状态监测与故障诊断技术在矿山提升设备上的应用.pdf

第 3 O卷第 4期 2 0 0 9年 4月 煤矿机械 Co al Mi n e Ma c h i n e V0 1 ． 3 0 No ． 4 Ap r ．2 0 0 9 状态监测与故障诊断技术在矿山提升设备上的应用 李强 ，张洛平 ，王会 良 河南科技大学 机电工程学院， 河南 洛阳 4 7 1 0 0 3 摘要 介绍 了设备状态监测与故障诊 断技术几个发展阶段 。随 着煤炭科 学技术的发展 ， 设 备状态监测与故障诊断技术在煤矿也得到 了较为广泛的应 用， 详细重点介绍 了故障检测诊断技 术 在矿 井提 升机 中的应用。 关键词 机械设备；故障诊断；故障监测；信号检测 中图分类号 T D 5 3 ； T P 3 0 6 文献标 志码 A文章编号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 0 9 0 4- 0 2 2 1 0 2 De v e l o p me nt o f Co n d i t i o n M o n i t o r i n g a n d Di a g n o s i s o f Fa u l t Te c h no l o g y a n d Ap p l i c a t i o n i n La r g e s c a l e M i nin g Eq u i p m e nt s L I Qi a n g 。 Z H AN G L u op i n g 。 WA N G H u i l i a n g E l e c t r o m e c h a n i c a l E n g i n e e ri n g C o l l e g e 。 H e n a n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y U n i v e r s i t y ， L u o y a n g 4 7 1 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e c o n d i t i o n mo n i t o ri n g a n d f a u l t d i a g n o s i s t e c h n o l o g y ’ S s e v e r a l s t a g e s o f d e v e l o p me n t a r e i n t r o d u c e d ．W i t h t h e d e v e l o p me n t o f c o a l ’ s t e c h n o l o g y - e q u i p me n t c o n d i t i o n mo n i t o r i n g a n d f a u l t d i a g n o s i s t e c h n o l o gy i n t h e c o a l mi n e h a s b e e n mo r e wi d e l y u s e d ．I t a l s o f o c u s e s o n t h e a p p l i c a t i o n o f t h e f a u l t d e 。 t e c t i o n a n d d i a g n o s i s t e c h n o l o g y i n t h e mi n e h o i s t ． Ke y wo r d s me c h a n i c al e q u i p me n t ； f a u l t d i a g n o s i s ；c o n d i t i o n mo n i t o ri n g； s i gn a l d e t e c t i o n 0前 言 随着现代科学技术的迅速发展 ， 各种高 自动化 功能丰富的大型设备在各行业广泛应用， 极大地促 进我国工业的现代化步伐。然而随之而来的问题 是 ， 一旦关键设备发生故障， 产生的经济损失将是巨 大的 ， 甚至可能危及人员的人身安全 ， 产生严重的社 会负面影响。