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，對其實現在線監測監控，使之始終運行在良好狀態，對于保障煤礦安全生產，保護礦工生命和企業財產安全，降低風機能耗具有重要意義。
泰恩科技成功研制開發的礦井主風機在線監控系統，綜合利用現代傳感技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、網絡通訊技術，基于企業計算機網絡實現主風機運行參數、通風數據的實時監測與風機主輔設備控制的一體化，監測內容豐富，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電子檢測系統大型風機在線監測系統主要由監控系統、上位機冗余組態軟件系統、傳感器系統三大部分組成。

該系統在線監測模塊能夠自動地對機組運行狀態下的振動、溫度、風速、風壓、流量參數進行監測，并按設定的存儲規則存儲數據，出現報警時能夠自動連續存儲報警前和報警后一定時間的振動和溫度、風速、流量等數據。

根據振動、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，當出現故障時，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。

通過網絡可以實現遠程瀏覽和分析，局域網或Internet網任一客戶端均可瀏覽和分析機組的運行狀態，實現遠程故障診斷功能。

1.系統技術方案
1.1 簡易系統網絡框圖

圖1 在線監測與故障診斷系統建議框圖

　　1.2 系統說明
　　1) 在線監測與故障診斷系統由現場采集器、數據中心服務器、用戶本地客戶端組成。其中數據采集器可以通過光纖、網線等方式將數據傳給數據中心。
　　2) 現場采集器：用于振動、溫度、風速、流量等信號的采集、濾波、放大、調理、A/D轉換、傳輸等功能;有防爆和非防爆兩種類型，用于不同危險場合。
　　3) 數據中心用來保存在線監測系統采集的數據，也存儲巡檢系統采集的數據，兩種數據統一管理和查詢。
　　4) 客戶端，局域網上任意一臺計算機都可以作為客戶端來瀏覽數據。
　　1.3 系統特點
　　1) 監控系統采用雙CPU，能夠快速準確可靠地完成監測監控功能;
　　2) 上位機應用軟件采用冗余組態軟件系統，使得系統更加安全可靠;
　　3) 系統可根據現場應用需求靈活配置，伸縮性強;
　　4) 測控功能上的網絡化、WEB化。
　　1.4 系統主要功能
　　1) 實時監測風機風壓(靜壓、全壓)、風速風量、軸承溫度、定子溫度、電網電流、電壓、功率、電機與風機效率、風峒大氣參數(溫度、濕度、大氣壓力)等風機運行各種參數;
　　2) 監測風門位置、風機開停狀態、反風信號和電機編號等風機運行多種狀態信息;
　　3) 控制風門開/關、風機啟/停;
　　4) 自動閉鎖控制，保證系統安全;
　　5) 具有現場控制、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小時監視，通過網絡視頻服務器實現24小時遠程監視。
　　1.5 系統軟件功能
　　1) 接收、處理、存儲、顯示處理器系統上傳的現場數據，顯示方式多樣，生動直觀;
　　2) 自動生成各類報表，內容豐富翔實;
　　3) 實時曲線、歷史曲線繪制;
　　4) 實時監測各類參數，具有超限報警并記錄報警信息的功能;
　　5) 系統設置了操作權限，只有獲得權限的人員才可以操作系統;
　　6) 支持遠程網絡瀏覽和控制。
　　2 采集分析系統設計方案
　　2.1 系統的抗干擾設計
　　2.1.1 系統信號地與被測地*隔離,克服被測地的不確定對測試系統的影響。
　　2.1.2 合理的接地和屏蔽，使現場的任何干擾信號均不能進入被測信號回路，因此系統需要具有的抗力;
　　2.1.3 使用隔離電源,保證現場周邊任何設備的起停機及改變工作狀態造成的電網電壓波動及浪涌等對本系統都不產生任何影響,確保系統的正常工作，避免誤報警。
　　2.2 系統的可靠性設計
　　2.2.1 根據相關的國家技術標準設計、生產所有產品，并嚴格執行ISO9001質量管理體系，保證產品的高質量和可靠性;
　　2.2.2 采用*的工藝流程，大規模集成電路，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國家標準,均經過多次高低溫試驗,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)，大大提高了系統的可靠性;
　　2.2.5 數據采集器內嵌了與品牌工控合作定制的適合惡劣環境使用的工控機，專門用于動態信號的數據采集系統，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,強大的實時處理功能,保證監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,對于長時間連續工作的CPU,提高可靠性;
　　2.2.7 數采與工控機之間的通訊,采用了層的PCI總線協議，數據傳輸更加穩定可靠;
　　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工作的可靠性;
　　2.2.9 工控機工作于LINUX操作環境，保證系統長期運行更加穩定、可靠，避免了受病毒入侵的風險;
　　2.2.10 采集器與外部系統通訊中斷時(如網線斷開，網絡阻塞等)，系統可獨立工作，等網絡恢復時采集終端會自動與數據中心建立連接，數據重新上傳到中心數據庫中;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 系統具備完善的系統自檢功能：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
