乳化液泵润滑油温度监控系统设计.pdf

第 4 3 卷 第 4期 2 O l 7年 4月 工矿 自 动 化 I n dus t r y a n d M i ne Aut oma t i on V 1 ． 4 3 NO． 4 Ap r ．2 O I 7 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 4 0 0 1 0 0 4 DOI 付 翔 ， 王然 风 ， 袁继 成 ， 等． 乳 化液 泵润 滑 油温度 监 控系 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 l X ． 2 0 1 7 ． 0 4 ． 0 0 3 统设 计 E J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 4 1 0 1 3 ． 乳化液泵润滑油温度监控系统设计 付 翔 ， 王然 风 ， 袁 继成 ， 董 志 勇 太 原理 工大 学 矿业 工程 学 院 ，山西 太 原0 3 0 0 2 4 摘要 针对 目前乳化液泵润滑油温度监控方法只能识别油温超限而无法监测异常温升的问题 ， 根据油温 过 程数 据 的统 计特 性 ， 提 出 了一 种基 于统 计过 程控 制 的油 温监控 方 法 ， 给 出了指数 加权 移 动平均值 控 制 图应 用于油温监控的实施方案。在此基础上， 设计 了一种乳化液泵油温监控 系统， 实际应 用结果表 明， 该 系统能 实时监控 乳化 液 泵油 温并 准确地 发 出故 障报 警 。 关键 词 综采 工作 面 ；乳 化液 泵 ；润 滑油 ；油温 ；统 计过 程控 制 ；指数 加权 移 动平 均值控 制 图 中图分类 号 TD6 3 文献标 志 码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 - 0 3 2 8 1 7 0 2 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 O 1 7 0 3 2 8 ． 1 7 0 2 ． 0 0 3 ． h t ml De s i g n o f l ub r i c a t i n g o i l t e mpe r a t u r e mo n i t o r i ng s ys t e m o f e mu l s i o n p u mp FU Xi a n g ， W ANG Ra n f e n g， YUAN J i c h e n g，DONG Z h i y o n g Co l l e g e of M i ni n g Eng i ne e r i ng，Ta i yu a n U n i ve r s i t y of Te c h no l o gy，Tai yu a n 0 3 00 2 4，Chi na Ab s t r a c t I n v i e w of pr o bl e m t ha t c ur r e n t l ub r i c a t i ng o i l t e m p e r a t ur e m o ni t o r i n g me t h od o f e m u l s i on pu m p c a n on l y i de nt i f y o i l t e m p e r a t u r e o v e r r un ni ng b ut c a n no t mon i t o r a b no r m a l t e m p e r a t u r e r i s e，a n o i l t e mpe r a t ur e m o n i t o r i ng m e t ho d ba s e d on s t a t i s t i c a l pr o c e s s c o nt r o l wa s pr o po s e d a c c or di ng t o s t a t i s t i c a l pr op e r t i e s of o i l t e m p e r a t u r e pr o c e s s da t a， a nd a n i m p l e me nt a t i o n s c he me o f e x po ne nt i a l l y we i ght e d m o v i ng a ve r a ge c on t r ol c h a r t a pp l i e d t o oi l t e m p e r a t u r e moni t o r i ng wa s g i v e n．