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文本内容:
百良煤矿主(副)提升机驱动电机及天轮轴承震动在线监测系统建设技术方案
一、项目背景百良煤矿生产通力
0.6Mt/a,服务年限20a立井单水平开拓,开采水平+275m井深478m现用主(副)提升机安设于90年代,主(副)提升机型号分别为***电机型号分别为***矿对提升机已经实现了智慧矿山平台监控,但对于矿井主(副)提升机驱动电机及天轮的监控仅有常规的电压、电流、温度等参数,而能直接反应这些设备运行的振动信息没有涉及,对于保护驱动电机及天轮失去作用当监测到轴承外壳振动超标时,安装其内电机及天轮的轴承很有可能己经发生了较为严重的故障建立震动监测系统能够监控主(副)提升机驱动电机及天轮告警信息、管理和运行情况,能够合理调度维护人员、准确掌握主提升机验动电机及天轮各阶段数据、保障设备正常运转及减少维护成本同时,对完善智慧矿山管控平台的功能、提高关键设备的安全保护等方面具有重大意义
二、项目内容该项目主要实现对矿井主(副)提升机的关键设备驱动电机及天轮轴承的动态运行数据的在线监测、状态评估及轴承故障识别,具体内容如下
(1)驱动电机动态运行数据的在线监测:对驱动电机的前、后轴承处加装三轴振动传感器和电机底座处及顶部加装单轴传感器,在天轮轴承的底座及顶部安装单轴传感器,通过数据采集卡获取电机及天轮测系统架构如图2所示图2在线监测系统构架示意图针对“驱动电机状态评估”的研究方案将云端的驰动电机及天轮状态数据通过MQTT协议下载到状态评估与故障分析中心,获取信号的峰峰值、均方根值、峭度、歪度等统计指标,提取其中与驱动电机及天轮运行健康状态紧密相关的表征参数通过参数加权分析、同机组历史数据对比、数据互相关分析,建立驱动电机状态评估体系,实现驱动电机的实时状态评估,定期通过云服务器发送驱动电机运行状态评估报告给百良煤矿智慧管控平台针对“轴承故障识别”的研究方案针对驱动电机及天轮轴承的振动异常情况,拟利用奇异值信号处理方法的增强故障特征的优点对轴承的振动信号进行预处理,通过对处理后的振动信号进行包络分析从而识别出轴承早期故障,通过与该轴承的理论故障频率对比确定轴承发生故障的部位最后将上述状态评估与故障识别结果存入数据库中状态评估及轴承故障识别的具体流程如图3所示统计特征
五、系统硬件和软件配置方案1软件配置方案2硬件配置方案
六、项目进度安排该项目进度安排为2021年08月至2021年12月,历时5个月;具体项目进度如下
2021.8〜
2021.9现场调研,收集资料,对相关技术进行技术的调研;形成初步技术方案并组织评审论证;购置项目所需硬件、搭建模拟测试平台,软件初步方案;
2021.10〜
2021.11完成振动传感器的安装、采集仪、工控机、本地数据存储服务器安装及调试,软件的初步调试;完成驱动电机运行状态评估、轴承故障识别方法的研究;完成软件部署和界面验收;完成整个系统的软、硬件联合调试
2021.12〜
2021.12撰写结题报告,组织项目验收工作
七、预期成果该项目的预期成果包括下几个方面•驱动电机及天轮动态振动数据在线监测系统1套;•驱动电机及天轮运行状态评估;•轴承震动异常故障识别技术;•形成《百良煤矿主(副)提升机驱动电机及天轮震动在线监测系统建设技术报告》1份各个方向的实时振动数据如图同时,从原监测系统中读取电压、电流、温度等静态数据,由这两类数据构成驱动电机及天轮的运行状态数据流,对数据流进行去噪、去趋势项等预处理,将处理后的数据传送到本地数据存储服务器;同时将数据传输到在线监测数据显示平台,提取数据流的时域波形、频谱图,并给出振动烈度、最大振幅等参数,用于驱动电机及天轮的状态监测驱动电机及天轮状态评估:从在线监测系统传送到云端的振动、温度、电压、电流等数据中提取电机及天轮运行状态特征,包括振动的峰峰值、峭度、均方根值及能量谱等,建立驱动电机及天轮的运行状态评估体系;轴承故障识别:利用互相关分析、同类机组数据、历史数据对比等方法对当前设备的运行状态进行评估,并对异常情况进行预警
二、项目目标通过该项目建设将完成以下目标和任务建立百良矿井主副提升机驱动电机及天轮的在线监测系统获取驱动电机及天轮动态运行数据,显示设备资源数据的图表等相关数据.如图.建立驱动电机及天轮的运行状态评估体系,定时推送分析报告、展示运维状态;如图.及天轮的轴承故障识别软件,自动生成报警提醒等
四、主导思想该系统的建设,设计和实施过程中,遵循以下原则经济性基于现有场景分析,确定数据平台规模,后续根据实际情况在逐步优化内容可扩展性架构设计于功能划分模块化,考虑各个接口开放性,可扩展性,便于系统的快速扩展和维护,便于第三方系统的快速接入可靠性采用的系统结构,技术措施,开发手段都建立在已相当成熟的应用基础上,确保系统的可靠安全性针对系统级、应用级、网络级,均提供合理的安全手段和措施,通过统一权限管理,从后台分权进行信息管理,为系统提供全方位的安全实施方案,确保企业内部信息的安全
五、项目技术内容
