选煤厂旋转设备智能故障诊断系统设计_白玮.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：针对选煤厂生产特点设计基于专家知识库和推理机的选煤厂旋转设备智能故障诊断系统。重点介绍了系统设计以及软硬件设计方案，基于设备性能参数完成分析并经专家知识库、推理机后确定设备故障原因并给出相应的故障处理措施。关键词：选煤厂；旋转设备；专家知识库；推理机；故障诊断中图分类号：TD4 5；TP2 9文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 2 2 5-0 2Design of Intelligent Fault Diagnosis System for Rotating Equipment in Coal Preparation PlantBai Wei（Guandi Coal Preparation Plant,Xishan Coal&Electricity Group Co.,Ltd.,Shanxi Coking Coal Group.,Taiyuan,Shanxi 030052）Abstract:The paper introduces an intelligent fault diagnosis system for rotating equipment based on expert knowledge base andinference engine,including the system design and software and hardware design scheme,the causes of equipment failure based onthe performance parameters of the equipment and the corresponding troubleshooting measures.Key words:coal preparation plant;rotating equipment;expert knowledge base;inference engine;fault diagnosis选煤厂旋转设备智能故障诊断系统设计白 玮（山西焦煤西山煤电官地选煤厂，山西太原0 3 0 0 2 4）选煤厂生产的特点是设备台数多且相对集中，拖动方式简单，生产连续性强。选煤厂设备中以旋转机械居多，如皮带运输机、电动机、风机、压滤机、各种泵、离心机等。这类设备一旦损坏或突然停车，就会造成堆煤、压设备、跑煤和跑水等现象，引起事故范围扩大1。为此，应用当前先进的智能诊断技术，设计具备智能诊断、自学习功能的选煤厂设备智能故障诊断系统，可提升选煤厂设备运行效率。由于选煤厂设备存在环境恶劣、运行时间长的问题，对选煤厂安全生产造成诸多不利和隐患。智能控制技术的应用，可为选煤厂设备安全、高效、稳定运行带来便利。1系统设计旋转设备智能故障诊断系统设计框图如图1所示，根据旋转设备出现的典型故障，实时监测设备的机械振动信号值并判断该值是否超出设置的允许范围；同时精确测量旋转设备轴承的绝对振动和相对振动参数，为轴心轨迹分析、频谱分析、升降速、起停过程分析提供依据q。将分析后的旋转设备振动数据存入专家知识库并完成自学，根据设计的推理机确认旋转设备可能发生的故障类型，如转子不平衡、不对中、转子弯曲、转子横向裂纹等；根据对象的故障现象实施治理。图1选煤厂设备故障诊断系统框图2硬件设计选煤厂旋转设备故障智能诊断系统需配置的硬件设备主要有加速度传感器、温度传感器、变送器、滤波器、A/D转换装置、报警装置、人机界面、数据处理板卡、工业控制计算机以及控制信号按钮等3-5。选煤厂旋转设备智能故障诊断系统硬件配置关系如图2所示。1）加速度传感器选用的型号为J H T-I-H 3，可实现加速度高精度、数字化输出，灵敏度为5m V/g，冲击极限为20 0 0g，线性范围为7 4 0g，频率响2 2 5江西煤炭科技2023年第1期应为1 1 20 0 0H z。2）温度传感器选用的型号为O H R-WS 4 0 R，配置有高精度温度探头，具备低噪声、低温漂、抗干扰能力强的特点。3）U P S不间断电源选用的型号为英威腾的B U 1 5 0 0系列，内置电池，可实现0秒切换和断电保护。