On t he b a s i s o f t he s c h e m e ， a n o i l t e m p e r a t u r e m o ni t o r i ng s ys t e m o f e m u l s i on pu m p wa s de s i g ne d． The pr a c t i c al a p pl i c a t i o n r e s u l t s s ho w t h a t t he s ys t e m c a n mon i t o r o i l t e mpe r a t u r e o f e mul s i on p ump i n r e a l t i me a nd s e nd ou t f a ul t a l a r m a c c u r a t e l y． Ke y wo r ds f u l l y me c h a ni z e d c o a l f a c e； e m u l s i o n pump； l ub r i c a t i ng oi l ； o i l t e m p e r a t ur e； s t a t i s t i c a l p r oc e s s c o nt r o l ；e x po ne nt i a l l y we i g ht e d m o vi n g a v e r a g e c o nt r o l c ha r t 0 引 言 乳 化 液泵 作 为 综 采 工 作 面必 不 可 少 的重 要 设 备 ， 为 工作 面液 压支 架提 供液 压动 力 ， 是整个 工 作面 液压 系统 的心脏 口 ] 。曲轴 是乳 化 液泵 的关 键零 件 ， 其工作 性 能直接 影 , A - L 化 液 泵 的整体 性能 [ 3 ] 。乳化 液泵曲轴轴颈与滑动轴承在工作状态下被一定厚度 的润滑油膜隔开， 防止两者发生固体间的干摩擦 ， 同 时带走由于轴颈旋转引起的油膜阻力所产生的摩擦 热 ， 以确保 乳化 液 泵能够 稳 定 、 可靠 工作[ 4 ] 。 李然 等 指 出润 滑 油温 升 与滑 动轴 承 偏 心 率 、 润滑油黏度、 曲轴转速等因素有关 。邢德喜等[ 和 马祥 军I 认 为乳 化 液泵润 滑 油温度 以下简 称 油温 超 限 的原 因可能 是润 滑油 缺失 、 润滑 系 统堵塞 、 路 轨 倾斜单轴端缺油磨损等。可见油温可间接反映乳化 液 泵 的工作状 况 ， 油 温 突 然增 大 或超 限是 乳 化 液 泵 运行异常和发生故 障的重要信号。因此 ， 监控油温 数 据并 及 时处理 异 常 工 况 ， 对 乳 化 液 泵安 全 运 行 具 收稿 日期 2 0 1 6 - 1 2 - 1 2 ； 修 回日期 2 0 1 7 - 0 3 1 3 ； 责任编辑 盛男 。 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 5 1 2 7 4 1 4 8 。 作者简介 付翔 1 9 8 6 一 ， 男 ， 山西太原人 ， 博 士研究 生， 主要研究方 向为煤矿机 电综合 自动化 、 数据挖 掘和机 器学 习技 术 ， E ma i l l 4 6 3 2 2 3 5 2 0 1 7年 第 4期 付 翔 等 乳 化液 泵润 滑油 温度 监控 系统 设计 1 1 有 重要 意义 。 