因此 ， 将设备状态监测与故 障诊断技 术应用于生产 实际， 搞 清设 备 的运行 状况 、 预防故 障、 杜绝事故 、 延长设备运行周期 、 缩短维修时间， 尽 最大限度地发挥设备生产潜力， 保证设备稳定、 安 全、 长周期、 满负荷运行， 是故障诊断领域科研人员 所肩负的任务与使命。 目前国内设备故障检测诊断技术的进展情况与 先进 国家相 比还有一定距离 ， 尤其是我 国煤矿设备 故障检测诊断技术 的发展差距更大。为 了更快、 更 有效地发展我国设备检测诊 断技术 ， 对故 障检测诊 断技术和 目前应用状况作一些介绍是非常必要 的， 尤其是对故障监测诊断新技术的了解更为重要。 1 设备状态监测与故障诊断技术模式的发展 近些年来随着科学技术的不断进步和发展， 尤 其是网络技术、 计算机技术、 测试技术信号分析与数 据处理技术的迅速发展 ， 为状态监测 与故 障诊断技 术奠定 了良好基 础 ， 而工业生产 的大型化 、 高速化 、 流程化为它开辟 了广 阔的前景。回顾一下 ，与起初 相 比这种技术已经发生了本 质的变化 ， 大致可 以分 为如下几个 阶段 1 基于计算机的单机监测诊断 采用方式既 有离线监测 ， 也有在线监测。这时 监测诊断通常是一对一的模式 。即小型的设备一般 由一台计算机控 制。对大的设备来说 ， 有 时对于不 同的部位都有 自己独立的控 制系统 ， 这样一 台设备 监测诊断就得有好几台计算机分别完成 ， 它们彼此 对 比 2种 小波基 的消 噪结果 可 以看 出 见 图 1 ， 在噪声水平低于 0 ． 3 5时正交小波的消噪性能 较好 ， 但 当噪声水平超过 0 ． 4时， 双正交小波的消噪 效果更好一些 ， 因此 ， 对 于 B u m p s信号小波基选取 的临界点在 0 ． 3 5～ 0 ． 4 。 4结果分析与讨论 轴温信号温度传感器采集所获得， 采样频率为 1 0 0 H z ， 抽取信号的长度为 6 S 。图 1中的 s 为一个 采集的信号， 信号中夹带着大量的噪声 ， 由轴温信号 的小波分解图中的几个 高频分量幅值 即噪声的主 要部分 估计出信号和噪声的峰值比大约为8 ， 与在 B u m p s 信号中加人方差为 0 ． 6 5 0 ． 7 5的噪声相 当， 即所采集轴温信号 的噪声水平较高 ， 因此对轴温信 号采用双正交小波 b i o r 2 ． 4， 并用软阈值进行消噪处 理 ， 消噪结果也绘于图 1 ， 可 以看出原始 的轴承温度 信号中的绝大部分 噪声得 到了有效的抑制 ， 而 d b 6 与 s y m 4小波的消噪中平滑性不够 、 低 中频率成分略 多， 即它们的平滑性及针对温度信号时的抑制低、 中 频率成分略差。由于阈值 的选取是利用统计方法计 算 出阈值 ， 并用软阈值去除噪声小波系数的贡献 ， 最 后得到滤除噪声后的信号 ， 因此 ， 该方法并不能彻底 消除噪声， 但能很好地改善轴温信号质量。 参考 文献 [ 1 ] 许立学． 设备管理中的机械故障诊断技术与状态监测维修[ J ] ． 中山大学学报 自 然科学版， 2 0 0 5 6 1 8 5 1 8 8 ． [ 2 ] 丁文龙 ， 付喜辉． 煤矿机械设备状态监测数据的小波去噪方法 [ J ]． 煤矿机械 ， 2 0 0 7 ， 2 8 4 1 9 31 9 5 ． [ 3 ] 封洲燕． 应用小波熵分析 大 鼠脑 电信号 的动态变化 特性 [ J ] ． 生 物物理学报 ， 2 0 0 2， 1 8 3 3 2 5 3 2 8 ． [ 4 ] 蔡敦虎， 羿旭明． 小波基的选取对图像去噪的影响[ J ] ． 数学杂 志， 2 0 0 5 ， 2 5 2 7 8 1 ． 作者简介 杨建平 1 9 7 0一 ， 江西吉 安人 ， 讲 师 ， 东北 师范 大学 电路与系统专业硕士毕业， 现从事数字信号处理及应用研究， 电话 0 7 9 68 1 0 0 4 8 9， 电子信箱 y a n g j p 9 2 7 3 1 6 3 ． C O rn． ．- - 2 21 ．． ． 收稿 日期 2 0 0 81 2 0 9 v 0 1 ． 3 0 N o ． 4 状态监测与故障诊断 技术在矿山 提升设备上的应用 李 强， 等 第 9 _鲞箜 塑 相互独立 ， 信息 的交互 性很差 。这一时期 的诊断方 式主要适合于小规模 的工厂。 2 分布式监测诊断 随着大规模工厂和大型设备的出现， 单一的局 部或小规模的检测很难满足高 自动化、 高流程化设 备的要求 ， 针对大型机电设备 的功能分布和地域分 布的特点 ， 技术人员在运用网络技术开发 出分布式 监测诊断模式。