礦山機(jī)電設(shè)備智能故障檢測診斷技術(shù)的研究

馮肖利

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司機(jī)電處，山西太原030053)

1 礦山機(jī)電設(shè)備的故障檢測及診斷技術(shù)

故障診斷技術(shù)實(shí)際上是指集計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理及分析技術(shù)、傳感器技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)于一體的具有綜合性的先進(jìn)技術(shù)。相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科理論、現(xiàn)代工藝?yán)碚撘约皺z測技術(shù)理論的不斷完善和發(fā)展為故障檢測技術(shù)的不斷升級和更新提供了重要的理論依據(jù)。故障檢測及診斷技術(shù)是一種通過對礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、以及信號數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，以此對礦山機(jī)電設(shè)備的安全性以及運(yùn)行的可靠性進(jìn)行預(yù)測的方法，通過對性號數(shù)據(jù)以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的分析找出礦山機(jī)電設(shè)備的故障所在，對造成故障的原因以及危害程度進(jìn)行明確的判斷，最終提出具有針對性的解決措施和具體的處理辦法，保證機(jī)電設(shè)備的持續(xù)正常運(yùn)作。

2 礦山機(jī)電設(shè)備故障監(jiān)測技術(shù)步驟

2.1 對信息的采集

對礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況以及運(yùn)行的參數(shù)和信號數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，通過機(jī)電設(shè)備傳感器上所傳遞的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和整理，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)下來或者放入數(shù)據(jù)庫，以便日后調(diào)用。

2.2 對采集信息的處理

對機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)不能夠直接反映出設(shè)備的具體運(yùn)行狀態(tài)，還必須對其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的識(shí)別。在采集到的信息中，存在著有用的信息以及無用的信息，所以必須要將采集到的信息進(jìn)行整合，對無用的信息進(jìn)行剔除，同時(shí)也可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其中的有效信息提取出來并作出具體分析，再將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成機(jī)器或者人能夠讀懂的數(shù)據(jù)和信息。

2.3 將處理之后的信息進(jìn)行分析和識(shí)別

在對采集到的信息進(jìn)行處理之后，還要對這些信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和識(shí)別，主要通過數(shù)據(jù)分類管理、有效識(shí)別以及詳細(xì)分析，再將這些數(shù)據(jù)與之前設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的對比，通過參考和分析，得出當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀以及設(shè)備有可能發(fā)生故障的部位、造成故障的原因以及故障的具體類別。

2.4 數(shù)學(xué)建模

礦山機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行中很多的參數(shù)和數(shù)據(jù)信息，與機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)以及機(jī)電設(shè)備是否存在故障隱患有一定關(guān)系。因此，需要建立數(shù)學(xué)模型來準(zhǔn)確反映機(jī)電設(shè)備狀態(tài)與產(chǎn)生故障的參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

2.5 預(yù)測技術(shù)

對機(jī)電設(shè)備部件的剩余壽命和機(jī)電設(shè)備的故障情況等方面進(jìn)行預(yù)測，可以為日常機(jī)電設(shè)備的保養(yǎng)工作和故障維修工作提供可靠依據(jù)，能夠有效避免礦山機(jī)電設(shè)備故障的發(fā)生。

3 礦山機(jī)電設(shè)備中故障檢測診斷技術(shù)的應(yīng)用

3.1 礦井提升機(jī)檢測與故障診斷

提升機(jī)是礦井生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備之一，它擔(dān)負(fù)著提升原煤、矸石、下放材料、升降人員和運(yùn)送設(shè)備的任務(wù)。提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠不僅直接影響礦山的生產(chǎn)，還影響到礦山生產(chǎn)人員的生命、財(cái)產(chǎn)安全。礦井雙筒提升機(jī)松繩現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，而松繩現(xiàn)象常常帶來很大的危害。這里介紹一種簡單實(shí)用的松繩檢測裝置。該裝置主要由單片機(jī)和霍爾傳感器組成，其原理是:在提升機(jī)每個(gè)天輪一側(cè)安裝一周小磁鋼，并在適當(dāng)位置安裝霍爾傳感器檢測兩天輪的轉(zhuǎn)速，在正常運(yùn)行時(shí)，兩天輪的轉(zhuǎn)速相同，則兩個(gè)傳感器輸出的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)基本相同，該裝置內(nèi)單片機(jī)計(jì)算出的兩天輪的行程差幾乎為零;當(dāng)鋼絲繩出現(xiàn)松繩現(xiàn)象時(shí)，兩天輪的行程不同，該裝置可計(jì)算出兩天輪之間的行程差，當(dāng)行程差達(dá)到預(yù)報(bào)警值時(shí)發(fā)出松繩報(bào)警信號;當(dāng)行程差達(dá)到保護(hù)值時(shí)，該檢測裝置發(fā)出控制信號，使提升機(jī)及時(shí)剎車，起到保護(hù)作用。

