礦井主通風機是向井下送風的重要設備，也是大型耗能設備，對其實現(xiàn)在線監(jiān)測監(jiān)控，使之始終運行在良好狀態(tài)，對于保障煤礦安全生產(chǎn)，保護礦工生命和企業(yè)財產(chǎn)安全，降低風機能耗具有重要意義。
泰恩科技成功研制開發(fā)的礦井主風機在線監(jiān)控系統(tǒng)，綜合利用現(xiàn)代傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)，基于企業(yè)計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)主風機運行參數(shù)、通風數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與風機主輔設備控制的一體化，監(jiān)測內(nèi)容豐富，控制功能完善，具有實時性強、安全可靠、操作方便、易學易用的特點。

泰恩科技TN-TA10000電子檢測系統(tǒng)大型風機在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)控系統(tǒng)、上位機冗余組態(tài)軟件系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)三大部分組成。

該系統(tǒng)在線監(jiān)測模塊能夠自動地對機組運行狀態(tài)下的振動、溫度、風速、風壓、流量參數(shù)進行監(jiān)測，并按設定的存儲規(guī)則存儲數(shù)據(jù)，出現(xiàn)報警時能夠自動連續(xù)存儲報警前和報警后一定時間的振動和溫度、風速、流量等數(shù)據(jù)。

根據(jù)振動、溫度、風速、流量信號的趨勢圖可以判斷設備當前的運行狀態(tài)，當出現(xiàn)故障時，可以對振動信號的趨勢圖、波形圖、頻譜圖等多種圖譜進行分析，判斷故障部位、故障原因和故障程度，為保證設備的安全運行、適時安排檢修提供可靠的依據(jù)。

通過網(wǎng)絡可以實現(xiàn)遠程瀏覽和分析，局域網(wǎng)或Internet網(wǎng)任一客戶端均可瀏覽和分析機組的運行狀態(tài)，實現(xiàn)遠程故障診斷功能。

