煤礦機(jī)械設(shè)備動態(tài)監(jiān)測技術(shù)

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煤礦大型機(jī)械裝備日益向著大型化、復(fù)雜化、高速化、高效化和自動化的方向發(fā)展，機(jī)械裝備狀態(tài)物理量的變化呈現(xiàn)出隨機(jī)性、多維性、時變性、耦合性和非線性等特點(diǎn)。煤礦機(jī)械設(shè)備動態(tài)監(jiān)測資料對認(rèn)識煤礦的地質(zhì)特征，掌握煤礦井的性質(zhì)，煤礦的壓力、溫度、注入產(chǎn)出特征及煤礦井連通情況起著重要作用。通過對動態(tài)監(jiān)測資料的分析，對煤礦開發(fā)狀況及開發(fā)形勢進(jìn)行評價(jià)，在搞清煤礦狀況及剩余煤礦分布規(guī)律的基礎(chǔ)上明確了煤礦開發(fā)調(diào)整的對象，為分層調(diào)整挖潛提供了依據(jù)。本文主要研究光纖傳感技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備動態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域的使用。

1光纖傳感在煤礦機(jī)械設(shè)備動態(tài)監(jiān)測應(yīng)用

針對監(jiān)測系統(tǒng)的檢測頻率,構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)的形式一般可以分為離線式監(jiān)測系統(tǒng)和實(shí)時在線式監(jiān)測系統(tǒng)兩種，本文介紹的是實(shí)時在線式監(jiān)測系統(tǒng)。在線監(jiān)測模式是在設(shè)備運(yùn)行中實(shí)時的對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。在機(jī)械設(shè)備中,如壓縮機(jī)、機(jī)錄群的工作狀態(tài)中,在線監(jiān)測系統(tǒng)可通過安裝在機(jī)組上的光纖光柵傳感器實(shí)時的獲取機(jī)組的狀態(tài)參數(shù),并對機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行評估,判斷機(jī)組是否在正常的狀態(tài)下運(yùn)行,并對機(jī)組健康狀態(tài)進(jìn)行長期實(shí)時監(jiān)測監(jiān)測,確保機(jī)組生產(chǎn)的正常運(yùn)行。實(shí)時在線監(jiān)測系統(tǒng)適用于對生產(chǎn)影響極大,故障率較高的重要設(shè)備,依靠監(jiān)測設(shè)備實(shí)時或動地巡檢設(shè)俗狀態(tài)?？捎蓡螜C(jī)或多機(jī)組成系統(tǒng),其安全可靠性能高。虛線中所包括的硬件為工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場中的機(jī)械設(shè)備和安裝在設(shè)備上的N個光纖光柵傳感器。設(shè)備的狀態(tài)參數(shù),通過光纖傳感技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣獠ㄩL信號。傳感網(wǎng)絡(luò)前端即生產(chǎn)現(xiàn)場中所采集到的光信號通過光纜,直接把信號送到上位機(jī)。由于光信號便于長距離傳輸,所以上位機(jī)和下位機(jī)一般都位于控制室內(nèi)。這樣確保了生產(chǎn)現(xiàn)場的無電傳感,對于煤礦機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測而言,無疑增加了系統(tǒng)的安全性能。光信號通過光纖信號解調(diào)儀,把光信號解調(diào)為電信號。然后通過采集程序和通信模塊,把釆集到數(shù)據(jù)源源不斷的發(fā)送給上位機(jī)?，F(xiàn)場所釆集到的數(shù)據(jù)到達(dá)上位機(jī)后,一方面通過分析處理,判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否正常,起到預(yù)警的作用;另一方面選擇性的保存于機(jī)組數(shù)據(jù)庫中,建立機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)庫,方便用于后期查詢,也可起到長期監(jiān)測以及趨勢預(yù)測的作用。

2在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)的總體組成

用于機(jī)械裝備狀態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)在總體構(gòu)成方而與其他監(jiān)測系統(tǒng)布箱眾多的相似之處,但也存在請多要點(diǎn)的不同,有著屬于自己的特點(diǎn)。從大的方面一般需要具有檢測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、實(shí)時M示和報(bào)警模塊以及狀態(tài)評估模塊等兒大部分。在對基于光纖傳感技術(shù)的機(jī)械裝備實(shí)時在線檢測特點(diǎn)了解的基礎(chǔ)上,根掘其特質(zhì)構(gòu)建了如圖1所示檢測系統(tǒng)。

2.2監(jiān)測系統(tǒng)硬件構(gòu)成

監(jiān)測系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分構(gòu)成,其硬件部分由各種傳感器、光纖光柵振動解調(diào)儀、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和計(jì)算機(jī)等構(gòu)成;軟件部分由各種硬件設(shè)備驅(qū)動、控制、通信軟件以及機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測專家評估軟件,同時還包念對所測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)庫管理軟件等組成。由軟件和硬件系統(tǒng)密切配合實(shí)現(xiàn)長期健康監(jiān)測及狀況評估功能。

