矿用风机状态监测与故障诊断系统

文章出处：未知责任编辑：石琨人气：34577 发表时间：2020-12-30 16:30 【大中小】

矿用风机状态监测与故障诊断系统

来源：未知

矿井主通风机是向井下送风的重要设备，也是大型耗能设备，对其实现在线监测监控，使之始终运行在良好状态，对于保障煤矿安全生产，保护矿工生命和企业财产安全，降低风机能耗具有重要意义。
泰恩科技成功研制开发的矿井主风机在线监控系统，综合利用现代传感技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、网络通讯技术，基于企业计算机网络实现主风机运行参数、通风数据的实时监测与风机主辅设备控制的一体化，监测内容丰富，控制功能完善，具有实时性强、安全可靠、操作方便、易学易用的特点。

泰恩科技TN-TA10000电子检测系统大型风机在线监测系统主要由监控系统、上位机冗余组态软件系统、传感器系统三大部分组成。

该系统在线监测模块能够自动地对机组运行状态下的振动、温度、风速、风压、流量参数进行监测，并按设定的存储规则存储数据，出现报警时能够自动连续存储报警前和报警后一定时间的振动和温度、风速、流量等数据。

根据振动、温度、风速、流量信号的趋势图可以判断设备当前的运行状态，当出现故障时，可以对振动信号的趋势图、波形图、频谱图等多种图谱进行分析，判断故障部位、故障原因和故障程度，为保证设备的安全运行、适时安排检修提供可靠的依据。