1.系統(tǒng)技術(shù)方案
1.1 簡易系統(tǒng)網(wǎng)絡框圖

圖1 在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)建議框圖

　　1.2 系統(tǒng)說明
　　1) 在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)由現(xiàn)場采集器、數(shù)據(jù)中心服務器、用戶本地客戶端組成。其中數(shù)據(jù)采集器可以通過光纖、網(wǎng)線等方式將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)中心。
　　2) 現(xiàn)場采集器：用于振動、溫度、風速、流量等信號的采集、濾波、放大、調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)裙δ?有防爆和非防爆兩種類型，用于不同危險場合。
　　3) 數(shù)據(jù)中心用來保存在線監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，也存儲巡檢系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，兩種數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和查詢。
　　4) 客戶端，局域網(wǎng)上任意一臺計算機都可以作為客戶端來瀏覽數(shù)據(jù)。
　　1.3 系統(tǒng)特點
　　1) 監(jiān)控系統(tǒng)采用雙CPU，能夠快速準確可靠地完成監(jiān)測監(jiān)控功能;
　　2) 上位機應用軟件采用冗余組態(tài)軟件系統(tǒng)，使得系統(tǒng)更加安全可靠;
　　3) 系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場應用需求靈活配置，伸縮性強;
　　4) 測控功能上的網(wǎng)絡化、WEB化。
　　1.4 系統(tǒng)主要功能
　　1) 實時監(jiān)測風機風壓(靜壓、全壓)、風速風量、軸承溫度、定子溫度、電網(wǎng)電流、電壓、功率、電機與風機效率、風峒大氣參數(shù)(溫度、濕度、大氣壓力)等風機運行各種參數(shù);
　　2) 監(jiān)測風門位置、風機開停狀態(tài)、反風信號和電機編號等風機運行多種狀態(tài)信息;
　　3) 控制風門開/關(guān)、風機啟/停;
　　4) 自動閉鎖控制，保證系統(tǒng)安全;
　　5) 具有現(xiàn)場控制、遠程控制、手動控制等多種控制方式;
　　6) 在控制中心，通過液晶電視對風機機房進行24小時監(jiān)視，通過網(wǎng)絡視頻服務器實現(xiàn)24小時遠程監(jiān)視。
　　1.5 系統(tǒng)軟件功能
　　1) 接收、處理、存儲、顯示處理器系統(tǒng)上傳的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，顯示方式多樣，生動直觀;
　　2) 自動生成各類報表，內(nèi)容豐富翔實;
　　3) 實時曲線、歷史曲線繪制;
　　4) 實時監(jiān)測各類參數(shù)，具有超限報警并記錄報警信息的功能;
　　5) 系統(tǒng)設置了操作權(quán)限，只有獲得權(quán)限的人員才可以操作系統(tǒng);
　　6) 支持遠程網(wǎng)絡瀏覽和控制。
　　2 采集分析系統(tǒng)設計方案
　　2.1 系統(tǒng)的抗干擾設計
　　2.1.1 系統(tǒng)信號地與被測地*隔離,克服被測地的不確定對測試系統(tǒng)的影響。
　　2.1.2 合理的接地和屏蔽，使現(xiàn)場的任何干擾信號均不能進入被測信號回路，因此系統(tǒng)需要具有的抗力;
　　2.1.3 使用隔離電源,保證現(xiàn)場周邊任何設備的起停機及改變工作狀態(tài)造成的電網(wǎng)電壓波動及浪涌等對本系統(tǒng)都不產(chǎn)生任何影響,確保系統(tǒng)的正常工作，避免誤報警。
　　2.2 系統(tǒng)的可靠性設計
　　2.2.1 根據(jù)相關(guān)的國家技術(shù)標準設計、生產(chǎn)所有產(chǎn)品，并嚴格執(zhí)行ISO9001質(zhì)量管理體系，保證產(chǎn)品的高質(zhì)量和可靠性;
　　2.2.2 采用*的工藝流程，大規(guī)模集成電路，全貼片工藝，體積小，功耗低，保證了可靠性;
　　2.2.3 所有部件和整機根據(jù)國家標準,均經(jīng)過多次高低溫試驗,保證設備出廠前篩選出器件的早期失效;
　　2.2.4 所有設備出廠前均進行了應用于航天設備的隨機振動篩選(10Hz～2kHz、2g的隨機振動,三向每向二十分鐘)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性;
　　2.2.5 數(shù)據(jù)采集器內(nèi)嵌了與品牌工控合作定制的適合惡劣環(huán)境使用的工控機，專門用于動態(tài)信號的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，舍棄不需要的功能,提高可靠性，還加快了處理速度;
　　2.2.6 每通道均設置了一組信號處理系統(tǒng),強大的實時處理功能,保證監(jiān)測信號一點不丟的進行處理, 設備的任何瞬間故障，特征信號都不會遺漏;采用硬件處理器,對于長時間連續(xù)工作的CPU,提高可靠性;
　　2.2.7 數(shù)采與工控機之間的通訊,采用了層的PCI總線協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定可靠;
　　2.2.8 工控機的存儲媒體,采用大容量硬盤，增強硬件的抗振性和長期連續(xù)工作的可靠性;
　　2.2.9 工控機工作于LINUX操作環(huán)境，保證系統(tǒng)長期運行更加穩(wěn)定、可靠，避免了受病毒入侵的風險;
　　2.2.10 采集器與外部系統(tǒng)通訊中斷時(如網(wǎng)線斷開，網(wǎng)絡阻塞等)，系統(tǒng)可獨立工作，等網(wǎng)絡恢復時采集終端會自動與數(shù)據(jù)中心建立連接，數(shù)據(jù)重新上傳到中心數(shù)據(jù)庫中;其獨立運行能力取決于采集器自身所帶存儲器的空間;
　　2.2.11 系統(tǒng)具備完善的系統(tǒng)自檢功能：開機、定時或用戶需要的任何時間,均可對從傳感器到軟件的所有部分進行自動故障檢測。
　　2.2.12 振動采集卡
　　振動采集卡允許接入多種測振傳感器，如電渦流位移傳感器、磁電速度傳感器、ICP加速度傳感器等等，采集卡為傳感器提供相應的供電電源。每張采集卡2個通道，每個通道獨立同步工作，互不干擾。
　　2.2.13 緩變量采集卡
　　測量溫度等參數(shù)的測量采集、報警判斷等。
　　2.2.14 每通道獨立的16位A/D轉(zhuǎn)換器用于動態(tài)振動信號的采樣，保證所有通道并行同步工作;
　　2.2.15 每臺采集器內(nèi)均采用嵌入式工控機處理系統(tǒng)，用于參數(shù)設置,采樣控制, 報警判斷及動態(tài)數(shù)據(jù)和特征值的網(wǎng)絡通訊。當突發(fā)事件發(fā)生時,連續(xù)實時海量記錄事發(fā)前后的被測信號;
　　2.2.16 每通道設置獨立的實時處理系統(tǒng)，實時對所有數(shù)據(jù)連續(xù)(不丟點)采集、FFT分析等處理，根據(jù)對被測信號處理結(jié)果的識別，判斷設備的運行狀態(tài)。控制每通道設置的大容量高速數(shù)據(jù)緩沖存儲器,存貯突發(fā)事件發(fā)生前設備的運行狀態(tài)參數(shù);
　　2.2.17 實時處理系統(tǒng)計算的振動特征值包括：
