统的核心部分，水泵的运行状态识别及故障判断主要根据此数据库进行。主要有运行状态库基本信息、频谱曲线显示、运行状态列表3部分组成。图2.3-11#水泵运行状态库运行状态库基本信息如图2.3-2所示，基本信息包括数据库名称、建库时间、通道号、状态数、采样频率及阈值。其中只有数据库名称可更改，但一般不需要更改，建库时间是重要信息，一般在水泵维修后建库。库内包含了从建库时间以来的水泵所有的运行状态，库内的状态个数即为状态数，图示为9个，这些运行提升机减速器运行状态监测与故障预测设备-技术方案13状态是判断水泵是否正常的重要依据。通道号是监测分站的通道号。采样是每秒钟采样的个数。阈值是指频谱数据有效的分界值，频谱中的谱峰值大于此值才被认为是有意义的，小于此值的谱峰被忽略。图2.3-2运行状态库基本信息此外，数据库备注栏，可输入数据库的备注信息，如建立状态库时的背景信息，对状态进行说明。运行状态列表如图2.3-3所示，表中列出状态库中每条状态的编码、故障、入库时间、出现次数、标准差、方差、最大值、有效值、平均值、谱峰频率等相关信息。图2.3-3运行状态列表序号前的复选框表示是否在曲线显示区显示此条数据，如图所示，显示了1、2、3、4、5条状态的数据，此数据实际上就是前文提到的频谱数据。依据频谱特征对每条数据进行编码，编码的基本格式为01010101，两位数提