　　測量溫度等參數的測量采集、報警判斷等。
　　2.2.14 每通道獨立的16位A/D轉換器用于動態振動信號的采樣，保證所有通道并行同步工作;
　　2.2.15 每臺采集器內均采用嵌入式工控機處理系統，用于參數設置,采樣控制, 報警判斷及動態數據和特征值的網絡通訊。當突發事件發生時,連續實時海量記錄事發前后的被測信號;
　　2.2.16 每通道設置獨立的實時處理系統，實時對所有數據連續(不丟點)采集、FFT分析等處理，根據對被測信號處理結果的識別，判斷設備的運行狀態。控制每通道設置的大容量高速數據緩沖存儲器,存貯突發事件發生前設備的運行狀態參數;
　　2.2.17 實時處理系統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，全數字鎖相倍頻設計，不間斷精確穩定完成整周期采集;
　　2.2.19 本地數據處理與本地數據存儲功能
　　1) 當由于服務器或網絡發生故障時，歷史數據不能夠正常保存到服務器的數據庫中，采集器可以將歷史數據保存在本機存儲器內，當網絡恢復正常后，即將存儲器內的的歷史數據上傳給中心服務器;
　　2) 本機可以保留大量的監測數據，可完整保留多次起停機及長達二個月的歷史數據，克服因網絡中斷造成的監測數據丟失的弊病。
　　2.2.20 系統自啟動功能:系統具備自動恢復、自動啟動功能，遇有意外斷電，網絡中斷等情況，供電和網絡恢復正常后，系統能自動啟動進入運行狀態，并恢復到斷電和斷網前的狀態，實現無人值守，保證系統長時間連續可靠運行
　　2.3 系統通訊方式
　　根據不同客戶現場網絡環境,確定工控機與數據服務器的通訊接口環境,主要包括以太網、光纖、無線網卡以及本機內存儲數據通過電腦有選擇的導出。
　　3 遠程監測與故障分析軟件功能
　　3.1 軟件特點
　　3.1.1 兩種軟件構架：遠程在線監測與故障診斷軟件是基于B/S,C/S構架的組合軟件，可以根據自身監測的特點選擇其中一種構架，也可綜合使用;
　　3.1.2 集在線監測與離線巡檢于一體：遠程在線監測與故障診斷軟件是一個在線監測與設備點檢、設備的故障診斷管理的綜合軟件。進入該系統，不僅可以管理在線監測系統的關鍵設備，還可以應用于采用點檢的設備運行狀態的監測，即該軟件平臺不僅保存在線監測系統的數據，還可以保存離線監測系統的數據。
　　3.2 系統管理功能
　　3.2.1 設備檔案管理:系統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 用戶權限管理：能夠對不同的用戶賦予不同的操作權限，所有登陸用戶的操作全程監控;
　　3.2.3 數據庫管理:包含日常數據管理、報警數據管理、巡檢數據管理以及數據查詢和輸出等。
　　3.2.4 數據存儲方式
　　1) 定時觸發保存：在機組正常運行狀態下，每隔一段設定的時間保存一組動態數據，數據量可調，時間間隔可任意設定;
　　2) 事件觸發保存：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數據。數據量大小允許設置;
　　3.2.5 數據庫類型
　　1) 實時數據庫：保存最近24小時的動態數據和特征值，數據間隔用戶可設置(最少1分鐘)。
　　2) 分鐘數據庫：保存最近一周的動態數據和特征，數據間隔為30十分鐘。
　　3) 歷史數據庫：保存所有歷史數據，數據間隔為1小時。
　　4) 報警數據庫：每個報警事件對應的連續大量的動態數據和特征，供事后分析。
　　3.2.6 典型故障案例庫
　　典型故障處理驗證后，允許將報警數據庫內相關的動靜態數據保存到案例庫中，并編輯相關技術文本和圖片一并保存。
　　3.3 報警規則
　　3.3.1 實時監測報警：對設備實時監測，當設備運行狀態惡化時，監測系統能夠及時無遺漏的報警;
　　3.3.2 二級報警：正常狀態為綠色或藍色、超標時為黃色，達到危險值，變為紅色。
　　3.3.3 保存報警數據：報警同時，連續不間斷采集報警前后一段時間的動態數據，并上傳數據庫服務器保存，為故障分析提供依據。
　　3.4 啟停機監測
　　3.4.1 系統設置轉速 波動范圍，當監測轉速變化超過波動范圍時，系統自動啟動進入起停機監測狀態;
　　3.4.2 起停機監測狀態下，數據根據轉速變化和時間變化連續保存大量的動態數據和靜態工藝量參數;
　　3.4.3 當轉速低于設定的轉速時，系統自動識別為停機狀態;
　　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互聯網，互聯網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 本地局域網瀏覽：系統在接入企業局域網絡后，局域網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，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，無需趕赴現場，在辦公室甚至在家中，就可通過局域網或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登陸數據庫服務器，實現遠程專家會診斷。
　　3.6 分析功能及各種圖譜
　　3.6.1 設備監測圖
　　利用被監測設備的照片、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。