　　1) 整周期采樣(有鍵相)時，特征量包括：通頻帶振幅、間隙電壓(電渦流位移傳感器輸出)、1倍頻幅值/相位、2倍頻幅值/相位、0.5倍頻幅值/相位、N倍頻幅值/相位、轉(zhuǎn)速、剩余量、歪度、峭度、波形因子、波峰因子等。
　　2) 非整周期采樣(無鍵相)時，特征量包括通頻帶振幅，4個自定義頻段能量，間隙電壓(電渦流位移傳感器的輸出)，歪度、峭度、波形因子、波峰因子等。
　　2.2.18 高性能FPGA芯片，全數(shù)字鎖相倍頻設計，不間斷精確穩(wěn)定完成整周期采集;
　　2.2.19 本地數(shù)據(jù)處理與本地數(shù)據(jù)存儲功能
　　1) 當由于服務器或網(wǎng)絡發(fā)生故障時，歷史數(shù)據(jù)不能夠正常保存到服務器的數(shù)據(jù)庫中，采集器可以將歷史數(shù)據(jù)保存在本機存儲器內(nèi)，當網(wǎng)絡恢復正常后，即將存儲器內(nèi)的的歷史數(shù)據(jù)上傳給中心服務器;
　　2) 本機可以保留大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可完整保留多次起停機及長達二個月的歷史數(shù)據(jù)，克服因網(wǎng)絡中斷造成的監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失的弊病。
　　2.2.20 系統(tǒng)自啟動功能:系統(tǒng)具備自動恢復、自動啟動功能，遇有意外斷電，網(wǎng)絡中斷等情況，供電和網(wǎng)絡恢復正常后，系統(tǒng)能自動啟動進入運行狀態(tài)，并恢復到斷電和斷網(wǎng)前的狀態(tài)，實現(xiàn)無人值守，保證系統(tǒng)長時間連續(xù)可靠運行
　　2.3 系統(tǒng)通訊方式
　　根據(jù)不同客戶現(xiàn)場網(wǎng)絡環(huán)境,確定工控機與數(shù)據(jù)服務器的通訊接口環(huán)境,主要包括以太網(wǎng)、光纖、無線網(wǎng)卡以及本機內(nèi)存儲數(shù)據(jù)通過電腦有選擇的導出。
　　3 遠程監(jiān)測與故障分析軟件功能
　　3.1 軟件特點
　　3.1.1 兩種軟件構(gòu)架：遠程在線監(jiān)測與故障診斷軟件是基于B/S,C/S構(gòu)架的組合軟件，可以根據(jù)自身監(jiān)測的特點選擇其中一種構(gòu)架，也可綜合使用;
　　3.1.2 集在線監(jiān)測與離線巡檢于一體：遠程在線監(jiān)測與故障診斷軟件是一個在線監(jiān)測與設備點檢、設備的故障診斷管理的綜合軟件。進入該系統(tǒng)，不僅可以管理在線監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵設備，還可以應用于采用點檢的設備運行狀態(tài)的監(jiān)測，即該軟件平臺不僅保存在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，還可以保存離線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
　　3.2 系統(tǒng)管理功能
　　3.2.1 設備檔案管理:系統(tǒng)可管理用戶由報修到維修再到確認維修完成的整個流程。兼具設備檔案管理、設備維修管理等功能。
　　3.2.2 用戶權(quán)限管理：能夠?qū)Σ煌挠脩糍x予不同的操作權(quán)限，所有登陸用戶的操作全程監(jiān)控;
　　3.2.3 數(shù)據(jù)庫管理:包含日常數(shù)據(jù)管理、報警數(shù)據(jù)管理、巡檢數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)查詢和輸出等。
　　3.2.4 數(shù)據(jù)存儲方式
　　1) 定時觸發(fā)保存：在機組正常運行狀態(tài)下，每隔一段設定的時間保存一組動態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量可調(diào)，時間間隔可任意設定;
　　2) 事件觸發(fā)保存：機組振動超標時，保存該機組所有測點報警前后的大量動態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量大小允許設置;
　　3.2.5 數(shù)據(jù)庫類型
　　1) 實時數(shù)據(jù)庫：保存最近24小時的動態(tài)數(shù)據(jù)和特征值，數(shù)據(jù)間隔用戶可設置(最少1分鐘)。
　　2) 分鐘數(shù)據(jù)庫：保存最近一周的動態(tài)數(shù)據(jù)和特征，數(shù)據(jù)間隔為30十分鐘。
　　3) 歷史數(shù)據(jù)庫：保存所有歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)間隔為1小時。
　　4) 報警數(shù)據(jù)庫：每個報警事件對應的連續(xù)大量的動態(tài)數(shù)據(jù)和特征，供事后分析。
　　3.2.6 典型故障案例庫
　　典型故障處理驗證后，允許將報警數(shù)據(jù)庫內(nèi)相關(guān)的動靜態(tài)數(shù)據(jù)保存到案例庫中，并編輯相關(guān)技術(shù)文本和圖片一并保存。
　　3.3 報警規(guī)則
　　3.3.1 實時監(jiān)測報警：對設備實時監(jiān)測，當設備運行狀態(tài)惡化時，監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時無遺漏的報警;
　　3.3.2 二級報警：正常狀態(tài)為綠色或藍色、超標時為黃色，達到危險值，變?yōu)榧t色。
　　3.3.3 保存報警數(shù)據(jù)：報警同時，連續(xù)不間斷采集報警前后一段時間的動態(tài)數(shù)據(jù)，并上傳數(shù)據(jù)庫服務器保存，為故障分析提供依據(jù)。
　　3.4 啟停機監(jiān)測
　　3.4.1 系統(tǒng)設置轉(zhuǎn)速 波動范圍，當監(jiān)測轉(zhuǎn)速變化超過波動范圍時，系統(tǒng)自動啟動進入起停機監(jiān)測狀態(tài);
　　3.4.2 起停機監(jiān)測狀態(tài)下，數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)速變化和時間變化連續(xù)保存大量的動態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)工藝量參數(shù);
　　3.4.3 當轉(zhuǎn)速低于設定的轉(zhuǎn)速時，系統(tǒng)自動識別為停機狀態(tài);
　　3.5 瀏覽功能
　　3.5.1 遠程瀏覽與診斷：診斷中心服務器通過診斷中心WEB服務器接入Internet互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)上任何的計算機都可以通過身份驗證訪問中心服務器。
　　3.5.2 本地局域網(wǎng)瀏覽：系統(tǒng)在接入企業(yè)局域網(wǎng)絡后，局域網(wǎng)上任何一臺的計算機都可以通過IE 瀏覽器查詢設備的運行狀態(tài)，無需安裝專用軟件。
　　3.5.3 遠程診斷中心服務器來了解設備運行情況，各級設備管理人員，無需趕赴現(xiàn)場，在辦公室甚至在家中，就可通過局域網(wǎng)或Internet，了解到機組運行的各種信息。不同地域多位診斷專家通過上網(wǎng)登陸數(shù)據(jù)庫服務器，實現(xiàn)遠程專家會診斷。
　　3.6 分析功能及各種圖譜
　　3.6.1 設備監(jiān)測圖
　　利用被監(jiān)測設備的照片、CAD示意圖片，在圖中實時顯示各個測點的位置和振值。