通过工业局域将分布于各个监测现 场的计算机互连 ， 实现分散监控和集中操作 、 管理诊 断 ， 系统 的效率极大地提高 ， 经济也非常明显。所监 测的参数不再只局限于振动、 轴位移等， 而是进一步 扩展到了影响机械运行 状态的主要工艺过程量 ， 如 流量 、 温度 、 压力以及一些主要开关量 ， 对于机械设 备运行状态的把握更及时 、 更全面、 更准确 。这时很 多非线性信号处理方法 ， 如分形理论 、 混沌理论等被 引入到机械设备的故障诊断工作中， 而且在设备管 理工作上 ， 诊断技术正在逐步 向设备诊断工程方 向 迈进 。该模式见框 图 1 。 网络服务l l 工厂管理网 络l I监测站 l l诊断站 甲晖 查]回国匝 图 1 分布式监控诊断模型 2矿井提升机监测与故障诊断 将状态监测与诊断技术应用 于煤矿设备 中， 操 作人员可以很好地掌握设备运行现状 ， 并可指导设 备维修和防止突发事故 ， 在搞好矿山安全生产方面 有很好的推广应用价值。 矿井常被人们称为矿山的咽喉通道， 矿井提升 机则是最重要的矿山设备之一， 其运行状况的好坏 直接影响到生产。 目前在 国内该类设备的维修大多 采用传统的维修方式 1 事后维修 ， 故障发生后所 采取 的处理对策 ， 是被动 的。由于多在无准备 的条 件下进行 ， 结果难 以做到完善和彻底 ； 2 计划性定 期维修 ， 强制性维修 ， 虽然也可依靠一些较 为简单的 监测手段， 但主要凭经验确定检修周期， 不管设备在 客观上是否需要检修， 到一定时间就要进行检修， 所 以很难预防随机因素 引起 的故障 ， 有时还存在过剩 检修的情况。他们缺乏监测分析手段 ， 很难 了解 和 掌握设备的状况。提升机 的传动特性 复杂 ， 电动机 频繁正反向， 经常处于过负荷运转和电动 、 制动不断 地转换的状态 中。而对提升机来说 ， 运行的安全、 可 靠性是至关重要的， 尤其是作为运送人员的副井， 一 但发生故障， 往往造成机毁人亡， 损失惨重。 1 矿井提升机的故障模型 目前矿井提升机 电气传动系统多采用 晶闸管整 流装置供电的直流双闭环调速系统 ， 其故障大体可 分为 3类 紧急停车故障； 事故停车 ； 信号预报。 根据以上 3种故障类 型， 可建立如 图 2所示 的 提升机故障模型。 断电，立即停车 减速后停车 信 号赖撒 图 2 提升机故 障模型 2 硬件设计 依据上述故障模型， 可采用微机系统来实现故 障监视和诊断硬件配置方案见图 3 。 阿雨丽 衰 堡 丝 型H丝 卜 _ 1 r _ 1 r 1 皇 堑 r 亟固 _ _ [ 二 卜 _ H 函 函 匝 口_ _ 1 H亟匿亘 方法提取l 一 r J 一 匝圃 图 3 硬件系统配置方案 3 软件系统 软件系统的主程序如图4所示 。 图4 软件系统流程 3结语 状态监测和故障诊断是一项综合性技术 ， 需多 方面配合进行应用研究。我国设备故障诊断技术 的 研究和应用虽然有 了起 步， 在一些领域也取得 了可 喜的进展。但是我国在煤矿设备故障检测诊断技术 的推广应用起步较晚 ， 在技术上 、 理论上 尚不成熟 ， 还有待煤炭战线上广大科技工作者的共同努力 ， 才 能逐步缩小我国煤矿故障监测与故障诊断技术与先 进国家之间的差距。 参考文献 [ 1 ] 周德泽． 计算机智能监测控制系统的设计及应用[ M] ． 北京 清 华大学 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 2 ] 陆建湖． 机械设备振动监测与故障诊断发展与展望[ J ] ． 仪器仪 表与分析测， 2 0 0 4 1 l 一 4 ． [ 3 ] 金元生． 铁谱技术及其在磨损研究中的应用 [ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ] 廖伯瑜． 机械故障诊断基础[ 1H ] ． 北京 冶金工 I 出版社， 2 0 0 4 ． 作者简介 李强 1 9 8 2一 ， 河南新 县人 ，研究生 ， 主要从 事机械 故障诊断方面的研究 ， 电子信箱 L i q i a n g 3 9 8 1 6 3 ． c o rn． - -- 2 22 ．．． 收稿 日期 2 0 0 81 21 3 一