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剪板机远程在线监测

发布时间:2018-5-22
  剪板机是用于典型的机电液一体化设备,其施工环境异常恶劣,设备故障率高。研究开发剪板施工远程智能诊断技术具有很强的现实意义。
  1.系统原理以及总体结构
  根据剪板机的工作环境特点,系统将传感器采集到的剪板机状态信号通过硬件驱动接口,进行适当处理、转换并传送给机载控制系统的状态信息数据库存储,然后以图表的形式实时地显示在机载监控中心的屏幕上,供现场人员参考。与此同时,机载监控系统中的剪板状态信息以及故障数据通过GPRS或有线光纤同步更新远程监控中心的数据库中的数据,使远程监控中心能实时了解所有剪板机目前的运行状态,查询其状态参数、历史记录以及故障的原因。系统整体设计如图6—41所示。
  
  图1系统整体设计
  2.数据采集与传输系统
  对剪板公司提供的近20年剪板故障的历史记录进行分析,并综合考虑剪板机中各部件对剪板施工影响的严重程度和维护成本,考虑就几个关键部位进行状态信息的采集。选择刀盘驱动系统、液压系统和电控系统这三个部分作为研究对象,实现数据采集和在线监测。
  1)刀盘驱动系统
  刀盘驱动系统监溅部件包括主轴承、减速箱和主电动机。针对主轴承,分析实际施工情况并考虑轴承失效原因(潮湿环境、泥沙进入轴承、润滑油系统污染、侧载、锈蚀),选择监测主轴承运行状态的振动参数,拟在主轴承水平、垂直和轴向共三个方向上各安装专业的低频加速度传感器,以提取特征参数。上位机屏幕显示轴承的振动频谱图,分析主轴承的故障及趋势。
  对于减速箱,只要正确分析设备振动的频谱图就可以及时发现故障。减速箱常见故障为异常声音和异常温升,这些均能引起异常振动。
  剪板电动机常见故障可以分为两类:机械故障和电气故障。常用解决办法是监测振动信号,即在主电动机的驱动端和非驱动端各安装一个加速度传感器,将信号通过电缆传送到上位机,以分析故障变化趋势。一般变频器都具有过流、过载保护和过热报警的功能,而且剪板机的主电动机装有编码器和温度传感器等其他监测部件,所以对于预警,原有监测传感器
  2)液压系统
  液压系统是剪板监测系统中的重点监测部分,主要关心液压油污染问题和油温。
  剪板液压油污染主要由泥土或金属颗粒物引起,采用油液颗粒自动监测仪来测液压油的污染度。仪器经RS-232总线与上位机通信,如图6—42所示。监测仪自带程序对污染度超标的油液进行报警提示并显示污染度等级,另外上位机显示油液污染度变化趋势并预警,以保证液压系统工作可靠。
  
  图2油液颗粒自动监测仪
  液压系统输入功率往往要大于输出功率,损失的能量全部转变为热量,被油液和液压元器件吸收,导致油温上升。所以,在泵和主油路内安装专业测量流体温度的传感器,油温过高时报警。
  3)电控系统电控系统故障有两种情况:一是传感器已经损坏,无法读数,或者传感器所输出的数值基本不变;二是传感器由于各种原因,如老化、环境恶劣等,使传感器传递数值偏离正常范围,无法作为参考值。针对这两种故障形式,拟建立传感器标准数值范围作为蓝本用于对照,编写程序以查询方式检查各传感器传输数值是否跟蓝本有出入。考虑到干扰因素,将规定以一定的出错次数作为程序判断该传感器发生故障的条件。
  3.机载控制系统
  机载控制系统包含嵌入式剪板施工状态信息监测单元、完整的采集数据库单元以及数据库管理单元。传输系统模块采集并处理剪板机各采集点的实时状态参数,并将这些参数传给机载控制中心的状态信息数据库并存储。计算机数据库管理软件通过调用这些数据来完成剪板机的实时状态的显示和查询,以及现场人员对剪板机的故障诊断和检索等功能。这样机载控制系统就可以凰示设备当前状态,并且能在设备发生故障时报警或发生故障之前预警。通过对机载控制中心的状态信息数据库中数据的调用,工作人员可以随时查询本机状态、预警等信息。
  除了剪板机实时状态的显示、查询和预警以外,机载控制系统还包括由数据挖掘技术实现的剪板历史工况故障数据辅助知识库和专家系统。程序可以根据用户提供的故障现象,根据故障树分析法给出每层故障原因,即中间事件;用户可以依据这些中间事件,层层检索直至找到底层事件,即故障最可能的原因;程序也可以根据用户需要显示底层事件并推荐专家的解决办法。
  整个机载控制中心的结构如图3所示。
  
  4.远程监控系统
  图3机载控制中心的结构
  远程监控中心的主要功能是监控、预警、故障诊断及远程诊断等。如图6—44所示,远程监控中心通过有效可靠的通信手段,有选择地实时收集远程各台设备施工中的剪板状态数据,分析和确定各台设备的当前工作状态,根据内嵌的专家系统对收集的数据实现远程诊断管理,包括进行整合分析、判断、统计以及变化趋势分析,如有问题则及时分析和诊断,并为施工中的剪板机提供远程报警、故障定位、故障解决方案查询等功能。远程监控中心的软件系统还提供了完善的剪板机工作状况统计功能和详细查询功能,并能根据所收集到的数据,估计指定剪板设备中所监测的关键部件的使用寿命,在适当时间给出预警信息。
  
  图4远程监控系统
  现有的“剪板施工信息传输平台”支持剪板施工远程及智能诊断系统。整合企业乃至行业专家资源,为今后“多点分散”的剪板施工提供远程维护支撑,为各类剪板中的各关键部件实现在线监测及远程诊断提供可扩展的系统平台。
  5.剪板施工故障智能诊断系统
  针对剪板机故障诊断的特点,故障诊断系统通过将专家系统的“自动推理功能”,即专家系统基于规则的反向推理与贝叶斯方法相结合的方法来实现。由贝叶斯方法推理出底层故障中后验概率较大的故障原因,由专家系统基于规则的反向推理方法推理出上面几层故障症状并给出合理的解释。
  结合对剪板机工况的研究,在故障分析中引入故障树分析法,建立剪板故障分析树,如图6—45所示。它能直观地反映故障与其产生原因之间的逻辑关系,是故障分析和专家系统知识库之间的纽带。在剪板机运行期间,同时还存在着因故障与征兆的不确定性而难以用常规的二值逻辑关系来描述的运行状态,此类问题可以由贝叶斯方法有效解决。液压机远程诊断系统的组成

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