选煤厂关键设备运行状态在线监测系统研究_冯建栋.pdf

选煤厂关键设备运行状态在线监测系统研究 冯 建 栋 （霍州煤电集团辛置煤矿 ，山西 霍州 031412 ） 摘要 首先对整个系统的功能及结构进行了设计， 系统包括网络数据采集系统， 企业设备监测中心， 设备信息数据库， 设备管理信息中心四个部分， 然后对系统的硬件和软件系统进行了设计， 对传感器 和数据采集和调理模块进行了选型， 通过仿真波形信号和振动平台信号源对系统进行了验证和测试， 结果表明， 系统测试分析结果与实际相吻合， 系统稳定、 可行。 关键词 选煤厂 ； 监测系统 ； 设备 ； 在线监测 中图分类号 TD94文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0186- 03 Research on On-line Monitoring System for Operation Status of Key Equipment in Coal Preparation Plant FENG Jiandong （Huozhou Coal- ElectricityGroup CompanyXinzhi Coal Mine ， Shanxi Huozhou 031412 ） Abstract Firstly, the function and structure of the whole system are designed. The system includes four parts network data acquisition system, enterprise equipment monitoring center, equipment ination database and equipment management ination center. Then the hardware and software systems ofthe system are designed. The sensor and data acquisition and conditioningmodule were selected. The system was verified and tested by simulating the wave signal and the vibration plat signal source. The results show that the system test analysis results are consistent with the reality, and the systemis stable and feasible. Key words coal preparation plant ; monitoringsystem; equipment ; online monitoring 0引言 选煤厂的主要任务是将入场原煤进行筛分、 破 碎和捡矸等， 主要作业包括筛分、 破碎和脱水作业， 需要的主要设备有破碎机、 离心机、 旋流器等， 目前 对于这些设备的故障诊断基本上都是由现场作业 人员进行观察和诊断， 完全依靠人工的巡检以及设 备维护人员的工作经验， 缺乏必要的数据和高效的 评价指标， 因此设计一套选煤厂关键设备运行状态 在线监测系统， 对选煤厂的关键机械设备的运行工 作状态进行数据采集， 然后通过分析处理， 及时和 准确判断出设备的故障，对于提高设备管理水平， 提高生产效率都具有重要的实际意义。 1系统功能及结构设计 根据企业对系统的需求， 对选煤厂关键设备运 行状态在线监测系统的功能进行了设计， 整个系统 的功能结构如图 1 所示。整个系统包括四个部分， 即网络数据采集系统 （NetDAS ） ， 企业设备监测中心 （NetEMC ） ， 设备信息数据库 （NetDB ） ， 设备管理信 息中心 （NetEIC ） 。 网络数据采集系统包括两部分， 即利用高速嵌 入式数据监测设备的现场实时监测站， 以及利用有 线或者无线的方式进行数据传输的网络传输系统， 该系统的作用是将现场各种传感器采集的数据信 息通过网络的方式传输到企业设备监测中心。 图 1系统功能结构框架图 企业设备监测中心是将采集传输过来的数据 通过在线或者离线的方式进行分析和诊断， 对设备 的运行状态进行评估， 并且能够给出设备的维修决 策， 因此该部分包含设计有状态监测、 历史监测、 故 障报警、 事故追忆、 专家诊断等子系统。 设备信息数据库采用关系数据库和振动数据 库相结合的方式， 存储需求量较大的振动数据全 部 存储在振动数据库当中， 而关系数据库只存储振动 数据的索引和记录， 降低了关系数据库的需求。 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 186 ChaoXing 设备管理信息中心包含设备管理系统、仓库管 理系统和权限管理系统。 