提升机远程监测及异常诊断系统的研究

2020-04-12牛海兵

机械管理开发 2020年12期

牛海兵

（长治三元中能煤业有限公司，山西长治046600）

引言

矿井提升机是利用驱动电机带动提升罐笼进行升降的一种装置，被广泛应用于井下物料和人员输送中。随着煤炭综采效率的不断提升，对矿井提升机运行时的效率和安全性也提出了更高的需求，但由于提升机驱动机构长期在高负荷状态下运行，因此导致提升机故障频发，这已经成为影响矿井生产安全的一个关键因素。目前对提升机运行状态的控制主要是通过定期维护的方式，侧重于“过后”排查，无法及时对提升机的运行异常进行报警和维护，不仅维护效率低下而且可靠性差，无法满足运行安全需求。本文提出了一种提升机远程监测及异常判断系统，通过对提升机主要异常原因的分析，制定了远程监测参数和异常判断逻辑，实现了对提升机运行过程的动态监测。

1 提升机故障信号监测系统原理

提升机主要由提升系统、制动系统、控制系统等构成，通过对提升机故障类别的分析，提升系统和制动系统故障占到了提升机总故障的96%以上，在提升系统的故障中传递齿轮的故障率达到了63%，传动轴承的故障率达到了22%，制动系统的故障类别主要是制动力不足，制动间隙过小等。

提升系统中传动齿轮和轴承的运行故障监测可利用振动传感器进行监控，但由于振动传感器在安装过程中无法直接设置到轴承和齿轮处，因此为了确保对运行时的异常振动检测的准确性，在选择监测位置时，应尽量靠近振动敏感位置和故障多发位置[1]，同时设置传感器的机座要具有较大的强度，避免运行时的振动导致机座变形，影响监测结果的准确性。根据实际验证，将振动传感器设置到提升系统的轴承座上时能够获得最佳的监测效果，振动传感器的监测点分布如图1所示，在提升系统上共设置8个监测点，从而满足对提升系统运行状态的全貌监测。

图1 振动传感器分布示意图

提升机制动系统相对复杂，所出现的故障类型也较多，因此对提升机制动系统的监测既需要满足正常运行情况下的监测需求又要满足制动时安全、高效、灵敏性的需求，根据提升机在运行时的特点及常见故障类型，所选择的制动系统监测参数主要包括制动闸瓦间隙、液压系统的油压、制动盘的偏摆量。对制动闸瓦间隙的监测主要通过非接触式电涡流传感器[2]，其监测精度达到了±0.2 mm，监测精度高、稳定性好。对液压系统油压的监测主要通过油压式监测传感器，监测精度高、抗干扰能量强。对制动盘偏摆量的监测通过涡流式位置传感器，能够满足±0.2 mm的监测精度需求。提升机故障信号监测系统整体结构如下页图2所示。

在该故障信号监测系统中，采集卡主要是用于对各类监测信号进行数据存储和传输，因此要求采集卡的采集频率范围要广、数据转换速度快、稳定性好，经过对比分析，确定选用采样速率为300 kHz的异步数据采集卡，满足数据采样完整性的需求。

2 远程监测及故障诊断系统的整体结构

在对提升机各类故障发生原因和现象进行数据收集的基础上，所提出的远程监测及故障诊断系统整体结构如图3所示。该系统主要包括了本地诊断和远程在线诊断两个部分[3]，本地诊断主要由现场监测站、C/S客户端等构成，主要用于对单个模块进行精确的故障分析和处理。远程诊断中心则主要包括远程数据服务器、远程数据传输中心等，主要用于远程在线监测和调整。

图2 提升机故障信号监测系统整体结构示意图

图3 远程监测及故障诊断系统结构示意图

在该远程监测和故障诊断系统中，现场监测站是系统的核心，一方面需要对提升机运行过程中的各类运行参数、振动数据进行监测和存储，另一方面需要接受控制终端传输过来的各类指令，进行调整和数据信息反馈，因此对数据处理能力要求较高，需要有足够大的存储空间和极快的数据处理速度。系统的总监测站一方面需要对提升机整个系统的运行状态进行监测和显示，另一方面需要作为远程诊断系统的数据中转站，满足异地专家远程在线诊断的需求。

3 远程监测及故障诊断系统诊断方法

为了进一步规范提升机运行故障类别，提升故障判别的准确性和效率，本文在对提升机常见故障的类别、原因、处理方案进行深入分析的基础上，提出了利用模糊故障树理论[4]对提升机故障进行分析。在实际应用中首先由系统故障来倒推导致系统故障的各个设备故障，再由设备故障倒推相关零件的故障，由此建立一个金字塔形的故障类别逻辑关系图。

当提升机运行时出现故障后，系统自动从故障现象入手，对故障原因和设计的设备、零件进行倒推，从而快速确定故障原因，为了确保故障诊断系统的运行精确性，在系统中设置了接口模块，便于对故障树模型进行修正和完善，提升机远程监测及故障诊断系统故障树模型如图4所示。