4）人机界面触摸屏选用的型号为A I-3 2 7 0，该人机界面以低功耗C P U为核心，内嵌功能强大且灵活高效的H M I组态软件，支持连接A I系列仪表、P L C以及变频器等设备；支持自定义图形且支持导入B M P、J P G、G I F等格式图片；具备强大的数据处理功能，可以保存、查看各种数据并制作报表和各类趋势图。5）工业控制计算机选用的型号为V P 6 7 0 0 1，基于F T-2 0 0 0+/6 4处理器，采用A R M V 8架构，支持A R M 6 4指令集，支持I P M I系统管理并配置板载服务器级B M C，满足选煤厂旋转设备故障诊断系统需求。6）数据处理板卡选用的型号为C M 2 2 3 0 3，集成了处理器、显示芯片等完整功能，支持双核4线程处理，数据处理精度为1 6位。图2选煤厂旋转设备智能故障诊断系统硬件配置关系3软件设计智能故障诊断系统软件采用模块化结构设计，基于M i c r o s o f t V i s u a l S t u d i o软件开发平台，采用C+语言以及汇编语言混合编程实现，主要包括主管理程序模块、传感器数据采集模块、传感器数据分析模块、故障诊断模块以及人机界面显示模块。1）主管理程序模块：具有上电前检测、系统初始化、漏电保护检测以及图形图像管理等功能。需对软件程序中用到的计数器、定时器、内存空间进行赋零操作；对系统中用到的D C 1 2 V电源、D C 2 4 V电源、A C 1 2 8 V电源以及A C 2 2 0 V电源进行漏电保护检测，若有漏电故障，及时触发漏电保护报警流程；需对旋转设备故障诊断系统中用到的图形、图像进行存储和文件路径管理。2）传感器数据采集模块：具有对传感器数据时域频域采集、传感器数据采集以及定期存储等功能。可通过人机界面模块对旋转设备智能故障诊断系统中的传感器阈值、传感器采样频率、采样通道、存储数据块大小及数量、工程单位、采样方式等进行设定。可将传感器数据以秒、分、时、天等多种形式进行存储并提供压缩、删除、移动等多种存储数据文件操作功能。3）传感器数据分析模块：具有时域分析、频域分析、系统管理和在线帮助等功能。时域分析的指标有旋转设备加速度、温度传感器的最大最小值、标准差值、均值、脉冲指标、峰值指标等，精准反映旋转设备运行状态。频域分析的指标有旋转设备的时域平均值、频谱平均值、瞬态谐波、数据包络等；同时可采集、分析并显示4路传感器数据的时域波形和频谱图。4）故障诊断模块：具备传感器数据阈值判断、故障触发、声光报警、故障显示、故障处理提示等功能。当旋转设备发生故障时，置位故障信号，在人机界面显示故障内容，同时进行持续时间为T s声光语音报警。当检修人员处理该故障时，可根据人机界面显示的该故障处理提示信息进行处理；当检修人员解决该故障后，故障信号、故障内容自动消失。5）人机界面显示模块：具备实时显示选煤厂旋转设备运行过程中的参数信息、故障信息、状态信息；同时可存储所有数据并进行分析，以柱状图、折线图、曲线图等形式展现；可回溯各参数、故障数据的历史数据、趋势数据等。旋转设备故障诊断系统的控制器以C A N总线通信模式将所有数据发送至人机界面显示模块，根据通信距离设置C A N总线波特率为5 0 5 0 0K b p s，保证数据传输的可靠性和稳定性。4应用分析为验证选煤厂旋转设备智能故障诊断系统的正确性和适用性，在山西焦煤西山煤电官地选煤厂进行了系统测试，以正在服役运行的WS X Z L 1 4 0 0型高效耐磨双向旋转脱水振动离心机为例进行分析。该离心机的关键性能指标如表1所示。将智能故障诊断系统应用于该振动离心机，自系统投入运行三个月以来，能够实现选煤厂旋转设备运行状态、参数信息、故障信息的实时监表1WSXZL1400型关键性能指标描述指标单位离心机直径14 0 0 16 0 0mm筛篮转速3 1 8r/min旋转方向顺时针、逆时针双向旋转/处理能力3 0 0t/h产品水分5 9%（下转2 2 9页）2 2 6江西煤炭科技2023年第1期测。当离心机有故障发生时，可在人机界面显示发生故障的时间、内容以及位置，同时可提示解决该故障的一般处理方法并发出声光语音报警。当检修人员解决该故障后，故障信息自动消失。据三个月运行数据统计，该离心机故障率下降约2 7%，九层精煤灰分下降至8.6%，三层精煤灰分下降至1 1.0%，提升了选煤厂的经济效益。