礦山機(jī)電設(shè)備智能故障診斷技術(shù)淺析

馮書(shū)文

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)晉城高平有限公司，山西 高平 048400）

引言

自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，信息技術(shù)為廣大居民的生產(chǎn)生活帶來(lái)了很大的變化，機(jī)電設(shè)施也在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程發(fā)生著變化。在機(jī)械采礦中，添加了多種智能、自動(dòng)化設(shè)施。由于是機(jī)械設(shè)施，在生產(chǎn)與運(yùn)行中很容易出現(xiàn)各種問(wèn)題，從而影響礦業(yè)發(fā)展。因此，在現(xiàn)實(shí)工作中，必須將診斷與維修技術(shù)作為研究重點(diǎn)，在將要發(fā)生或者發(fā)生故障時(shí)，對(duì)機(jī)械設(shè)施進(jìn)行預(yù)警，控制故障延伸，確保工作人員安全。

1 故障診斷技術(shù)的總體概括

1.1 設(shè)備診斷技術(shù)概念

從整體來(lái)看：故障診斷技術(shù)屬于防護(hù)方式，它是在確保生產(chǎn)過(guò)程的條件下，讓各個(gè)設(shè)備的參數(shù)滿足最佳狀態(tài)，然后再通過(guò)精密的儀表、儀器檢測(cè)設(shè)備是否滿足運(yùn)行要求，是否有數(shù)值變化和破損現(xiàn)象［1］。如有異常，明確指出異常的原因，破壞程度，能否持續(xù)利用，能夠持續(xù)利用的時(shí)間，然后再結(jié)合設(shè)備的受損度，看能否利用代替性的設(shè)備延伸時(shí)間，減小成本消耗。當(dāng)然，這一切工作都是在正常的運(yùn)行狀態(tài)中才有效。

1.2 故障診斷技術(shù)原理

目前，應(yīng)用在礦山機(jī)電設(shè)備智能故障診斷的技術(shù)主要包含：數(shù)字建模、數(shù)據(jù)采集、識(shí)別分析、狀態(tài)預(yù)測(cè)和信息處理。數(shù)字建模是診斷智能故障的總規(guī)劃和原則，它要求展現(xiàn)智能分析優(yōu)勢(shì)［2］。例如：在數(shù)學(xué)模糊診斷中，A是可能發(fā)生的事實(shí)案例，B是數(shù)據(jù)庫(kù)事例，通過(guò)對(duì)比A與B，在分析權(quán)值與特征的條件下得到準(zhǔn)確的結(jié)果；數(shù)據(jù)采集是礦山機(jī)電設(shè)備事先制定好參數(shù)值，然后再診斷設(shè)備，進(jìn)行數(shù)值采集，用建模的方式對(duì)兩份數(shù)值進(jìn)行比對(duì)。一旦數(shù)值參數(shù)大于預(yù)設(shè)范疇、曲線變化，那么說(shuō)明機(jī)電設(shè)備還存在問(wèn)題；識(shí)別分析，是在掌握機(jī)電設(shè)備測(cè)試參數(shù)與原始參數(shù)的情況下，結(jié)合參數(shù)變化，從故障庫(kù)中找到類似樣本，再確認(rèn)產(chǎn)生故障的原因。也只有智能分析與識(shí)別，機(jī)電設(shè)備診斷與檢測(cè)才能達(dá)到智能要求；狀態(tài)預(yù)測(cè)，是在預(yù)測(cè)、識(shí)別現(xiàn)有參數(shù)后，結(jié)合相關(guān)資料，驗(yàn)證機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)這種結(jié)果具有很好的可信性與真實(shí)性，該預(yù)測(cè)結(jié)果同時(shí)也是深入機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的有效條件；信息處理則是一份有效的測(cè)試參數(shù)，它要求將數(shù)據(jù)模型變成參數(shù)模型，再通過(guò)分析等形式進(jìn)行處理。它能準(zhǔn)確分辨無(wú)用與有用信息，通過(guò)綜合處理信息，找準(zhǔn)診斷結(jié)果和過(guò)程分析后，最后得出一份理想的分析報(bào)告［3－5］。