　圖4 棒圖窗口

　　 棒圖一次最多可以顯示16個測點的振動數值，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、電氣參數等;

　　 棒圖報警為二級報警，當監測值健康時棒圖為綠色，當監測值超過報警值時棒圖變為黃色，當被監測值超過危險值時棒圖變為紅色并閃動;正常、報警和危險顏色可調。兩級箭頭表示超標報警線和危險報警線。

　　3.6.3 趨勢分析

　　各特征參數和工藝參數隨時間的變化過程。振動(通頻值、倍頻值)趨勢、轉速趨勢、工藝量(溫度、電壓、電流、壓力等)趨勢、相關趨勢(特征參數之間的趨勢變化);

　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、轉速值、對應時間、0.5倍頻和N倍頻幅值等特征參數;電氣測點顯示波形同時，波形圖上顯示其對應的功率因數、功率及其他相關特征參數。圖形上標示了測點位置、當前時間、轉速、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、電氣等動態數據的頻譜隨時間的變化。

　　圖8 三維時間譜圖

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

　　3.6.7 軸心分析：在線監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：根據用戶設置的額定轉速、轉速、轉速和轉速波動范圍等參數，系統可以從正常監測自動切換到起停機監測狀態，連續保存起停機狀態的動態數據和工藝參數，繪制振動等動態數據的極坐標圖、波德圖;工藝參數隨轉速的趨勢圖;轉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，得到電機的相應參數。

　　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，該模塊內顯示數萬種軸承型號的歸一化特征頻率，輸入轉速值，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。

　　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值列表中。

　　2) 邊頻光標：用戶定義頻段，主頻后，系統計算該頻段內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

　　監測系統報警后，確認的典型故障數據，可以另存到典型故障案例庫內;通過學習典型故障案例以及常見故障的圖譜，現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，從而提高企業的設備管理水平。

　　3.8 軸承庫

　　為了方便軸承的故障診斷，監測軟件內嵌上萬種軸承型號及其參數，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

　　3.9.1 故障專家會診：當本地運行狀態報警時，監測系統將報警前后的動態數據，溫度參數等同步上傳致數據中心服務器，并在報警提示。數據中心服務器若進入互聯網后，任何可以上網的故障診斷專家都可以通過身份驗證調用該故障數據，實現真正意義上遠程的故障診斷。

　　3.10 遠程網絡傳輸技術

　　3.10.1 基于B/S網絡架構：任何上網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據。

　　3.10.2 網絡安全技術:數據傳輸過程中，需要身份認證、數據加密等保密措施。服務器數據進行握手前，需要進行身份認證，認證合法后，數據加密傳輸，加密方法采用國際標準的加密方法。