溫學(xué)鵬

（招金礦業(yè)股份有限公司大尹格莊金礦，山東煙臺(tái) 265400）

0 引言

近年來大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)更加成熟，在礦山層面開展了提升系統(tǒng)、選礦系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、充填系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、安監(jiān)系統(tǒng)等方面的建設(shè)及推廣，礦山智能化水平不斷提高。在設(shè)備管理方面除了應(yīng)用先進(jìn)的管理體系，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康狀況的在線監(jiān)測(cè)和診斷也是進(jìn)一步提升設(shè)備管理書評(píng)的重要途徑，其中振動(dòng)監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的重要參考依據(jù)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由振動(dòng)加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、帶有分析軟件和數(shù)據(jù)庫的CMS服務(wù)器、電腦客戶端等組成。振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能是通過頻譜分析和加速度包絡(luò)分析，可以診斷如不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)、聯(lián)軸器故障、摩擦、軸承損傷、齒輪磨損、斷齒、電機(jī)電氣故障、結(jié)構(gòu)共振等常見機(jī)械故障，予以預(yù)測(cè)和報(bào)警以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)[1-2]。

金屬礦山需進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)的設(shè)備主要涉及水泵、圓錐破碎機(jī)、球磨機(jī)、渣漿泵等，本次項(xiàng)目是在對(duì)設(shè)備實(shí)行多元振動(dòng)監(jiān)測(cè)及傳感器的信息數(shù)據(jù)采集后，通過控制中心的界面對(duì)設(shè)備振動(dòng)形態(tài)與數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)在線顯示和監(jiān)控，對(duì)波形和頻譜變異性的異形數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，將其與設(shè)備故障等級(jí)形態(tài)及數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的早期診斷，尤其是實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備突發(fā)性故障的即刻診斷與保護(hù)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)振動(dòng)異常時(shí)，智能系統(tǒng)將對(duì)異常設(shè)備擔(dān)負(fù)的工藝進(jìn)行合理處置，包括對(duì)上下游涉及的工藝處理，有備用則切換備用設(shè)備，無備用設(shè)備則根據(jù)故障類型及程度實(shí)行報(bào)警或關(guān)閉故障設(shè)備報(bào)警[3-4]。在保證設(shè)備安全的同時(shí)，對(duì)生產(chǎn)流程工藝及設(shè)施實(shí)行最大限度的保護(hù)，避免造成工藝流程的混亂及減小生產(chǎn)恢復(fù)的處理難度。

1 振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝

振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集單元位于設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)參數(shù)的采集、信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的預(yù)處理功能，并將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器。服務(wù)器位于PLC 室的網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜內(nèi)，主要負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)采集單元上傳的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)、運(yùn)行可視化界面程序并實(shí)時(shí)顯示機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)、在線分析機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)，可提供外連實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析接口以及歷史數(shù)據(jù)管理功能。

表1 中設(shè)備均為滾動(dòng)軸承設(shè)備，主要通過振動(dòng)加速度傳感器監(jiān)測(cè)軸承部位高中低頻的振動(dòng)狀態(tài)，通過長期的趨勢(shì)監(jiān)測(cè)跟蹤設(shè)備的狀態(tài)變化。

表1 初步設(shè)置監(jiān)測(cè)的設(shè)備情況

2 測(cè)點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2.1 設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)的布置由專業(yè)工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，積累一段時(shí)間的數(shù)據(jù)后，可根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的實(shí)際情況進(jìn)一步優(yōu)化測(cè)點(diǎn)位置。根據(jù)設(shè)備分布情況，設(shè)置10 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控箱，各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控箱通過交換機(jī)接入服務(wù)器。對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)有：電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端垂直、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端垂直、泵非驅(qū)動(dòng)端水平、泵非驅(qū)動(dòng)端垂直、泵驅(qū)動(dòng)端水平、泵入口端軸向，每個(gè)位置設(shè)2 個(gè)傳感器，傳感器型號(hào)為AS-062。