目前 ， 乳 化液 泵 油 温监 控 方 法大 多 是 通过 将 采 集 的油 温 与预先 设定 的危 险 阈 值进 行 实 时 对 比， 来 判断乳 化液 泵运 行状 况 ， 同时 提 供 报警 和 自动 停 机 保 护等 功能 [ 7 _ 9 ] 。然 而 ， 该 方法 只能识 别油 温超 限情 况 ， 无法 监测 异常 温升 ， 这可 能造成 乳化 液泵 异 常工 况 无法 识别 。此外 ， 油温 信 号 大 部分 是 通 过 P TI O 0 热 电阻传感器采集得到[ 1 ， 考虑到仪器设备 的精度 和一些 随机 性 因素 ， 信 号可 能会 出现 失 真 、 波 动 、 噪 声等 随机 变化 ， 常规 的监控 方 法 可 能 无法 避 免 由于 随机性因素造成 的数据识别错误 。因此 ， 本文设计 了一种 基 于 统 计 过 程 控 制 的乳 化 液 泵 油 温 监 控 系 统， 可监控乳化液泵油温过程数据， 并做出合理的控 制动作 。 1油温 的统计 过程控 制 统计 过程控 制是 一种 基 于数理 统计方 法 的过程 控制 方法 。它对 生 产 过程 进 行 分 析 评 价 ， 根 据反 馈 信 息及 时发现 异常 工 况 出现 的征 兆 ， 并 采 取 措施 消 除其 影 响 ， 使过 程 维持 在 仅 受 随 机性 因素 影 响 的受 控状 态 ， 以达 到控制 质量 的 目的 。统计 过 程 控制 重要的应用 工具是各 种类 型的控 制 图， 如 传统 的 S h e wh a r t控 制 图 、指 数 加 权 移 动 平 均 值 Ex p o n e n t i a 1 1 y W e i g h t e d Mo v i n g Av e r a g e ， E WMA控 制 图、累 积 和 C u mu l a t i v e S u m， C US UM 控制 图等 。不 同 类 型 的控 制 图所 监 测 的 统计特 点不 同 ， 应 根 据被 监 测 量 的过 程特 性 选 择 合 适 的控 制 图 。 乳 化液 泵油温 的过 程数 据特 点 正 常情 况下 ， 温 度会稳 定地 在某一 个值 附近 随机 波动 ； 异 常情况 下 ， 温度会增大并重新稳定地在一个新的值附近随机波 动 。鉴此 ， 控制 图应对 过程 漂移情 况 更加敏 感 ， 能够 快速 、 准确地识别油温 的漂移 现象 即异常温升工 况 ， 进一 步 报 警 并 提示 做 出 相 应 的 检 查 。E WMA 控制 图 中的每个 监控 统计 量都 结合 之前所 有子 组或 观测值 的信息 ， 通过制定合理 的 E WMA 控 制图可 检测过 程 中任 意 大 小 的 偏 移 [ 1 。 因此 ， 本 文 应 用 E W MA 控 制 图进 行 油 温 的 统计 过 程 控 制 ， 以实 现 油温 的异 常温 升工况 判断 和控 制 。 设随机变量序列 x 服从期望 为 、 标准差为 的正态 分布 。当过 程处 于受 控 状 态 时 ， 一 。 。为 过 程均值 的 目标值 ； 当过程 发生 变化 时 ， 一 。 如 为过程均值漂移 。E WMA控制 图中监 控统计 量 为 Z 一 X 1一 Z, - 1 式 中 t 为子组 序 号 ， 当 t 一0时 ， Z 。 一 。 ； 为平 滑 系 数 ； 为子组 均值 ， 一 一 ． ．Ex ， X 为￡ 子组 第 个值 ， ， z 为子组大小 ， 通过权衡序列的 自相关性 和 实际情 况确 定 。 根 据 3 a原则 ] ， E WMA控 制 图的控 制 限为 当 t 不 太大 时 l u c L √ [1 一 1一 ] { 一 一 【 L C L 一 幻 √ [ 1 一 1 一 ] 当 t 很 大 时 I u c L √ CL ／ 3 【 L c L 一 √ 式 中 UC L为控制 上 限 ； L C L 为控 制 下 限 ； C L为 中 心线 ； k为控 制 限系数 。 E WMA 控 制 图从 检 测 开始 到发 出生 产 出现 问 题 的警报 为止所 抽取 的平 均样 本组 数为 平均 运行 长 度 Av e r a g e R u n L e n g t h ， ARL ， 通过 ARL确定 k ， 的最优取值 。