该系统既能对设备进行工作 状态的监测和故障诊断， 也能对设备进行信息管理。 2硬件系统设计 该硬件系统需要完成的功能有数据的采集、 存 储和访问， 以及信号的调理等， 再结合系统的需求， 设计的硬件系统主要包括现场监测站和企业监测 中心两部分。 2.1现场监测站 现场监测站的功能是完成数据的采集以及信 号的调理， 系统的硬件主要包括各类传感器、 数据 采集和调理模块、 机箱和 PC 机等。系统硬件在选用 的时候需要主要考虑的因素包括系统的测试精度 和成本。 2.1.1传感器选型 本监测系统需要采集设备振动的加速度和位 移参数、 关键部位的温度参数， 以及转子的转速数 据等， 因此， 传感器选用的类型包括加速度传感器、 位移传感器、 温度传感器和光电传感器等。而传感 器的型号选择应该综合考虑传感器的安装环境、 所 需要的测量精度、 被测对象的工况和信号处理等多 方面的因素。 由于加速度传感器安装在振动频率和幅度都 比较大的破碎机等设备上， 工作环境恶劣， 选择的 型号是美国 PCB 公司生产的 608A11，灵敏度为 100mv/g， 分 辨 率 为 350ug， 可 测 频 率 范 围 为 0.5Hz- 10kHz， 该型号传感器具有精度高、 抗冲击性 能好等特点， 能够永久安装。 位 移 传 感 器 选 用 电 涡 流 式 ， 型 号 为 JX70- 04- C- M101- 80- 30K，灵敏度为 4.000mA/mm， 测量范围 0.5～4.5mm， 温漂 0.08/℃， 该传感器能够测量探头表面与被测金属导体之间 的距离， 在静态和动态下都能应用， 并且具有高分 辨率和高线性度， 特别适用于旋转机械设备的故障 诊断测量。 2.1.2数据采集和调理模块选型 该模块的作用是对采集的信号进行模数转换 以及信号调理， 从数据转换的精度、 速度、 稳定性三 个方面出发， 选择了 NI 公司的 NI9234 和 NI9203 两 种型号的数据采集和调理模块。 NI9234 模块为 4 通 道， 输入信号范围5V， ADC 分辨率 24 位， 输入耦 合方式有 AC/DC 两种可供选择， 每通道的最大采样 率为 51.2KS/s，能够对集成和非集成电路压电式传 感器的信号进行高精度测量。NI9203 模块为 8 通 道， 输入信号范围20mA， ADC 分辨率 16 位， 每通 道的最大采样率为 200KS/s， 转速精度和速度较高， 对于量程范围内的模拟电流信号，能够进行放大、 滤波和模数转换等处理。 2.2企业监测中心 企业监测中心主要包括三台不同类型的服务 器， 一台路由器和一台机架式 UPS。三台服务器包 括 1 台 LabVIEW 数据采集服务器、 1 台 Oracle 数据 库服务器和 1 台 Web 信息服务器。其中 LabVIEW 数据采集服务器的作用是数据的采集和存储， 以及 数据的分析和处理，还能完成故障诊断等工作； Oracle 数据库服务器的作用是对信息的存储，包括 日常信息数据、 振动数据的特征参量等； 而 Web 信 息服务器的作用实现客户对数据和信息的查询和 管理。 在外部网络存在危险和不安全因素的情况下， 服务器易受到攻击而导致故障。路由器的功能就是 隔离服务器和外部的网络连接， 防止外部网络的攻 击和非法访问，保证服务器的网络安全。机架式 UPS 电源能给系统提供断电保护， 避免系统在读写 硬盘时突然断电导致故障的发生。 因此， 在通过授权的情况下， 也不需要安装任 何客户端软件， 需求用户以及相关人员可以利用浏 览器在网络的条件下， 直接访问和查看设备状态的 监测系统。 3软件系统设计 软 件 系 统 选 用 的 开 发 平 台 为 NI 公 司 的 LabVIEW 虚拟仪器开发平台， 软件系统的结构如图 2 所示， 主要包括现场 RFID 采集单元和企业监测中 心系统。其中现场 RFID 采集单元包括固定和手持 的 RFID 读写器、 数据采集处理软件， 该单元的作用 是机械设备以及备件的库存和调配， 以及全程跟踪 信息等；企业监测中心系统与硬件系统相对应， 同 样包括 LabVIEW 数据采集软件系统、 Oracle 数据库 信息管理系统和 Web 信息系统三部分。 LabVIEW 数据采集软件系统是利用 NI- DAQ 的方式对数据进行采集， 利用声音和振动工具包对 采集的信号进行处理和分析， 提取出每一个故障的 参数值， 通过故障诊断， 将诊断结果在 LabVIEW 平 台上发布，或者通过 LabSQL 的方式把诊断数据和 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 187 ChaoXing （上接第 185 页 ） [4] 马资敏,郭志飚,陈上元,朱盛,王进.深部中厚煤层切顶留 巷围岩变形规律与控制研究 [J]. 煤炭科学技术,2018,46 （02） 112- 118242. 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