2.2 監(jiān)測(cè)變量

振動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件共有5 個(gè)振動(dòng)變量，分別為ISO 通頻值、加速度包絡(luò)值、高頻總值、加速度峰值、1～1000 Hz 速度值。其中，ISO通頻值是振動(dòng)大小判斷的標(biāo)準(zhǔn)，代表監(jiān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)烈度；加速度包絡(luò)值對(duì)軸承齒輪的早期磨損等故障檢測(cè)較敏感；高頻總值是波形數(shù)據(jù)的總體計(jì)算，輔助于一些復(fù)雜情況的振動(dòng)分析；加速度峰值是運(yùn)動(dòng)的加速度最大絕對(duì)值，用于輔助一些復(fù)雜情況的振動(dòng)分析；1～1000 Hz 速度值是原始波形進(jìn)行濾波下進(jìn)行頻譜分析，可以避免其他干擾。另外，ISO 通頻值是直觀振動(dòng)大小變量的，而其他4 個(gè)值是配合振動(dòng)頻譜分析所需要的。

3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行及應(yīng)用

振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件為VbStone 智能監(jiān)控系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)對(duì)生產(chǎn)過程的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為使用者提供設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)分析。

3.1 系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的使用

控制系統(tǒng)利用設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)，通過對(duì)趨勢(shì)跟蹤及對(duì)不同特征值類型和對(duì)設(shè)備故障的預(yù)測(cè)級(jí)別的診斷報(bào)警，利用某些設(shè)備監(jiān)測(cè)的振動(dòng)特征量可對(duì)工藝狀態(tài)實(shí)行輔助判斷與識(shí)別。如控制系統(tǒng)利用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)球磨機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的振動(dòng)特征量分析：通過設(shè)備內(nèi)介質(zhì)沖擊的頻譜數(shù)據(jù)，對(duì)球磨機(jī)的礦石裝載量狀態(tài)進(jìn)行判別佐證，有利于選礦智能系統(tǒng)對(duì)工藝狀況實(shí)行多側(cè)面的監(jiān)測(cè)與分析，進(jìn)而對(duì)工藝實(shí)行準(zhǔn)確的判定識(shí)別，更有利于對(duì)工藝的的控制優(yōu)化。通過TCP/IP 協(xié)議，使用數(shù)據(jù)庫通訊，控制系統(tǒng)與振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)通、畫面移植，主要應(yīng)用工段有破碎、磨浮、二級(jí)泵，主要安裝設(shè)備有破碎工段的破碎機(jī)組（HP300圓錐破碎機(jī)、HP500 圓錐破碎機(jī)）、二級(jí)泵站渣漿機(jī)組（東渣漿泵、西渣漿泵）、磨浮球磨機(jī)組（4060 球磨機(jī)、3660 球磨機(jī)）、磨浮渣漿機(jī)組（東臺(tái)原礦泵、西臺(tái)原礦泵、北臺(tái)全尾泵、南臺(tái)全尾泵）五大機(jī)組，檢測(cè)設(shè)備共10 臺(tái)。

3.2 設(shè)備監(jiān)控總覽

登陸后進(jìn)入設(shè)備健康總覽頁面，默認(rèn)顯示第一個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，點(diǎn)擊左側(cè)機(jī)組選項(xiàng)可看查看所選機(jī)組每個(gè)設(shè)備下的測(cè)點(diǎn)連接、運(yùn)行和健康狀態(tài)。同時(shí)，用戶可以通過單擊測(cè)點(diǎn)，進(jìn)入到測(cè)點(diǎn)的設(shè)備總貌監(jiān)視（狀態(tài)分為正常、中斷、運(yùn)行、停止4 種，健康狀態(tài)分為嚴(yán)重、較嚴(yán)重、中度、輕微正常4 種）。

3.3 設(shè)備總貌監(jiān)視

單擊設(shè)備總貌監(jiān)視按鈕，可以查看設(shè)備下各個(gè)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，可以選擇不同測(cè)點(diǎn)來查看它的運(yùn)行的歷史告警信息。選中一條告警信息，下面的列表框會(huì)顯示詳細(xì)的告警原因，包括自動(dòng)診斷結(jié)果（自動(dòng)診斷根據(jù)各個(gè)變量的運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算得出）。

