煤矿大型机电设备在线监测与故障诊断系统
0 背景介绍
管好、用好煤矿大型关键设备，是煤矿稳产高产的前提，也是煤矿安全生产的保障， 若能对设备进行状态监测与故障诊断，及时准确识别核心零部件故障的微弱特征信号，必将为潜在故障预示和演化、寿命预测和制定维修策略提供技术支持，从而提高煤矿关键装备整体运行安全性和可靠性，实现由“事后维修”到“预知维修”的转变，避免意外停机及恶性事故发生，具有巨大的经济效益和社会效益。
煤矿现行的设备维修方式基本上是通过维修工人凭直觉目测、敲击、触摸等手段判断，由于受人为因素的影响，其可靠性较差。
温度监测技术己广泛应用于煤矿设备状态监测，但设备在即将出现事故温度才会急剧上升，因此温度检测难以完成设备安全监测和早期预警的重任和及时报警的现场要求。
铁谱技术是现阶段煤矿行业设备状态监测与故障诊断常用技术，美国煤矿开展 屑监测工作较早，然而，在应用铁谱分析技术属于离线监测，大多还是从设备现场采集油样，再在实验室制作谱片进行油液成分分析，分析周期相对较长，速度慢，降低了设备监测的实时性。
振动监测技术，利用振动信号对设备进行诊断，是设备故障诊断最常用、最有效的方法之一。设备振动信号中包含了系统、零部件由于磨损、疲劳、老化等因素引起的劣化和失效等重要信息，通过对振动信号进行采集、分析和处理，可以监测设备的运行状态，识别机械设备的故障类型、故障来源，从而为设备的维修提供依据，以达到保障设备安全运行的目的。
1、概述
传统的矿用机电设备在线监测系统仅仅局限于简单数据的采集与集中监测显示，这种方式虽然在设备运行状态监测中起到重要作用，但不能及时准确地诊断分析出机电设备可能出现的故障。
矿用机电设备在线监测与故障诊断系统主要由YHZ18矿用本安型振动监测分析仪和KGS18矿用本安型振动加速度传感器构成，可以智能地诊断出设备可能存在的不对中、不平衡、配合松动、装配不当以及轴承疲劳损伤等潜在故障，适用于煤矿通风机、皮带输送机、水泵等重要机电设备的运行状态监测与故障诊断分析。可以正确有效地揭示潜在故障的发生、发展和转移，智能地诊断出设备故障原因与故障严重程度，为应急控制和维修管理提供准确、可靠的依据，从而节约维修费用，避免重大事故发生。
2、主要设备介绍
2.1 YHZ18矿用本安型振动监测分析仪
振动监测分析仪整合了丰富的故障诊断知识，包括二十余年来科研人员在故障机理、故障特征提取、机组现场监测诊断以及典型故障案例等多方面的研究成果，该监测分析仪在ISO2372国家振动标准基础上融合了振动烈度、振动加速度信息进行报警判断，集在线监测与实时诊断分析为一体，实现机械设备的信息化、智能化，并可实现设备全寿命周期的状态监控与故障实时诊断分析。
2.1.1 振动监测仪功能
（1）12通道数据同步高速采集
在对振动模拟信号进行抗混滤波处理基础上，采用高精度16位AD采集芯片实现12通道振动信号同步高速采集。
（2）故障频率自动计算
在故障机理研究基础上，通过被检测设备零部件的机械参数设置，自动实现不同设备故障频率计算。
（3）独特的故障定量分析和智能诊断功能
利用先进的信号识别与表征技术，内嵌基于时域、频域、小波理论故障特征提取技术以及故障定量与智能诊断算法，定量诊断故障损伤部位与严重程度，将振动监测信息智能地转化为预测性机械状态报警，克服传统故障诊断对专业技术人员的过分依赖。
（4）“黑匣子”功能
内置250M电子盘，实现振动数据和故障状况的本地存储，确保设备异常停机时可以实现“黑匣子”功能。
（5）数据传输功能
通过高速以太网接口/RS485，确保原始数据与诊断结果的连续记录与上传。
2.1.2 主要技术指标：
（1）矿用本质安全型，标志为“ExibI”；
（2）供电电源：电压 DC16-24V 电流：不大于600mA；
(3) 12路振动加速度的电流输入信号接口：电流4-20mA，振动峰峰值0-20；
(4) 频率范围：0.5-5000Hz，准确度：±5%；
(5) 1路频率信号输入接口：测量范围：0-1000Hz， 测试误差： 0.5%；
(6) 1路RS485接口：传输速率4800bps，传输距离不小于2km；
(7) 1路以太网口：半双工TCP/IP电信号传输，传输速率10Mbps；
(8) 16位AD采样，最大采样率52K，所用通道同步采样；
(9) 外壳防护等级：IP54；
(10)外形尺寸（长×宽×高）：415mm×306 mm×73mm；
(12)重量：约5 Kg。
2.1.3 产品特色：
(1) 井下机电设备振动数据采集与存储
通过本安型振动传感器与多通道数据同步采集芯片，可以实现煤矿大型机电设备振动信号的同步采集；
(2) 多故障信息融合报警判断
通过ISO2372国家振动标准基础上，融合设备振动烈度、振动加速度以及设备温度等信息，实现设备振动报警；
(3) 设备实时诊断分析预示
通过DSP与ARM双核处理器，集成高性能智能诊断算法，实现煤矿大型机电设备在线监测与实时诊断，克服了设备故障诊断对专业人员的过分依赖；
(4) 广泛的通讯接口
通过RS485、网口以及基于数据库的后台软件，实现振动监测分析仪与已有设备监测平台的配接；
2.2 KGS18矿用本安型振动加速度传感器
矿用本安型振动加速度传感器主要用于煤矿机电设备易损伤部件的振动检测，采用双层壳体结构坚固耐用，内置放大器输出电流信号与振动加速度成正比，输出信号对地绝缘，密封性能良好。
2.2.1主要技术指标：
矿用本质安全型： ExibⅠ
输出灵敏度：0.8mA/g
输出方式：4-20mA
使用频率范围：0.5-5000Hz±1dB
振动范围：0-20g
使用温度：-30-85℃
对地绝缘电阻：>1000MΩ
供电电源：12-30V
3 应用示例
3.1主通风机在线监测与故障诊断系统
主通风机在线监测与故障诊断系统集数据采集、监测、分析、管理于一体，既有传统的参数监测如温度、压力、振动等参数监测，又有设备故障实时分析功能，能够对风机运行状态进行全面的监测与诊断分析，给出预警指示，为维修管理提供科学依据
系统功能：
（1）在线监测通风机的流量、风压、振动、温度等运行状态信息；
（2）报警参数设置功能；
（3）温度、振动等关键参数趋势分析与预警功能；
（4）各种故障点记忆功能，以便于故障分析；
（5）具有运行状态实时数据显示、历史记录查询、工况参数列表显示等功能；
（6）设备温度与振动融合监测诊断功能；
（7）故障智能诊断功能；
（8）振动时域分析功能；
（9）频谱分析功能；
(10) 包络谱分析功能
(11) 报表生成与打印
(12) 网络通讯传输功能
系统在线监测与实时诊断界面：
系统报表：