孟瑞峰

（内蒙古神东天隆集团股份有限公司武家塔露天煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

我国科技发展速度持续加快，煤矿开采使用的机械设备类型也随之增加。从旋转机械来看，其自动化程度提高了很多，然而，因为所处环境相对恶劣，运行一段时间后会出现故障，这对煤矿企业生产造成非常大的影响，若想解决这个问题，必须将在线故障诊断予以有效落实，并保证预警系统能够发挥出作用，这样才能使得旋转机械保持良好的运转状态。

1 煤矿旋转机械在线故障诊断系统总体设计

1.1 功能设计

在进行设计工作时，功能设计是不可忽视的，要保证以下功能得以实现：信号处理、预警及诊断提示、数据管理及辅助功能，具体细分为时域分析模块、频域分析模块、特征频率计算模块、在线预警模块、在线诊断模块、诊断报告打印模块、用户监测模块、历史数据存储与查询模块、月度报表打印模块、登录模块、系统配置模块等。

1.2 设计思路

首先，通过传感器对振动数据进行收集，进而针对时域、频域相关数据展开全面分析，了解旋转机械运行的实际状态，按照监测时间对全部的运行参数予以分类保存。其次，完成数据采集后，要及时展开故障分析，将出现的具体故障予以明确。

对在线故障诊断系统予以应用时，全部的原始数据信号均要作为基本数据源使用，若想使得诊断所得结果更加的准确，应该保证数据信号的质量能够大幅提高。对原始信号进行采集的过程中，传感装置要保证精度达到要求，这是保证信号质量的关键所在，除此以外，还要对测点位置、采样频率予以关注，按照旋转机械的实际情况完成测点的选择，如此可以使得信号处理更为简单，而且可以使得提取工作能够顺利完成，这样就可保证故障诊断更加准确。对电子振动进行测定时，要选择振动感应、信号采集等装置，如此能够保证信号传输目标顺利达成，之后通过A/D 转化器就能够将时域信号传输至服务器。

展开煤矿旋转机械在线故障检测时，为了使得故障诊断能够真正落实到位，要构建完善的数据库，在此基础上将设计思路予以确定。煤矿旋转机械的各类故障信息要纳入数据库中，通风机、压风机、抽水泵等均不可缺失，如此可以有效完成故障分析工作，进而寻找到切实可行的解决之策。在线诊断工作结束后，能够自动获取诊断结果，如此就可将故障类型予以确定，并提出可行的解决措施。监测界面能够将具体的故障区域呈现出来，故障提示灯能够直接发出警报，这样一来，用户就会对故障设备有切实的了解。

1.3 设计信号分析方法

煤矿旋转机械的类型是不同的，在对信号分析方法进行选择时，要对特征信号予以关注，确保采用的方法是最合适的。现阶段，频谱分析、功率谱分析、网络谱分析的应用是常见的。通过频谱分析能够对信号频域呈现出的特征有切实的了解，通过功率谱分析则能够将频域中存在的噪声信号顺利提取出来。选择包络谱分析方法能够获得冲击信号，进而弯沉齿轮故障的诊断工作。

从三相电机的应用来看，对轴承进行连接时采用的是耦合装置，并要将其和减速装置予以互联，如此可以保证负载满足实际需要。旋转机械处于运行状态时要切实完成故障诊断，相关人员要对电机的振动、温度予以测定，同时要将噪声干扰予以消除，这样可以使得信号处理更为简便。将测点位置予以确定时应该要关注安装特性，保证机械运行不会受到任何影响。当煤矿旋转机开始运行后，轴承部件的振动包括径向振动、轴向振动，前一种相对明显。

对机械进行安装的过程中，径向安装是常用的方式，通过振动感应将具体的位置予以明确，保证振动频率分析做到位，如此就可对故障类型进行准确判断。将温度感应装置安装在电机外壳上，这样就能够对外壳温度有切实的了解，进行在线故障诊断的过程中就能够获得所需的参考数据。