通过网络可以实现远程浏览和分析，局域网或Internet网任一授权客户端均可浏览和分析机组的运行状态，实现远程故障诊断功能。

1.系统技术方案
1.1 简易系统网络框图

图1 在线监测与故障诊断系统建议框图

　　1.2 系统说明
　　1) 在线监测与故障诊断系统由现场采集器、数据中心服务器、用户本地客户端组成。其中数据采集器可以通过光纤、网线等方式将数据传给数据中心。
　　2) 现场采集器：用于振动、温度、风速、流量等信号的采集、滤波、放大、调理、A/D转换、传输等功能;有防爆和非防爆两种类型，用于不同危险场合。
　　3) 数据中心用来保存在线监测系统采集的数据，也存储巡检系统采集的数据，两种数据统一管理和查询。
　　4) 客户端，局域网上任意一台计算机都可以作为客户端来浏览数据。
　　1.3 系统特点
　　1) 监控系统采用双CPU，能够快速准确可靠地完成监测监控功能;
　　2) 上位机应用软件采用冗余组态软件系统，使得系统更加安全可靠;
　　3) 系统可根据现场应用需求灵活配置，伸缩性强;
　　4) 测控功能上的网络化、WEB化。
　　1.4 系统主要功能
　　1) 实时监测风机风压(静压、全压)、风速风量、轴承温度、定子温度、电网电流、电压、功率、电机与风机效率、风峒大气参数(温度、湿度、大气压力)等风机运行各种参数;
　　2) 监测风门位置、风机开停状态、反风信号和电机编号等风机运行多种状态信息;
　　3) 控制风门开/关、风机启/停;
　　4) 自动闭锁控制，保证系统安全;
　　5) 具有现场控制、远程控制、手动控制等多种控制方式;
　　6) 在控制中心，通过液晶电视对风机机房进行24小时监视，通过网络视频服务器实现24小时远程监视。
　　1.5 系统软件功能
　　1) 接收、处理、存储、显示处理器系统上传的现场数据，显示方式多样，生动直观;
　　2) 自动生成各类报表，内容丰富翔实;
　　3) 实时曲线、历史曲线绘制;
　　4) 实时监测各类参数，具有超限报警并记录报警信息的功能;
　　5) 系统设置了操作权限，只有获得权限的人员才可以操作系统;
　　6) 支持远程网络浏览和控制。
　　2 采集分析系统设计方案
　　2.1 系统的抗干扰设计
　　2.1.1 系统信号地与被测地完全隔离,克服被测地的不确定对测试系统的影响。
　　2.1.2 合理的接地和屏蔽，使现场的任何干扰信号均不能进入被测信号回路，因此系统需要具有极强的抗干扰能力;
　　2.1.3 使用隔离电源,保证现场周边任何设备的起停机及改变工作状态造成的电网电压波动及浪涌等对本系统都不产生任何影响,确保系统的正常工作，避免误报警。
　　2.2 系统的可靠性设计
　　2.2.1 根据相关的国家技术标准设计、生产所有产品，并严格执行ISO9001质量管理体系，保证产品的高质量和可靠性;
　　2.2.2 采用先进的工艺流程，大规模集成电路，全贴片工艺，体积小，功耗低，保证了可靠性;
　　2.2.3 所有部件和整机根据国家标准,均经过多次高低温试验,保证设备出厂前筛选出器件的早期失效;
　　2.2.4 所有设备出厂前均进行了应用于航天设备的随机振动筛选(10Hz～2kHz、2g的随机振动,三向每向二十分钟)，大大提高了系统的可靠性;
　　2.2.5 数据采集器内嵌了与品牌工控合作定制的适合恶劣环境使用的工控机，专门用于动态信号的数据采集系统，舍弃不需要的功能,提高可靠性，还加快了处理速度;
　　2.2.6 每通道均设置了一组信号处理系统,强大的实时处理功能,保证监测信号一点不丢的进行处理, 设备的任何瞬间故障，特征信号都不会遗漏;采用硬件处理器,对于长时间连续工作的CPU,提高可靠性;
　　2.2.7 数采与工控机之间的通讯,采用了最底层的PCI总线协议，数据传输更加稳定可靠;
　　2.2.8 工控机的存储媒体,采用大容量硬盘，增强硬件的抗振性和长期连续工作的可靠性;
　　2.2.9 工控机工作于LINUX操作环境，保证系统长期运行更加稳定、可靠，避免了受病毒入侵的风险;
　　2.2.10 采集器与外部系统通讯中断时(如网线断开，网络阻塞等)，系统可独立工作，等网络恢复时采集终端会自动与数据中心建立连接，数据重新上传到中心数据库中;其独立运行能力取决于采集器自身所带存储器的空间;
　　2.2.11 系统具备完善的系统自检功能：开机、定时或用户需要的任何时间,均可对从传感器到软件的所有部分进行自动故障检测。
　　2.2.12 振动采集卡
　　振动采集卡允许接入多种测振传感器，如电涡流位移传感器、磁电速度传感器、ICP加速度传感器等等，采集卡为传感器提供相应的供电电源。每张采集卡2个通道，每个通道独立同步工作，互不干扰。
　　2.2.13 缓变量采集卡
　　测量温度等参数的测量采集、报警判断等。
　　2.2.14 每通道独立的16位A/D转换器用于动态振动信号的采样，保证所有通道并行同步工作;
　　2.2.15 每台采集器内均采用嵌入式工控机处理系统，用于参数设置,采样控制, 报警判断及动态数据和特征值的网络通讯。当突发事件发生时,连续实时海量记录事发前后的被测信号;