圖3 設備監(jiān)測界面

　　3.6.2 棒圖顯示
　　棒圖實時顯示被測點振值大小以及設置的報警值和危險值，顯示機組的運行狀態(tài)。

　圖4 棒圖窗口

　　 棒圖一次最多可以顯示16個測點的振動數(shù)值，可以同時顯示振動的通頻、1倍頻、2倍頻幅值和相位、間隙電壓、溫度、電氣參數(shù)等;

　　 棒圖報警為二級報警，當監(jiān)測值健康時棒圖為綠色，當監(jiān)測值超過報警值時棒圖變?yōu)辄S色，當被監(jiān)測值超過危險值時棒圖變?yōu)榧t色并閃動;正常、報警和危險顏色可調(diào)。兩級箭頭表示超標報警線和危險報警線。

　　3.6.3 趨勢分析

　　各特征參數(shù)和工藝參數(shù)隨時間的變化過程。振動(通頻值、倍頻值)趨勢、轉(zhuǎn)速趨勢、工藝量(溫度、電壓、電流、壓力等)趨勢、相關(guān)趨勢(特征參數(shù)之間的趨勢變化);

　圖5 趨勢圖

　　3.6.4 時域分析

　　包括通頻時域波形、倍頻時域波形，波形圖上實時顯示對應測點的通頻值、1倍頻幅值/相位、轉(zhuǎn)速值、對應時間、0.5倍頻和N倍頻幅值等特征參數(shù);電氣測點顯示波形同時，波形圖上顯示其對應的功率因數(shù)、功率及其他相關(guān)特征參數(shù)。圖形上標示了測點位置、當前時間、轉(zhuǎn)速、傳感器安裝角度、鍵相位置等信息。