2 煤矿旋转机械预警诊断

2.1 方法

设备参数的保存是不可忽视的，因而要依据实际需要完成故障诊断模式的设计，并确保其呈现出针对性，一般来说，粗略诊断、精细诊断要切实做到位。将旋转机械的部件参数予以确定后，相关人员可选择精细诊断模式，未能获取参数，则选择粗略诊断模式。从精细诊断来看，包括绝对诊断、相对诊断这两种方式，获取的结构参数输入系统就能对特征频率进行计算，继而展开绝对诊断就能够将故障状态予以确定。相对诊断是对信号特征频率幅值予以比较，这样也可对设备故障进行判断。采用粗略诊断模式，主要就是进行时域分析、频域分析，在此基础上将峰值、有效值、均方值予以明确，这样也能够完成故障诊断。粗略诊断的方式同样为绝对诊断、相对诊断，前者需要将特征参数范围予以明确，在基础上将具体的故障寻找出来，后者则要对实时信号展开比较、分析，这样也能够对故障状态有一定的了解。从工作人员的角度来说，要对互锁方式予以充分利用，精细诊断、粗略诊断要灵活运用，采用精细诊断模式，那么粗略诊断则不需要运行，反之亦然。

2.2 系统设计

2.2.1 软件设计

系统配置模块要满足需要，监测对象、监测通道、预警诊断等均要纳入其中，传感器通道也要配置到位，在此基础上将诊断方案、预警方案予以确定，确保部件的理论特征频率计算能够顺利完成。用户监测模块除了要能够对预警、诊断清晰显示，同时应具有报表生成功能。

用户监测界面的组成为频域图、时域图、故障提示等，从时域图来看，相关人员只要点击“原始波形”就能够见到波形图，再次点击后，LED 就会变得较暗，波形图就能够呈现。点击“诊断报告”就可获得诊断结果，并可对其进行打印、存档。当监测设备发生改变时，点击“返回”就可重新回到选择界面。对频域图予以应用能够将有效值、均方值、波性因素之类的参数清晰呈现出来。通过状态灯则能够对故障分布予以提示，了解旋转机械的实际运行情况，绿灯表示设置处于正常状态，黄灯则是发出警告，而红灯代表已经发生了故障。将故障的类型、状态清晰呈现出来后，相关人员就可寻找到导致故障出现的具体原因，进而提出切实可行的处置措施。

2.2.2 硬件设计

数据采集模块就是通过采集仪来完成采样工作，继而利用通道来实现转换，获得24 位模数，对加速度常年期进行利用能够将动态参数、采样频率之类的参数予以确定。为了使得旋转机械设备的监测赋予实效，要将加速度传感器安装于传动设备上，连接方式可以选择磁座连接、螺纹连接，这样需要提醒的是，对模态分析结构要予以关注，确保传感器能够安装于最合适的部位。测点的设置也是不可忽视的，确保振动信号传输能够切实缩短，将传感器安装于传动系统轴承处，如此能够对转轴、轴承的相关信息切实收集起来。对传感器通道的实际数量予以确定时，需要关注的是监测设备、测点的具体数量，确保能够同时对多个设备展开监测。

3 系统测试

对在线诊断及预警系统具有的实际功能进行验证时，要完成转子—轴承系统设计，通过其对转子不平衡进行模拟。预设的转速是1800r/min，设备产生的振动信号通过加速度传感器来进行采集，重点是对系统运行的实际状态进行监测。当转子处于正常状态时对软件系统进行测试，故障提示灯为绿色，设备没有任何问题，此时要将原始数据提取出来，并完成好频谱分析。

在转子圆盘上增加螺钉，对不均衡故障机械能模拟，在转速达到1800r/min 时，有故障信息提示，故障灯为红色，此时对初始数据进行提取，展开频谱分析。在转子达到1 倍频后，其对应幅值时0.0015g，相较于常态是明显较高的，而达到4 倍频、5 倍频时，谐波产生，这和转子不均衡故障的基本特征是相符的。对频谱分析、故障诊断系统所得的结果进行比较可知，两者是完全相同的，这就表示系统具有良好的实用价值。

4 结语

综上所述，本文主要论述了煤矿旋转机械在线故障诊断和预警系统设计，准确识别煤矿旋转机械的故障，并且及时发出提示，保障在线故障诊断效果，整体操作比较简单，同时具有较高的可靠性，保障煤矿旋转机械运行的正常性，提升煤矿企业的经济效益。