过程受控时 ， 控制 图的报警为错误 警 报 ， 受 控平 均运 行长度 AR L 0 越 大越好 ； 过程 失 控 时 ， 控 制 图 应 迅 速 地 报 警 ， 失 控 平 均 运 行 长 度 ARL 1 越小 越好 。ARL计算 方法 大致 有积 分方 程 法 、 随 机 模 拟 法 和 Ma r k o v链 法 3种 ， 本 文 采 用 Ma r k o v 链 法 。 2 E WMA控 制 图监控 油温 方案 E w MA 控制 图 的实施 通常分 为 2个 阶段 回顾 阶段 和 监 控 阶 段 _ 1 。 回 顾 阶 段 为 监 控 阶 段 建 立 一 个合 理 的控制 图架 构 ， 监控 阶段 应 用控 制 图实现 统计 过程监 控 。监控 阶段 的应 用性 能直 接取决 于 回 顾 阶段 分 析得 到的控 制 图参 数 如采 样 间 隔 h 、 子组 大小 n 、 控制 限 系数 k和平 滑系数 l 1 。 2 ． 1 回顾 阶 段 在 回顾 阶段 ， 需 要 通 过分 析 一 段 时期 的历 史数 据来 确定 合理 的控 制 图参 数 。监控 油 温 的 E W MA 控制 图制 作流 程如 图 1 所 示 。 具体 步骤 1 分别 采集 一段 时 间的乳 化液泵 正 常工作 时 1 2 工矿 自动化 2 O 1 7年 第 4 3卷 I 1 I WMA 带 0 l 竹 流 的 i 濉 数 据 稳 念 数据 和 常 I 时 的 升 数 抛 稳 念数 ． J I J r 确 定控 制 参数 。 2 稳 态数 ， 虑 较 小 的数 据 门卡 H 父忭 I 够 的 } 控 敏艘 ． 确 定 f绀 大 小 ， 干 采样 隔 ， 。 的 f - 组 选 择 则 保 绀 I 夫 J 仪 随 机 误差 ． 绀 n 1 J 仔 特殊 砖 移 I 。 3 稳 念 数 干 稳 念 数 据 ， 汁 ⋯过 程 参数 ． ． { lf 抛 Ma r k o v链 法 分 j fJ 汁赁 Ⅲ 最 大 八 I I 0 f 1 I 小 ARI 1 的 优纰 合参数 ， 。 _ 1 ]根据 l 述得 刽 的过 参 数和 合 的控 制 参数 ， 根 据 2 、 式 3 分 别 汁算 f I I C I 、 UCI 干 I 、 I 。 仆 1 - 成 EWMA 控制 I 皋 l 。 2 ． 2 监 控 阶段 临控 阶段 。 婴实 } f l『 采 集 油 温数 据 汁算 ⋯ } i t t 濉 监控统 汁{ { ￡ ． 利 川 E WMA 控 制 蚶 统 汁垃 进 仃 统 汁过 控 制 。E WMA 控 制 监控 } I} I 温 万案 如 2所 爪 -投障原 排除 罄 汁 ，．L ] 摔 ]． L 受控 2 l W M人 制 * 拄 } f l I 温 方 案 体 力 ‘ 案 1 以采样 隔 ， 采 集油 温 ， 根 据式 2 、 式 3 及 r绀 大小 『 』 、 、 计 T} 系数 汁锋油 温监 控统 汁鞋 Z ， 。 2 利J } 】 E WM人 控 制 l 冬 1 监控 z ， ， 控 制 I 皋 ] 通 过 过 ，夫控判 定准 则 通川 油温 过程 特 识别 过程 是 火控 。过 程 ，人控 划 定 准 则 为统 计 地 点 ⋯ 界 或 I 大 J 统 汁龄 点 排 列 小 随 机 ， 即 ①l 点 r控 制 J 限外 ； ② 连 续 9点 落 I I l 心 线 I 侧 ； ③ 连 续 6点 递增 3 制 划断 过 受 ， _J 1 0 九报臀 ， 乳 化 液 泵 J 卜 常运 仃 ； 制 J冬 『 削 断 过 久 ， 则 发 { 一 级 故 障报冀 ， 捉 爪 人 I 柃 乳 化液 常 ， 则 停机 检修 ． 人 I 榆 I『Jllll- i l i ,J 。 汕 温巡 最 大 限 制 ． J 『J 发 ⋯ 一 级 敝 障 报 臀 ． 乳 化 液 泵 停 机 检修 。 3乳化 液泵 油温 监控 系统 琏 j E WM八 m 0 I 冬 『 I 洲 i l ， J ‘ 案 ， 研 发 r 一 种 乳化 液 扎 系统 ， 陔 系统 I f I ； W1 2 0 0 本安 温度 传感 、 XI l j I ， 热 t U 安 个 栅 、 门 S 7 1 2 0 0， I I 、 比 仑 迎 急 I ， J f 绀 成 ， 3所 爪 。 