选煤厂主要设备故障诊断系统设计

秦瑞军

（阳泉煤业集团新景矿洗煤厂，山西阳泉 045000）

0 引言

选煤厂的主要任务是对入场原煤进行筛分、破碎和捡矸等操作，并剔除煤矿中杂质，将精煤和劣质煤分离，整个选煤厂中涉及的设备种类相对较多，而各设备之间组成了一套集中的、连续性作业的生产流程，所有设备位置较为集中[1-3]。然而，由于选煤厂环境相对恶劣，现有的选煤厂设备经常在运行时出现各类故障问题，严重影响着设备的工作效率和作业安全，而现有的设备故障诊断系统在一定程度上也存在系统相对落后、稳定性差、检测精度较低等问题，已无法较好地满足选煤厂的使用需求[4-6]。在此背景下，有必要将现有的先进诊断技术应用到选煤厂设备故障诊断系统中，并对其进行系统改进设计。因此，在对选煤厂旋转设备常见问题分析基础上，从硬件系统、软件系统等方面入手，设计开发了一套选煤厂设备故障诊断系统，并将其在新景矿选煤厂中进行了应用测试，测试结果表明：该故障诊断系统功能较为全面，系统运行稳定可靠，能较好地满足选煤厂的使用需求[7-8]。

1 选煤厂旋转设备存在问题分析

目前，在选煤厂中使用的设备相对较大，且均在使用过程中出现了一定的故障问题。其中，旋转设备是选煤厂设备中的关键设备，其在使用过程中经常出现电机运行故障、齿轮箱故障、轴承故障等，下面就针对其使用过程中的典型故障进行分析。

（1）齿轮箱中齿轮偏心的故障。齿轮箱在使用过程中经常由于旋转中心和中心轴未有效重合而出现齿轮的偏心现象，致使齿轮在运转过程中发生了较大幅度的振动现象，且随着齿轮转动速度的不同，其振动幅度也不尽相同。造成此故障的原因主要有两方面：一是齿轮在设计加工时造成的中心轴偏心误差；二是齿轮在长时间的运转过程中，产生了较大程度的磨损，且受到外界不同载荷的交替影响，最终造成了齿轮箱发生了振动现象，影响着设备的正常运行。

（2）轮齿的严重磨损。齿轮箱中的齿轮在长期运转过程中，由于齿轮啮合间的润滑效果逐渐减弱，加上齿轮材料本身的结构强度也相对薄弱，造成了齿轮之间出现较大的相互磨损现象，同时，齿轮由于受到较大的外界载荷作用，加大了齿轮啮合时的啮合力，导致了齿轮产生更加严重的磨损现象。

（3）滚动轴承故障。设备的轴承在装配时，基本采用的是过渡配合，但由于轴承的长时间运转，加上较大的外界作用力，致使轴承的配合出现了异常松动现象，导致了其运转时产生了振动现象；同时，轴承在生产过程中，由于加工误差，也会间接引起轴承中滚子间隙过大，并产生了振动现象。

2 故障诊断系统硬件设计

2.1 硬件系统

针对选煤厂设备运行过程中出现的故障问题，设计了一套故障诊断系统。其中，硬件系统是该系统的重要组成部分。故障诊断系统的硬件系统主要包括数据采集系统、数据处理中心、现场监测站、企业监测中心、数据存储模块、设备运行状态报警模块等。其中，数据采集系统主要通过加速度传感器、温度传感器、位移传感器等对选煤厂的运行情况进行数据采集分析。而该故障诊断系统的数据处理模块则采用了美国NI公司开发的处理模块，该公司开发的模块具有性能稳定可靠性特点，在全球较多选煤厂设备监控系统进行了广泛应用，能较好地满足选煤厂的使用需求。另外，为保证设备的持续运行，防止因停电而导致设备停止工作现象发生，在诊断系统中安装了一套PUS设备，能有效保证设备的正常用电需求。

2.2 位移传感器

根据选煤厂中设备的实际使用状态，结构选煤厂周边环境特点，在该故障诊断系统中，选用了JX70-04型电涡流位移传感器，如图1所示，该传感器具有检测精度高、测量距离远、信号传输快等特点，能有效地与被测设备进行动态和静态的非接触探测，目前，在选煤厂设备及其他相关设备上均得到了广泛应用。其设备的主要性能参数如表1所示。

图1 JX70-04型电涡流位移传感器

表1 JX70-04型电涡流位移传感器主要性能参数

2.3 加速度传感器

由于选煤厂设备在运行过程中，经常出现不同程度的振动现象，其振动幅度及振动频率均会对设备造成重大影响，因此，需在该故障诊断系统中配备一套加速度传感器对其信号采集。在该系统中，选用了608A11型加速度传感器，主要负责对设备的振动情况及受冲击程度进行信号采集，该设备具有较好的耐冲击性和信号采集精度，能满足设备危险部位或无法测量的部位进行检测，适合永久安装。该设备的主要性能参数如表2所示。

表2 608A11型加速度传感器主要性能参数

3 故障诊断系统软件设计

该选煤厂设备故障诊断系统的软件系统采用了上机位LabVIEW软件系统，可在Windows操作系统中进行稳定运行，其系统结构包括了数据采集模块、数据库模块、在线监控模块、故障诊断模块、历史分析模块等部分，其系统组成如图2所示。其中，数据采集模块主要采用了局域网进行数据采集和信号传输，实现了远程了设置采集点数及频率等功能，保证了整个诊断系统的安全、稳定运行。另外，通过软件系统中的在线监测模块，可对设备的运行状态及发生的故障情况进行准确监控和实时显示，并针对不同故障类型发出不同的报警提示，能将故障发生的部位进行准确显示，大大提高了设备的运行效率和安全性。

图2 故障诊断系统软件系统组成图

4 故障诊断系统实际测试情况分析

为进一步测试该选煤厂故障诊断系统的实际诊断性能，将其在新景矿选煤厂进行了应用测试，在测试过程中，该系统功能相对较为全面，运行正常稳定，能将选煤厂设备工作过程中的工作温度、电机转速、设备振动情况等信息进行实时信号采集和直观显示，且各类传感器的信号传输速度相对较快，针对设备出现的振动异常情况，能通过人机显示界面进行实时显示和报警。据现场工作人员介绍，该系统与传统的故障诊断系统相比，具有性能更加稳定、功能更加齐全、精度更高等特点，能较好地满足该选煤厂的使用需要，得到了作业人员的一致好评。由此，验证了该诊断系统在一定程度上具有一定的可行性。

5 结束语

提高选煤厂设备的运行安全性，已成为当下企业重点关注的问题。因此，在对选煤厂旋转设备常见问题分析基础上，从硬件系统、软件系统等方面入手，设计开发了一套选煤厂设备故障诊断系统，并将其在新景矿选煤厂中进行了应用测试，测试结果表明：

（1）该故障诊断系统功能较为全面，系统运行稳定可靠，能对选煤厂设备运行过程中的相关状态信息进行实时信号采集和数据分析处理；

（2）该诊断系统能对设备运行时的振动异常情况发出相应的报警提示，提高了设备的运行安全性；

（3）该诊断系统的应用，得到了该煤矿作业人员的一致好评，验证了该故障诊断系统在一定程度上具有可行性；

（4）该研究对提高选煤厂设备的工作效率及运行安全具有重要作用。