3.2 用于通風(fēng)機(jī)的故障檢測診斷

對相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)階段，用于檢測診斷通風(fēng)機(jī)故障的診斷極少，較為典型的裝置是KF－CA 型號的通風(fēng)機(jī)集中檢測儀以及煤炭科學(xué)總院重慶分院FJZ 型號礦井主風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測和故障診斷儀。它們的特點(diǎn)主要有:指令系統(tǒng)豐富且高效、18 位的中央處理器、16 位的定時(shí)器兩個(gè)、16 位的監(jiān)視定時(shí)器以及高速輸入及輸出的接口等。通過指令發(fā)出、診斷儀診斷、處理器分析檢測、定時(shí)器進(jìn)行時(shí)限規(guī)定、診斷結(jié)果高速輸入、輸出。來完成對通風(fēng)機(jī)故障的檢測診斷。

3.3 用于采煤機(jī)的故障檢測診斷

為改變現(xiàn)階段國產(chǎn)采煤機(jī)落后的故障檢測診斷狀況。原煤炭部把研制“電牽引采煤機(jī)的工況檢測與故障的診斷系統(tǒng)”作為重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃來看待。電牽引采煤機(jī)的工況檢測與故障的診斷系統(tǒng)主要由變頻器通信設(shè)備等幾部分組成，該變頻器能檢測出29 個(gè)工況的檢測參數(shù)，顯示屏及液屏均單獨(dú)設(shè)立，可顯示出采煤機(jī)在運(yùn)行時(shí)的牽引速度參數(shù)、輸入電壓的參數(shù)等，且具有過壓欠壓及過載過流、溫度保護(hù)等功能。其主要功能為把變頻器的工況檢測信號傳送至工況故障檢測中心，進(jìn)而得出相應(yīng)處理，最后以圖形或是中文的方式進(jìn)行集中顯示。

4 礦用高壓異步電動(dòng)機(jī)的檢測及診斷技術(shù)

常見故障特征提取方法包括信號處理、模式識(shí)別和參數(shù)辯識(shí)?，F(xiàn)代信號處理技術(shù)的發(fā)展為故障診斷提供了強(qiáng)有力的工具，人工智能技術(shù)的應(yīng)用大大提高了診斷的精度和范圍。模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)都被應(yīng)用于異步電動(dòng)機(jī)的故障診斷，取得了較好的效果。異步電動(dòng)機(jī)故障常見的檢測與診斷方法有:

1)局部放電檢測。利用檢測定子電流的電流互感器(CT)和高頻檢測儀，或通過射頻天線和帶通濾波器檢測局放脈沖，可辨別各種局放源以診斷定子的不同故障。這種方法對有些低壓電機(jī)效果較差。

2)電流高次諧波檢測。定子繞組故障可引起定子電流的高次諧波增加，尤其是定子繞組匝間短路故障。據(jù)研究，匝間短路時(shí)定子電流的5、11、17 次諧波顯著增加，其中5 次諧波增加較多。根據(jù)電動(dòng)機(jī)故障所表現(xiàn)的不同特征，又分為對稱故障和不對稱故障兩大類:對稱故障如過載、堵轉(zhuǎn)和三相短路等，這類故障最明顯的特征是電動(dòng)機(jī)電流明顯增大，因此可通過電動(dòng)機(jī)過流程度來診斷這類故障。不對稱故障如斷相、相間短路、匝間短路、單相接地和兩相接地等。有關(guān)研究表明，當(dāng)定子繞組的一個(gè)線圈對中性點(diǎn)短路時(shí)，三相電流的幅值為 1. 07、0.89、0.91。利用定子電流的不平衡現(xiàn)象檢測異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組故障較為方便有效。這類故障最明顯的特征是電動(dòng)機(jī)電流中出現(xiàn)負(fù)序電流和零序電流，因此以零序電流和負(fù)序電流分量作為鑒別不對稱故障的判據(jù)有較高的可靠性。不對稱故障根據(jù)故障點(diǎn)的不同又可分為接地性和非接地性兩大類，故障的類型不同其信號的檢測方法也不同。

3)磁通檢測。電機(jī)的定子故障會(huì)使內(nèi)部磁通在徑向和切向工的分量發(fā)生變化，只要檢測出這兩個(gè)分量的磁通變化情況，也可診斷出定子故障。此方法在高壓電機(jī)定子側(cè)的多種故障檢測中得到了應(yīng)用，但這種方法需要專門的磁通檢測儀器，使用不方便，對弱信號不易檢測。

5 結(jié)語

隨著煤礦現(xiàn)代化進(jìn)程的加快和安全技術(shù)的高速發(fā)展，各種新裝備、新技術(shù)逐漸在煤礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中得到越來越多的應(yīng)用，信息化工作快速推進(jìn)，這些都使得煤礦生產(chǎn)的效率和安全性得到了很大的提升，同時(shí)為煤礦企業(yè)帶來了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］孫新城.淺析煤礦機(jī)電設(shè)備維修中故障檢測診斷技術(shù)的應(yīng)用［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011(17).

［2］井學(xué)慶.礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究與探討［J］.黑龍江科技信息，2012(2).