3.4 設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)視及振動(dòng)趨勢(shì)分析

設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示設(shè)備下各個(gè)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)的運(yùn)行值，每秒更新一次，可通過點(diǎn)擊具體設(shè)備進(jìn)行對(duì)設(shè)備各個(gè)測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)查看。設(shè)備趨勢(shì)分析顯示設(shè)備下各個(gè)測(cè)點(diǎn)的最近運(yùn)行歷史值（1000 個(gè)數(shù)值）。

3.5 圖譜分析及設(shè)備歷史數(shù)據(jù)

圖譜分析分析顯示一個(gè)設(shè)備的運(yùn)行圖譜。選中圖譜分析，選擇要分析的測(cè)點(diǎn)，首先顯示測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間點(diǎn)測(cè)得值的趨勢(shì)圖，單擊趨勢(shì)圖的一個(gè)具體的值的點(diǎn)，可以顯示該值對(duì)應(yīng)的圖譜信息，通過圖譜信息可以分析運(yùn)行過程中的數(shù)值變化。單擊設(shè)備歷史數(shù)據(jù)，可以查看測(cè)點(diǎn)下各個(gè)變量運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)信息。歷史數(shù)據(jù)為統(tǒng)計(jì)信息，每隔1 h 統(tǒng)計(jì)前一小時(shí)內(nèi)變量的最大值、最小值和平均值，并且根據(jù)平均值計(jì)算變量的運(yùn)行狀態(tài)。

4 診斷實(shí)例

以東臺(tái)渣漿泵為例進(jìn)行應(yīng)用效果分析。從振動(dòng)頻譜上可以判斷，電機(jī)為變頻電機(jī)，本次數(shù)據(jù)采集時(shí)轉(zhuǎn)速為612 r/min，轉(zhuǎn)頻為10.2 Hz。各測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)分析如下：

（1）電機(jī)的非驅(qū)動(dòng)端和驅(qū)動(dòng)端的垂直振動(dòng)值正常，各轉(zhuǎn)頻諧波都在正常范圍之內(nèi)，說明設(shè)備平衡和對(duì)中狀態(tài)良好，未發(fā)現(xiàn)軸承缺陷頻率，設(shè)備狀態(tài)正常（圖1）。

圖1 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端和驅(qū)動(dòng)端垂直頻譜圖

（2）泵非驅(qū)動(dòng)端水平和垂直方向振動(dòng)值正常，振動(dòng)值正常，各轉(zhuǎn)頻諧波都在正常范圍之內(nèi)，設(shè)備平衡和對(duì)中狀態(tài)良好，未發(fā)現(xiàn)軸承缺陷頻率，設(shè)備狀態(tài)正常。但水平方向的頻譜中輕微邊帶成分，可能是物料沖擊影響（圖2）。

圖2 泵非驅(qū)動(dòng)端水平和垂直頻譜圖

（3）泵驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)值正常，各轉(zhuǎn)頻諧波都在正常范圍之內(nèi)，設(shè)備平衡和對(duì)中狀態(tài)良好，未發(fā)現(xiàn)軸承缺陷頻率，頻譜中輕微邊帶成分，可能是物料沖擊影響，設(shè)備狀態(tài)正常（圖3）。

圖3 泵驅(qū)動(dòng)端水平頻譜圖

（6）泵入口端軸向振動(dòng)值正常，各轉(zhuǎn)頻諧波都在正常范圍之內(nèi)，設(shè)備平衡和對(duì)中狀態(tài)良好，未發(fā)現(xiàn)軸承缺陷頻率，頻譜中輕微邊帶成分，可能是物料沖擊影響，設(shè)備狀態(tài)正常（圖4）。

圖4 泵入口端軸向頻譜圖

5 結(jié)論

振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)主要設(shè)備的監(jiān)控與故障預(yù)警功能，對(duì)各個(gè)設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)報(bào)警值已根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，但后續(xù)還需根據(jù)礦山設(shè)備使用的數(shù)據(jù)積累來對(duì)報(bào)警上下限值進(jìn)行修正。