　　圖6 時間波形圖

　　3.6.5 頻譜分析：與時域波形同步的實時頻譜，包括幅值譜、對數(shù)譜、相位譜等;切換橫坐標刻度，還可以顯示階次譜。

　　圖7 時間波形及其頻譜圖

　　3.6.6 三維譜分析

　　1) 三維時間譜圖：單測點振動、電氣等動態(tài)數(shù)據(jù)的頻譜隨時間的變化。

　　圖8 三維時間譜圖

　　2) 三維轉(zhuǎn)速譜陣(起停機分析)：起停機過程，或轉(zhuǎn)速變化超標時，顯示振動、電氣等動態(tài)數(shù)據(jù)的頻譜隨轉(zhuǎn)速的變化，同時顯示對應的時間。

　　3.6.7 軸心分析：在線監(jiān)測的兩個互相垂直的傳感器，可以做軸心軌跡、二維全息、全息譜分析。

　　圖 10 軸心軌跡圖

　　3.6.8 起停機分析：根據(jù)用戶設置的額定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速波動范圍等參數(shù)，系統(tǒng)可以從正常監(jiān)測自動切換到起停機監(jiān)測狀態(tài)，連續(xù)保存起停機狀態(tài)的動態(tài)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)，繪制振動等動態(tài)數(shù)據(jù)的極坐標圖、波德圖;工藝參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的趨勢圖;轉(zhuǎn)速隨時間變化的趨勢圖;

　　圖11 起停機過程的波德圖

　　3.6.9 電機故障特征頻率計算模塊：提供電機故障特征頻率計算模塊，輸入電機相應參數(shù)，得到電機的相應參數(shù)。

　　圖12 電機特征頻率計算

　　3.6.10 軸承特征頻率計算模塊：提供軸承庫模塊，該模塊內(nèi)顯示數(shù)萬種軸承型號的歸一化特征頻率，輸入轉(zhuǎn)速值，即可計算軸承對應的特征頻率，為軸承故障診斷提供直接的判斷依據(jù)。

　　圖13 軸承特征頻率計算

　　3.6.11 軟件光標類型：

　　1) 諧光標：頻譜圖上，移動諧光標的1階頻率位置，圖形上顯示對應該頻率的10個倍頻的頻率和幅值，顯示在圖形窗口光標數(shù)值列表中。

　　2) 邊頻光標：用戶定義頻段，主頻后，系統(tǒng)計算該頻段內(nèi)對應的所有邊頻頻率和對應幅值。

　　3) 雙光標：圖形上，用戶定義兩個光標的位置，顯示光標對應頻率、幅值、頻率差、幅值差。

　　4) 其他光標類型：單光標、峰值搜索光標、峰值列表光標等。

　　3.7 故障案例庫

　　監(jiān)測系統(tǒng)報警后，確認的典型故障數(shù)據(jù)，可以另存到典型故障案例庫內(nèi);通過學習典型故障案例以及常見故障的圖譜，現(xiàn)場操作人員能夠迅速提高水平，掌握常見設備的故障診斷技術(shù)，從而提高企業(yè)的設備管理水平。

　　3.8 軸承庫

　　為了方便軸承的故障診斷，監(jiān)測軟件內(nèi)嵌上萬種軸承型號及其參數(shù)，只要輸入軸承的型號就可以查看到該軸承的各種特征頻率。

　　圖14 軸承庫

　　3.9 遠程診斷中心技術(shù)

　　3.9.1 故障專家會診：當本地運行狀態(tài)報警時，監(jiān)測系統(tǒng)將報警前后的動態(tài)數(shù)據(jù)，溫度參數(shù)等同步上傳致數(shù)據(jù)中心服務器，并在報警提示。數(shù)據(jù)中心服務器若進入互聯(lián)網(wǎng)后，任何可以上網(wǎng)的故障診斷專家都可以通過身份驗證調(diào)用該故障數(shù)據(jù)，實現(xiàn)真正意義上遠程的故障診斷。

　　3.10 遠程網(wǎng)絡傳輸技術(shù)

　　3.10.1 基于B/S網(wǎng)絡架構(gòu)：任何上網(wǎng)的客戶端不需要另外安裝專門的診斷分析軟件就可以瀏覽各種圖譜數(shù)據(jù)。

　　3.10.2 網(wǎng)絡安全技術(shù):數(shù)據(jù)傳輸過程中，需要身份認證、數(shù)據(jù)加密等保密措施。服務器數(shù)據(jù)進行握手前，需要進行身份認證，認證合法后，數(shù)據(jù)加密傳輸，加密方法采用國際標準的加密方法。