　　2.2.16 每通道设置独立的实时处理系统，实时对所有数据连续(不丢点)采集、FFT分析等处理，根据对被测信号处理结果的识别，判断设备的运行状态。控制每通道设置的大容量高速数据缓冲存储器,存贮突发事件发生前设备的运行状态参数;
　　2.2.17 实时处理系统计算的振动特征值包括：
　　1) 整周期采样(有键相)时，特征量包括：通频带振幅、间隙电压(电涡流位移传感器输出)、1倍频幅值/相位、2倍频幅值/相位、0.5倍频幅值/相位、N倍频幅值/相位、转速、剩余量、歪度、峭度、波形因子、波峰因子等。
　　2) 非整周期采样(无键相)时，特征量包括通频带振幅，4个自定义频段能量，间隙电压(电涡流位移传感器的输出)，歪度、峭度、波形因子、波峰因子等。
　　2.2.18 最新高性能FPGA芯片，全数字锁相倍频设计，不间断精确稳定完成整周期采集;
　　2.2.19 本地数据处理与本地数据存储功能
　　1) 当由于服务器或网络发生故障时，历史数据不能够正常保存到服务器的数据库中，采集器可以将历史数据保存在本机存储器内，当网络恢复正常后，即将存储器内的的历史数据上传给中心服务器;
　　2) 本机可以保留大量的监测数据，可完整保留多次起停机及长达二个月的历史数据，克服因网络中断造成的监测数据丢失的弊病。
　　2.2.20 系统自启动功能:系统具备自动恢复、自动启动功能，遇有意外断电，网络中断等情况，供电和网络恢复正常后，系统能自动启动进入运行状态，并恢复到断电和断网前的状态，实现无人值守，保证系统长时间连续可靠运行
　　2.3 系统通讯方式
　　根据不同客户现场网络环境,确定工控机与数据服务器的通讯接口环境,主要包括以太网、光纤、无线网卡以及本机内存储数据通过电脑有选择的导出。
　　3 远程监测与故障分析软件功能
　　3.1 软件特点
　　3.1.1 两种软件构架：远程在线监测与故障诊断软件是基于B/S,C/S构架的组合软件，可以根据自身监测的特点选择其中一种构架，也可综合使用;
　　3.1.2 集在线监测与离线巡检于一体：远程在线监测与故障诊断软件是一个在线监测与设备点检、设备的故障诊断管理的综合软件。进入该系统，不仅可以管理在线监测系统的关键设备，还可以应用于采用点检的设备运行状态的监测，即该软件平台不仅保存在线监测系统的数据，还可以保存离线监测系统的数据。
　　3.2 系统管理功能
　　3.2.1 设备档案管理:系统可管理用户由报修到维修再到确认维修完成的整个流程。兼具设备档案管理、设备维修管理等功能。
　　3.2.2 用户权限管理：能够对不同的用户赋予不同的操作权限，所有登陆用户的操作全程监控;
　　3.2.3 数据库管理:包含日常数据管理、报警数据管理、巡检数据管理以及数据查询和输出等。
　　3.2.4 数据存储方式
　　1) 定时触发保存：在机组正常运行状态下，每隔一段设定的时间保存一组动态数据，数据量可调，时间间隔可任意设定;
　　2) 事件触发保存：机组振动超标时，保存该机组所有测点报警前后的大量动态数据。数据量大小允许设置;
　　3.2.5 数据库类型
　　1) 实时数据库：保存最近24小时的动态数据和特征值，数据间隔用户可设置(最少1分钟)。
　　2) 分钟数据库：保存最近一周的动态数据和特征，数据间隔为30十分钟。
　　3) 历史数据库：保存所有历史数据，数据间隔为1小时。
　　4) 报警数据库：每个报警事件对应的连续大量的动态数据和特征，供事后分析。
　　3.2.6 典型故障案例库
　　典型故障处理验证后，允许将报警数据库内相关的动静态数据保存到案例库中，并编辑相关技术文本和图片一并保存。
　　3.3 报警规则
　　3.3.1 实时监测报警：对设备实时监测，当设备运行状态恶化时，监测系统能够及时无遗漏的报警;
　　3.3.2 二级报警：正常状态为绿色或蓝色、超标时为黄色，达到危险值，变为红色。
　　3.3.3 保存报警数据：报警同时，连续不间断采集报警前后一段时间的动态数据，并上传数据库服务器保存，为故障分析提供依据。
　　3.4 启停机监测
　　3.4.1 系统设置转速波动范围，当监测转速变化超过波动范围时，系统自动启动进入起停机监测状态;
　　3.4.2 起停机监测状态下，数据根据转速变化和时间变化连续保存大量的动态数据和静态工艺量参数;
　　3.4.3 当转速低于设定的最低转速时，系统自动识别为停机状态;
　　3.5 浏览功能
　　3.5.1 远程浏览与诊断：诊断中心服务器通过诊断中心WEB服务器接入Internet互联网，互联网上任何的计算机都可以通过身份验证访问中心服务器。
　　3.5.2 本地局域网浏览：系统在接入企业局域网络后，局域网上任何一台授权的计算机都可以通过IE 浏览器查询设备的运行状态，无需安装专用软件。
　　3.5.3 远程诊断中心服务器来了解设备运行情况，各级设备管理人员，无需赶赴现场，在办公室甚至在家中，就可通过局域网或Internet，了解到机组运行的各种信息。不同地域多位诊断专家通过上网登陆数据库服务器，实现远程专家会诊断。
　　3.6 分析功能及各种图谱
　　3.6.1 设备监测图
　　利用被监测设备的照片、CAD示意图片，在图中实时显示各个测点的位置和振值。