2 礦山機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障的原因

1）配合關(guān)系。從檢查已有設(shè)備故障反饋的信息來(lái)看，大多數(shù)故障都是零件原配變化或者損傷造成的。在這期間，零件損傷是零件原設(shè)計(jì)與形態(tài)出現(xiàn)偏離，這種偏離多數(shù)是機(jī)械使用或者內(nèi)部因素所致。常見(jiàn)的零件損傷體現(xiàn)為：意外和老化損傷所致。

2）超出設(shè)備負(fù)荷。在相關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)之前，工作人員都會(huì)對(duì)參數(shù)極限進(jìn)行限制，一旦輸出參數(shù)超過(guò)設(shè)計(jì)極限時(shí)，它的運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)遭到破壞，甚至出現(xiàn)不同程度的故障。如果是超負(fù)荷造成的故障，就必須對(duì)技術(shù)參數(shù)和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，并且采用適當(dāng)?shù)姆绞剑瑤椭纳瞥惺芰Α?/p>

3）設(shè)備損耗。設(shè)備損耗是在內(nèi)外因素的共同作用下，隨空間與時(shí)間的改變，綜合能力不斷降低。造成這種情況的主要原因是：機(jī)件剛性不夠、間隙過(guò)大、部件磨損與老化、相關(guān)設(shè)施磨損、系數(shù)過(guò)大、負(fù)荷增加、關(guān)鍵負(fù)荷的聯(lián)接發(fā)生磨損與變形等。

3 故障診斷在礦山機(jī)電維修中的運(yùn)用

3.1 診斷類別

從故障診斷的目的來(lái)看：它是對(duì)機(jī)電設(shè)施的計(jì)劃與檢修，以此保障各種生產(chǎn)設(shè)施運(yùn)行的連續(xù)性。大致分成：事后檢修、根據(jù)周期檢修和狀態(tài)檢修。事后維修是機(jī)電設(shè)施發(fā)生故障的治理方案，不屬于主動(dòng)對(duì)策的范疇，而是大多數(shù)機(jī)電設(shè)施在沒(méi)有準(zhǔn)備的狀態(tài)下采用的方法。因此，將事后診斷應(yīng)用在礦山機(jī)電設(shè)施中的效果并不太理想，檢修質(zhì)量也有待提高；周期檢修相對(duì)固定，并且?guī)е鴱?qiáng)制的特征，同時(shí)也是負(fù)責(zé)的展現(xiàn)。該方式方便易操作，大多數(shù)情況下結(jié)合維修或者使用周期操作，從外看這種似乎會(huì)增加工人成本，事實(shí)上它是不可缺少的打基礎(chǔ)部分，從某種角度來(lái)看它也是節(jié)約成本的體現(xiàn)，通過(guò)積極防護(hù)設(shè)施，延長(zhǎng)相關(guān)設(shè)備的使用年限和周期，并且及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)問(wèn)題，最大程度的避免問(wèn)題帶來(lái)的停產(chǎn)損失。因此，固定維修對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備具有很好的作用，它能最大程度的做到防患于未然，從而降低經(jīng)濟(jì)損失；狀態(tài)檢修，是在數(shù)據(jù)分析的條件上，讓每個(gè)工作人員負(fù)起對(duì)應(yīng)的責(zé)任，然后再結(jié)合各種部件出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)間推斷故障時(shí)間。雖然這種預(yù)測(cè)不能準(zhǔn)確捕捉時(shí)間，甚至還存在誤差，但是能給企業(yè)警告的作用，避免措手不及的狀況發(fā)生。在爭(zhēng)取將設(shè)備控制在萌芽階段的過(guò)程中，幫助延長(zhǎng)使用周期，減小安全隱患，以確保生產(chǎn)正常進(jìn)行。