『 『 l 濉 f 々 感 发 装 乳 化 液 I f l l 轴 衍 内， 安 令栅 、 I I 、 和 { l ， J 集 成 KX L l 1 2 2 0 B， 乳 化 液 泉控 制箱 内 。泓艘传 感 采 的热 电『5 I 【 f 过 安 伞栅转 换成 i 信 ， 进 一 I f I I I L 、 采集 J f 处 理 成油温 数 。 I 】 I 【 、 j f j 过 f I 通 I 传 卡 } i 火数 据 至 { 爪 ， 时 { 『 爪汕 和I EWMA 圳 I 皋 I 状 态 。 ⋯观 故 障报臀 f f 1 f 。 制 r 以 乳 化液 泉停机 。 K ＼． f I 2 I J 【 { f 仑通态 吼化液 艇扎制 输 乳化液 ■ jlⅡ f_t, I l l ， ⋯ ⋯ Jv l _ ‘ I、 】J s 7 2 0 0 XP F {R w I 2 0 0 l L J “} l f ⋯} ‘ 郴} l ， ， I f 『 { f f J l 此 3乳 化 液 f Il 1 濉 嗡 系统 艘 什 架 构 乳化 液 汕 系统 r I 1 ． I - I 、 完 成 数 据 采 集 与处 、 统 汁 { l { E WMA 制 参数 汁箅 及 乳 化 液泉 启停控 制 等功 能 ， J 流氍 fH 1 4 所 爪 。 篷 置一 T 2 0 1 7年 第 0期 付翔等 乳化 液 泵润 滑油温 度监控 系统设计 4 应 用案 例 乳 化液 泉油温 拄 系统 成功 川 j 山两 潞安 集⋯ 余 煤 、 l 有 限责 f 公 ． 』 l 2 0 6 T作 面 的 l号乳 化 液 泉 状 态 监 控 嘶 f n 1 5 昕 示 ．油 温 E WMA 控制 I 纠临控 『』 l 1 6所 永 。 5乳 化液 状 怎 雌控 界 向 ； { f i 1 温 EWM l、 制 峪拄 界 向 5『 { 1 ． 乳 化液 泉 的油濉 数 实 时 { I 示 ． 出现 异常 渝 升 _ r 况 ． 报警提 爪 ， 】 { } 濉 一级 故障报 警 。 陔油 滞报警 发 牛时 的 E WMA控 制 罔 6 巾共 监 控 r 个子组 点 ． 每个 J 绀点 代 表一个 油温 监控统 汁 、 r 组 点 包括 j个 温 瞍 数 ， 数据 采 样 『 } 1 】 隔 为 5 s ． 此 每 个 r 组 点统 汁 J 的油温 数据 。控 制 7 - 0 断第 l {个 r组 点 火控 ． ⋯脱 常 温 升工 况 ． 发 } I I 一 级敞 障报警 ． 人 _ 厂 愉 承 控 制 图 、 I ． 以新 的 H标 值继 续 临控 。 5 结 语 没 汁 r乳化 液 泵油 温 监 控 系统 ， 』 i 观 场 取 得 _r较 好的 麻川效 果 。 参 考 文 献 [1 ] 姚f 『 ； ． 于功江 ． 宋杰． 高J 人流 最乳化液泉站 力稳定 技术[ J ] ． 煤炭科学技术 ． 2 ⋯2 ． t o 8 7 8 7 9 ． [2] [3] [ 4] [5 ] [6 ] [7 ] [ 8] [ 9] [ i ] L 1 1 ] [ I 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] 提 ⋯ r一种 利用统 i f 1 过 f Il 控 制 方法 监控 乳化 液 f 1 5 ] 泉油温 的新 思 路 ． 用 I “ ． WM．I＼控 制 图 监控 油 温 过 程数据 ． 判断 乳 化液 泉运 行『 j 1f } n J 滑油温 升异 常工 况 ， 排 除 r监控 过程 中随 机一r 豢 的 f扰 。根据 该方 法 付翔 ， 然 ， 袁继成 ， 等． 煤矿乳化淑 泵变频， _ L 刚 步切换控制[ J ] ． __l 矿 自动 化， 2 l 7 ， 1 1 7 7 8 0 ． 孙 晓 盼 ． 李 品 ， 刘红 卫， 等 ． F TRI Z 沦 的 乳 化 液 尕曲轴 偏 一 12 Ii i】 题 研 究 [ J j ． 