2.3系統(tǒng)軟件構(gòu)架與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)機(jī)械裝備動態(tài)在線檢測特點(diǎn)以及光纖傳感技術(shù)的獨(dú)有特性,在研究了振動信號的數(shù)據(jù)處理方法、數(shù)據(jù)庫設(shè)置和基于此的典型部件故障診斷方法的基礎(chǔ)和前提下,通過軟件編程將光纖光柵機(jī)械裝備監(jiān)測系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)是非?？尚幸彩鞘直匾?。機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)軟件主要包括:數(shù)據(jù)解調(diào)、信號濾波、振動有效值計(jì)算、結(jié)果的輸出和保存等部分。軟件部分主要是通過時域及頻域分析,得到振動烈度、歷史趨勢圖、3D譜線圖,為機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障分析提供有用數(shù)據(jù)。在光纖光纜機(jī)械設(shè)備動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的主界面可以觀察到被檢測的所有的機(jī)械裝備的運(yùn)行狀態(tài)，而且可以在將溫度報(bào)警和振動報(bào)警分開提示，這樣有助于工作人員對設(shè)備的故障進(jìn)行初步判斷，避免造成不必要的慌亂。另外，工作人員也可以用過雙擊主界面中的設(shè)備來查看其對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)和記住編號。進(jìn)入具體機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測界面后,可以分別看到該機(jī)組所有監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時狀態(tài)以及所有被監(jiān)測點(diǎn)的振動總值和溫度的實(shí)時數(shù)據(jù),并以棒圖的形式直觀顯示出來。這種多樣選擇的方式有助于提高工作效率，是其更加人性化。

3狀態(tài)評價(jià)及報(bào)警設(shè)置

由于檢查設(shè)備和檢查對象不同，從而采取的檢查手段也不盡相同，所以對設(shè)備狀態(tài)的評估方法和報(bào)警設(shè)置也存在著不同的要求。

3.1評估方法

1）類比判斷標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)或?qū)ο笾谐霈F(xiàn)兩臺或多臺相同型號的監(jiān)測對象時，要使用類比判斷標(biāo)準(zhǔn)，通過對比同型號不同設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)來判斷設(shè)備的安全狀態(tài)，特別適用于不易或無法獲得設(shè)備的健康狀態(tài)參數(shù)的情況下。2）相對判斷標(biāo)準(zhǔn)。此判斷標(biāo)準(zhǔn)就是將設(shè)備的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)作為該設(shè)備的健康檔案，從歷史數(shù)據(jù)中來直觀的展現(xiàn)設(shè)備的里歷史趨勢，通過數(shù)據(jù)的對比判斷設(shè)備偏離健康狀態(tài)的參數(shù)程度。3）絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)。絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)是最常見的監(jiān)測方法，即以標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)作為絕對標(biāo)準(zhǔn)，將所測的參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對比。通常把標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)設(shè)置為絕對報(bào)警值。

3.2報(bào)警設(shè)置

1）相位報(bào)警。一般相位報(bào)警多個傳感器聯(lián)立來完成，如當(dāng)兩個傳感器所測得的數(shù)據(jù)頻率之間的理論相位或既定相位差為α，當(dāng)相位小于或大于時系統(tǒng)就發(fā)出報(bào)警聲提示。2）振動總值報(bào)警。振動總值報(bào)警就是當(dāng)設(shè)備參數(shù)值達(dá)到了振動總值是報(bào)警的方法，也是最常用的方法。振動總值表達(dá)式一般是以振動烈度作為標(biāo)準(zhǔn)，及即是振動速度在測量頻帶內(nèi)的均方根值表示振動的大小。根據(jù)檢測量的不同,振動烈度的公式可表達(dá)為3）頻段報(bào)警。在振動總值報(bào)警的基礎(chǔ)上，將振動頻率細(xì)化，對各個諧波頻率分別監(jiān)測的方法就是頻段報(bào)警。因?yàn)樵跈C(jī)械設(shè)備故障中存在振動總值不變,但各個頻率振幅此消彼長，不同的故障對應(yīng)著不同的頻率的現(xiàn)象,因此對設(shè)備設(shè)置頻段報(bào)警具有著重要的意義。首先依據(jù)設(shè)備的特征來確定測點(diǎn)的頻率量程，然后根據(jù)各個頻率的起始值和高頻值的截止頻率以及各個頻段預(yù)警值與報(bào)警值的大小來制定設(shè)備各頻段的報(bào)警方案。

4總結(jié)

煤礦機(jī)械設(shè)備對人類生產(chǎn)、生活至關(guān)重要，其安全受到極大關(guān)注。煤礦機(jī)械設(shè)備動態(tài)在線監(jiān)測是判斷此類結(jié)構(gòu)和裝備是否安全的重要手段，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識別和故障診斷的重要方法。然而受到當(dāng)前動態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展水平限制，目前的振動測試系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)定期或短期檢測，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、長期、實(shí)時在線的振動監(jiān)測，這對實(shí)時掌握它們的工作狀態(tài)、評估其安全性、制定養(yǎng)護(hù)和維修決策是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。光纖傳感技術(shù)的出現(xiàn)，并與動態(tài)檢測技術(shù)的有機(jī)結(jié)合為解決上述問題提供了較好手段。

作者：朱慧慧 魏亞東 孔國鋒 單位：山東省兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