根据选煤厂现场工人反应，该故障诊断系统与原系统相比，运行时的稳定性好、定位故障精确、故障诊断功能齐全，能够较好地促进选煤厂旋转设备安全、高效、连续运行。5结论1）该智能故障诊断系统实现了选煤厂旋转设备传感器数据的采集、处理、分析以及诊断，将设备运行时的所有数据显示至人机界面。2）经实际应用分析表明，该智能故障诊断系统满足设计要求，提升了选煤厂旋转设备的智能化水平，有助于提升选煤厂运行安全系数和运行效率。参考文献：1 韩龙.选煤厂设备智能故障诊断系统设计J.江西煤炭科技，2 0 2 1（3）：2 0 5-2 0 7.2 任建宾.选煤厂机电设备故障智能化检测系统研究J.石家庄：煤炭与化工，2 0 1 9，4 2（4）：8 4-8 6，9 3.3 蔡辉.选煤厂机电设备参数检测与故障诊断系统研究J.长治：煤，2 0 1 8，2 7（1 1）：2 7-2 8，3 2.4 朱亚坤，孟国营，赵国瑞，等.选煤厂大型设备状态监测与故障诊断系统J.哈尔滨：煤炭技术，2 0 1 8，3 7（1 0）：3 0 9-3 1 2.5 张璐，王然风，唐孝先.选煤厂机电设备参数检测与故障诊断系统设计与实现J.长沙：矿业研究与开发，2 0 1 7，3 7（6）：4 7-5 0.作者信息：白 玮（1 9 8 7），男，山西五台人，2 0 1 0年毕业于华北科技学院电气工程及其自动化专业，机电工程师，现从事机电设备维护工作。收稿日期：2 0 2 2-0 5-1 1编辑：许敦昂3.1清水消耗检查表2所示为3 0天的实践测试对1 3月水耗量、月生产原煤、单位清水耗量数据进行统计（如表2所示），发现单位清水耗量为0.0 0 61m3/T原煤，高质量地完成了降低主洗车间清水消耗问题。表2主洗车间生产班组10月清水消耗统计队组月水耗量/m3月生产原煤/T单位清水耗量/（m3/T原煤）一队5 0 7.78 34 2 20.0 0 61二队4 3 9.57 26 1 40.0 0 61三队5 4 0.88 71 3 80.0 0 62合计14 8 82 4 31 7 40.0 0 613.2经济效益以东曲选煤厂2 0 2 1年入洗原煤2 5 0.8万吨，按方案优化前清水平均单耗0.0 2 9m3/T原煤计算，年节约用水：25 0 80 0 0（0.0 2 9-0.0 0 61）=5 74 3 3.2（m3），以2 0 2 0年和2 0 2 1年清水收费价4元/m3计算，年可节约5 74 3 3.2 4=2 2 97 3 2.8（元）；职工收益就以每月26 4 8元计算，则年收入可增加：26 4 8 1 2=3 17 7 6（元）。年可为企业创效2 3万元，为职工年创收3万元。3.3社会效益为社会节约水资源，为使用压滤机厂矿综合利用滤液水做出了积极探索，也可作为同行参考的范本，有较好的推广前景。4结语在科学分析东曲选煤厂主洗车间清水耗量存在问题的基础上，提出针对性的优化方案并完成实际应用，提高了清水利用率，提升了主洗车间精细化管理水平，为创建节约、高效、智能化主洗车间提供参考，具有较好的经济社会效益。参考文献：1 王佳力，董良.补连塔选煤厂洗水闭路循环优化与实践J.陕西煤炭，2 0 1 8，3 7（S1）：1 3 1-1 3 3.2 陶亚东，王振龙.选煤厂生产用水管理及洗水闭路循环实践J.北京：煤炭科学技术，2 0 1 7，4 5（S2）：3 8-4 1.3 王学红.选煤厂煤泥水处理工艺的优化J.徐州：能源技术与管理，2 0 1 8，4 3（2）：1 5 2-1 5 3.4 陈祥君，陈相辉，颜振乐.河南能源鹤煤八矿选煤厂煤泥水处理系统的优化J.唐山：选煤技术，2 0 1 7（4）：4 7-4 9.5 张鹏鹏.煤泥水处理系统工艺研究J.北京：煤炭工程，2 0 1 9，5 1（S2）：3 8-4 0.6 王伟，姚明刚.沙坪选煤厂煤泥水处理工艺流程优化技术研究J.石家庄：煤炭与化工，2 0 1 8，4 1（1）：9 2-9 6，9 9.作者信息：池林忠（1 9 7 5），男，山西天镇人，2 0 1 4年毕业于太原理工大学矿山机电专业，大专学历，助理工程师，现从事选煤机电设备的设计、维护工作。收稿日期：2 0 2 2-0 4-1 4编辑：项元海（上接2 2 6页）2 2 9