在线监测与故障诊断系统在煤矿带式输送机上的应用

目前煤矿带式输送机电机轴承、减速器轴承、滚筒轴承的监测主要依赖于红外温度仪定期监测和手持振动仪检查，但采用人工定期检查很难系统地进行设备安全监测和提前预防，因为只有在设备出现重大隐患时才有升温表现，振动才有异常值。

1、带式输送机在线监测与故障诊断系统方案设计

带式输送机在线监测与故障诊断系统由上海测振的GZW50/150振动/温度传感器、隔爆兼本安型多路电源、交换机、数据库以及在线监测诊断网页客户端组成。

振动/温度传感器用于轴承振动、温度信号获取，经过信号转换，进行数据采集与处理，通过故障诊断算法对振动、温度信号进行分析，实现带式输送机轴承运行状态实时诊断。诊断结果和报警数据通过交换机发送到数据库存储，采用数据库信息实现趋势分析、报表查询、报告生成、诊断显示等功能。 带式输送机在线监测与故障诊断系统设计方案如图 1 所示。

图 1 带式输送机在线监测与故障诊断系统设计方案

该系统主要功能分布图如图 2 所示。

图 2 系统功能分布图

各模块的主要功能：

（1）参数设置功能模块

该模块主要设置诊断系统的报警值上限和下限参数，当系统运行参数稳定状态出现的设定值高于或者低于限值时，系统就会报警，起到警示的作用。

（2）图形化总体监测模块

该模块将设备的运行状态视图化，能够更好地通过视觉来监控轴承温度和振动的大小，将检测的结果模块化、集中化显示，并且能够集中地体现不同部位的不同检测结果值以及报警状态等。

（3）报表查询模块

该模块除了具有查询功能以外，还能够有效地记录输送机轴承运行状态，并且通过表格的形式得到一定时期内的轴承振动情况与温度，通过数理统计获得设备的运行状态。

（4）报警查询模块

可以通过该模块获得设备运行的报警值和最大检测值，获得最优的设备运行参数。

（5）历史趋势分析模块

通过历史查询和数理统计，可以获得一定时期内的设备运行变化趋势，以及设备在运动过程中的温度和振动变化情况， 得出运行趋势分析结果。

（6）实时显示模块

该模块能够实现设备运行单元的模块化显示，可以将轴承、测点的相关参数如轴承振动的幅度和温度形象地在设备模型中显示出来，获得直观的设备监控。

（7）诊断报告模块

通过软件的处理，可以将设备的运行状态经过数据处理、整合得出设备的运行参数变化，形成运行报告。

（8）系统帮助模块

提供专业知识库与各功能模块的使用帮助。

2、系统应用实例

（1）工程背景

针对XX煤矿111带式输送机 12 个大型部件进行在线监测与故障诊断系统的设计。主要通过不同设备主要部件的检测点实现数据的远程传输，进行故障诊断和预测，实现XX煤矿安全生产。本次的设备检测部位主要有驱动电机、轴承、输送带等。

根据XX煤矿近几年来的事故分析能够得出，主要的事故原因除了突发事件之外，大多都是由设备轴承故障造成的，其中电机、减速机以及滚动轴承等是重要的故障点，需要定期、定时进行设备检验和维护，以保障矿井的安全。 本次研究主要针对带式输送机的关键部位电机、滚筒、轴承座、减速器等进行轴承振动信号的监测，设计在线监测与故障诊断系统，利用传感器、信息处理平台等设备进行大型设备故障判断。

（2）系统的工作原理

系统的设计需要实现设备运行的状态监控、信息传输与故障诊断等功能，以保证能够在远程检测到设备的基本状况。所以该系统应该包括数据采集部分、数据传输部分、监控服务器、故障诊断部分等。

数据采集的主要信息是设备的温度、振动值，通过传感器检测设备轴承的信号。

XX煤矿采用的是矿用本安振动监测分析仪，可对振动信号和温度、压力信号进行采集和滤波、放大、A/D 转换等处理，得出初步的设备信息，然后再经过系统诊断相关算法进行信号加工处理，处理后的参数分析结果（温度、压力和振动幅度等）信号传送到环网交换机，之后再利用以太网把信息数据进一步传送至数据库服务器，由此实现大型设备的运行参数在线监控、故障诊断等。

系统整体框架如图 5 所示，该系统对 10 个大型部件进行安全性能检测，不同的子系统将检测信号传输到交换机中，该系统通过数据库的设备参数信息进行综合诊断，然后从局部性能到整体性能进行判断，最终得出整个设备的运行规律和状态，准确地找出设备运行的异常点来判断故障。

图 5系统整体框架

（5）系统的硬件组成

硬件选择上应考虑矿井的工作环境，如高温、多尘且具有一定量的易燃易爆危险气体。 同时还应考虑检测设备的长时间、远距离的工作状态，以基本工作环境为基础选择系统硬件。

该系统主要是以振动监测分析仪作为核心部件，同时与传感器、数据采集站、服务器等相结合，由上海测振的GZW50/150矿用无线振动/温度传感器、无线接收/发射器、隔爆兼本安型多路电源、交换机、工控机等组成系统硬件。

矿用温度/振动监测分析仪的主要功能：

①同步高速采集 对振动、温度信号进行实时采集；

②故障频率自动计算 在故障机理研究的基础上，实现不同设备、不同频率的自动计算；

③振动值测试 计算振动加速度峰峰值与振动烈度值，分析推断出设备的振动情况；

④振动报警门限设置与自动报警 当设备运行超限时自动报警；

⑤故障定量分析和智能诊断功能 定量地分析设备运行参数的变化形式和趋势，直观地得出故障状态，有效地克服了传统故障诊断的延迟性；

⑥存储功能 对数据进行本地存储，确保故障信息长时间保留；

⑦数据传输功能 通过光纤传输确保采集的数据及时准确地上传到地面集控室。

本文以XX煤矿带式输送机为例，设计带式输送机在线监测与故障诊断系统，在不同部位传感器测点配置不同的仪器；设置在线监控功能、实时查询功能、信息统计功能等，形成稳定、安全的在线监测系统，实现设备故障的在线监控，保证数据远传的真实性、稳定性，实现带式输送机温度、压力、振动等信号的高精度监控。