机 电 【 群． 2 【 】 1 lr5 ， 3 2 9 1 2 06 1 2 09 ． 拿然 ． E伟． 苏忻． 高J 大流 破乳 化液 滑动轴承热流 体动 力润 滑 仿 真分 析 [ J ． 蝶 炭 报 ． 2 0 1 1 ． 3 9 增 刊 一9 5 7 6 5 8 2 ． 邢德 落． 码运 基 ． 朱礼建． 错 能型乳化淑 站研制 与应 川[ J j ． 山尔煤炭科技 ． 2 0 0 9 2 2 5 2 6 ． 马祥 ． 煤矿乳 化液泵站故障分析及儿 埘策 L J j ． 能源 技 术 j 管 理 ． 2 O 1 1 ． 3 9 2 l 1 2 l 1 ． 赵忠 良． 乳化液泵温度监 系统 的简 敝障 诊断[ J ] ． 煤矿机械 。 2 0 0 2 ， 2 3 1 0 8 2 8 3 ． 下巾亮 。 徐金 海 ． 下勇 ， 等． 综 1 作 【 】] _f 澉 』 系统 乳化 液 J {f 漏 故 障 监 IA - 测 试 验 L 1 ． 城科 学 技 术 ． 2 1 3 ． 1 1 7 l1 0 一l 1 3 ． 李 然 ， 工 伟 ． 综 采集 成 供 液 系 统 能 监 测 诊 断 技 术 脱 状 与发展[ J ． 煤 炭科学技 术 l } ； ． 1 1 9 l _ 9 j ． 陈 忠 文 ， 工 玮 ．基 于 Pt l O钔 热 电 的 温 度 变 送 器 设 ‘ I j 实现 L J ] ． 观 代电 技 术 ． 2 1 0 ． 3 3 8 l 9 7 1 9 9 ． M N FG M ERY I j C． I nt r o duc l i o n t o s t a t i s t i c a l q u a l i t y c o n t r o l e M ． 6 t h e d ． N e w Y o r k Wi l e y ， 2 0 O 9 ． 术 海 平 ， 惠 ．邓 宁 浩 ． 等．过 均 值 偏 移 随 机 的 E WMA控 制罔优 化设 计L J ] ． 汁舒 机 集成 制造 系统 ， 2Ol1 ， 2 01 1 1 2 82 0 2 8 25． ABBASI S A．R1 AZ M 。M I I J I J ER A ．e l a 1 ． n 1 he p e r f or ma nc e o f ph a s e - I di s pe r s i ol 1 e on l r ol{ h a r t s f o r p r o c e s s mo n i t o r i n g [ 』] ． Qu a l i l y a n d R e l i a b i l i t y En gi n e e r i n g I nt e r na t i on a 1 ． 2 01 6． {J 8 l 7 1 71 6． AI { UJ I YA M R， RI AZ M ． I t ,2 E M I 1 ．En h a n c i n g t h e pe r f or ma n c e o f c omb i ne d Sh { 、 wh an I W M A c ha r t s [ J ] ． Qu a l i t y a n d R e l i a b i l i t y l ． n g i n e ,． 、 r i n g I n t e r n a t i o n a l ， 2 01 3。 29 8 1 09 3 1l O6 ． I t J X． W AN R F． I N ；Z Y． e 1 a 1 ．Appl i c a t i on of a Sh e wh ar t c ont r ol c ha r t t o I ] l o ni l or { l e a n a s h du r i n g c o a l p r e p a r a t i o n [ J ] ． I n t e r n a l i o n a 1 ．h mr n a l o f Mi n e r a l Pr o c e s s i n g。 2 Ol 7， 1 5 8 { 5 1 ．