1、监测对象及测点布置本项目监测对象为百良煤矿主副提升机驱动电机及天轮轴承共2台驱动电机、4个天轮,拟采用高精度三轴振动加速度传感器布置于驱动电机的前、后轴承共4个,单轴振动传感器布置于电机底座处及顶部,天轮轴承底座及顶部共2个将轴承处及底座处与水平和竖直方向振动数据共32路振动数据主(副)绞振动传感器布置示意图
2、频率和幅值的预估利用便携式振动测量仪确定其敏感频段和幅值范围为0-14kHz0-
0.2go
3、测量参数(位移、速度、加速度)的确定从振动信号的频率构成及主要的振动表象两个方面选择振动测量参数从频率角度看,高频信号应选择加速度作为测量参数,振动检测最重要的要求是测量范围能包含所有主要频率分量的全部信息,高频信息包含了机器内部早期缺损信息从振动的表象来看,振动信号的统计特征量,加速度能反映振动的真实性因此拟采用高精度三轴振动加速度传感器
4、传感器与采集卡的选择传感器采用压电式加速度传感器数据卡选择
(1)数据采集频率为5kHz每隔5分钟采集一次,采集2秒
(2)通道数选16路
(3)信号输入为电流型
(4)分辨率为12bito
(5)信噪比
(6)存储容量
(7)输入输出阻抗
5、设备状态分析与故障诊断设备状态分析
(1)采用绝对标准判别法将实际参数与标准规定值进行比较把设备状态分为“良好,允许,较差,不允许”四个级别
(2)采用相对标准判别法将机器运行中实际测得的值与初始值比较,按实测值达到初始值的倍数来判断设备的状态,分为“良好注意,危险”
(3)采用类比标准判别法故障诊断分析设备备状态发展趋势分析:
6、系统架构该系统在结构上分为数据存储层、数据管控层以及数据可视化层三个层架构如下图所示:上图中各层的主要功能和使用的产品如下•数据存储层由Msql数据库提供存储全量数据•数据管控层建立主数据通过建立数据安全策略,梳理数据标准等方式完善平台对数据的管控功能•数据可视化层本平台统一采用B/S架构,无需安装应用程序,通过浏览器及开发部分前端界面满足对数据的展示要求
7、系统流程在系统中数据流向和存储分析存在相互调用关系,如下图所示:由MTDaq22088型数采单元采集数据数据传输程序根据数采单元提供的高性能的网络数据传输接口,读取采集的数据并存储于数据独立存储的缓存区,并进行数据的简单处理显示在设备运行实时展示数据传输程序接收数据后,将数据发送给震动监测平台震动监测平台收到数据实时显示于综合数据管理可视化窗口,并将数据存储于主服务器设备运行分析平台定时调取主服务器数据进行分析处理,将分析结果反馈给震动监测平台震动监测平台收到分析报告后,将分析报告存储于主服务器,供运维人员查看
8、技术路线该项目借助于振动加速度信息,对电机的运行状态及前后轴承进行状态监测,制定故障诊断策略煤矿主副提升机驱动电机及天轮在线监测系统总技术路线见图1现场需要在驱动电机及天轮前、后轴承位置处加装振动传感器,通过工控机、数据采集仪等设备采集驱动电机的振动信号、读取原监测系统中的电压、电流、温度等数据形成数据流传送至本地存储服务器,同时显示数据流的常用状态特征参数;驱动电机及天轮的数据流传送至状态评估与故障分析中心,在分析中心完成对驱动电机及天轮的状态评估、故障识别图I驱动电机及天轮在线监测技术路线
(1)针对“驱动电动机及天轮运行震动数据监测”的研究方案本项目共2台驱动电机、4个天轮,本项目拟采用高精度三轴振动加速度传感器布置于驱动电机的前、后轴承(共4个),单轴振动传感器布置于电机底座处及顶部,天轮轴承底座及顶部(共20个)将轴承处及底座处与水平和竖直方向振动数据共32路振动数据通过动态信号采集仪传输给工控机,数据采集频率为5kHz每隔5分钟采集一次,采集2秒工控机通过TCP/UDP协议将振动数据实时上传至本地数据存储服务器;同时对振动数据进行滤波、去噪、去趋势项等处理,得到振动信号的时域波形,并对振动信号进行FFT变换得到频谱图,提取信号的时域、频域特征参数,最后将时域波形、频谱以及特征参数输出在在线监测数据显示平台上骤动电机的在线监产品名称产品功能描述用途单位Mysql数据库MySQL因为其速度、可靠性和适应性而备受关注大多数人都认为在不需要事务化处理的情况下MySQL是管理内容最好的选择崩数据MQTT服务器MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议其在,通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用硬件通信数据传输TomCat服务器Tomcat服务器是一个免费的开放源代码的Web应用服务器,属于轻量级应用服务器相应请求运行®传输程序用于接收处理发送接收的数据ftbS数据综合管理程序用于综合管理调用展示存储数据猝数据产品名称数量用途主要技术性能指标数据缓存简单处理中心根据电机数量数据存储及数据简单处理显示20TB数据综合管理存储中心1数据数据综合管理和存储内存:64G硬盘512SSD+80TB机械硬盘高端独立显卡防爆单轴振动传感器2传递单向震动信号量程±50g灵敏度100mV/g±10%信号输出±5V防护等级1P68防爆三轴振动传感器2传递三向震动信号量程±50g灵敏度100mV/g±10%信号输出±5V防护等级IP681振幅变动特征分析法:2主要频率分析法3特征频率分析法4振动标准界定法5振动频谱界定法6振动峰值系数界定法:。