3.2 診斷方法

首先是參考?xì)v史進(jìn)行診斷記錄，通過(guò)對(duì)局部系統(tǒng)和元器件進(jìn)行排查，找出問(wèn)題癥結(jié)，這也是礦山機(jī)電設(shè)施診斷與維護(hù)的主要方法之一。一旦出現(xiàn)故障，對(duì)相關(guān)結(jié)論進(jìn)行精細(xì)歸納，最后生成診斷集。第二次出現(xiàn)類似故障時(shí)，就能借用診斷路徑與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處理與診斷。它的優(yōu)點(diǎn)是相同故障發(fā)生時(shí)，定位快速。其次是智能診斷，在控制系統(tǒng)、模擬人腦的基礎(chǔ)上，獲取、再生、傳遞、利用相關(guān)信息，最后利用已經(jīng)準(zhǔn)備好的經(jīng)驗(yàn)策略。診斷具體包含灰色系統(tǒng)、模糊診斷、專家診斷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。當(dāng)前，應(yīng)用最廣的是神經(jīng)網(wǎng)和專家體系，讓診斷更加智能化。礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷具有隱蔽性與復(fù)雜性，通過(guò)傳統(tǒng)的方法進(jìn)行精確、迅速的診斷。同時(shí)，專家系統(tǒng)能精確的應(yīng)用專業(yè)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)模擬思維，對(duì)故障進(jìn)行求解，最后得到結(jié)論。在人工智能診斷的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與已有經(jīng)驗(yàn)解決故障。

4 礦山機(jī)電設(shè)備故障監(jiān)測(cè)的步驟

從整體來(lái)看，礦山機(jī)電設(shè)施故障診斷主要包含以下步驟：信息采集、處理、識(shí)別、建模和預(yù)測(cè)。在信息采集中，對(duì)機(jī)電設(shè)施運(yùn)行參數(shù)、狀況與數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，利用傳感器傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)進(jìn)行整理，最后放進(jìn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行存儲(chǔ)，以備后續(xù)利用；信息處理，是對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和識(shí)別。當(dāng)然，在這期間，存在有用與無(wú)用信息之分，因此必須對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行區(qū)分與整理，剔除無(wú)用信息，并且轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，對(duì)具體信息進(jìn)行有效分析，最后將數(shù)據(jù)變成設(shè)備能接受的信息與數(shù)據(jù)；信息處理與識(shí)別是在信息采集后，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行識(shí)別與分析，包含數(shù)據(jù)分類、識(shí)別與分析，然后再將信息與之前得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，最后得出設(shè)備運(yùn)行中可能存在故障的區(qū)域、故障原因與類型；在礦山機(jī)電生產(chǎn)中，機(jī)電設(shè)施由多種信息數(shù)據(jù)和參數(shù)，并且和設(shè)施狀態(tài)、是否存在隱患有著直接的關(guān)系。對(duì)此，必須建立起良好的模型，以確定和反映設(shè)備狀態(tài)與故障之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；預(yù)測(cè)技術(shù)是對(duì)機(jī)電設(shè)施的故障狀況以及剩余使用時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，它能作為機(jī)電設(shè)施故障維修與保養(yǎng)的條件，從而避免機(jī)電設(shè)施出現(xiàn)不必要的故障。

5 結(jié)語(yǔ)

為了推動(dòng)礦業(yè)發(fā)展，提高開(kāi)采安全性，在礦山開(kāi)采中必須注重相關(guān)設(shè)備的故障診斷與維修技術(shù)。在開(kāi)采中，做好故障記錄與整理歸檔工作，經(jīng)常對(duì)壓力、溫度進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)立即解決，這樣才能改善故障診斷技術(shù)，進(jìn)一步完善與優(yōu)化診斷系統(tǒng)。

［1］劉傳彬.礦山機(jī)電設(shè)備智能故障檢測(cè)診斷技術(shù)的研究［J］.黑龍江科技信息，2014（14）：51.

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