大型礦山企業(yè)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障智能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 明

（神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障進(jìn)行檢測，可以保證機(jī)電設(shè)備的安全，延長其使用壽命，我國目前的故障檢測水平比較低，也不夠完善，需要設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)檢測系統(tǒng)，來為機(jī)電設(shè)備的故障檢測提供幫助。本文針對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障智能檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，完成了機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障智能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 大型礦山企業(yè)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障智能檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）傳感器設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的運(yùn)行故障檢測系統(tǒng)的硬件傳感器采用的是超聲傳感器，主要采集機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障的頻率，采集頻率的范圍是20KHz到40KHz之間的超聲波[1]。超聲傳感器的工作原理屬于晶體壓電效應(yīng)，當(dāng)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程產(chǎn)生機(jī)械波時(shí)，就會(huì)在晶體的兩段聚集一部分正電荷與負(fù)電荷，將機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障初期發(fā)出的超聲振動(dòng)波自動(dòng)轉(zhuǎn)化成為電信號，本文選用的超聲傳感器具有精確度準(zhǔn)、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，在測量時(shí)對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的干擾程度比較小。

（2）系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的電流采集模塊是通過采集機(jī)電設(shè)備感應(yīng)線圈的交流電，在交流電的采集過程中，需要處理電流迸行整流，然后進(jìn)行濾波，這樣才能保證可以被其他運(yùn)行故障檢測模塊使用。電流采集電路采用兩個(gè)二極管設(shè)計(jì)[2]。

將兩個(gè)二極管和電阻同時(shí)并聯(lián)在機(jī)電設(shè)備的感應(yīng)線圈上，設(shè)定機(jī)電設(shè)備切斷線圈后的導(dǎo)通狀態(tài)，確保二極管可以吸收設(shè)備運(yùn)行時(shí)電磁釋放出來的高壓，同時(shí)消除開關(guān)電弧，機(jī)電設(shè)備的感應(yīng)線圈可以通過這一過程采集到線圈的交流電，系統(tǒng)的電路在電流被整流后，會(huì)得到兩路相同的直流電輸出，輸出的直流電作為機(jī)電設(shè)備電流突變檢測和端電檢測兩個(gè)模塊的電流輸入。

2 大型礦山企業(yè)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障智能檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）計(jì)算機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障檢測頻率。在計(jì)算機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障檢測頻率時(shí)選擇的時(shí)間為：一個(gè)月、一個(gè)季度和一年。選擇A-n來描述第n天機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障的檢測次數(shù)，A表示檢測當(dāng)天的機(jī)電設(shè)備檢測次數(shù)，如果不添加機(jī)電設(shè)備當(dāng)天統(tǒng)計(jì)故障的情況下，n天中機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障檢測數(shù)可以表示為：

如果添加機(jī)電設(shè)備當(dāng)天統(tǒng)計(jì)故障的情況下，n天中機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障檢測數(shù)可以表示為：

對，n天中機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障檢測數(shù)進(jìn)行分析可知，如果想要統(tǒng)計(jì)一年中機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的故障檢測次數(shù)，必須先統(tǒng)計(jì)每一天的次數(shù)，這樣導(dǎo)致計(jì)算的開銷增大。因此選擇一個(gè)求近似值的公式計(jì)算故障檢測頻率，計(jì)算公式為：

綜上所述，計(jì)算機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障檢測頻率可以降低礦山企業(yè)的計(jì)算開銷。

（2）波形顯示軟件設(shè)計(jì)。波形顯示軟件設(shè)計(jì)包括處于控制芯片底層的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序接口設(shè)計(jì)和顯示波形時(shí)編寫域指標(biāo)判斷程序。采用直方圖顯示時(shí)，是對采集完成后的兩千個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行每一個(gè)幅值的累加值計(jì)算，然后才能顯示；波形顯示軟件的信號頻譜圖是直接調(diào)用故障檢測系統(tǒng)中的變換庫函數(shù)，信號頻譜圖具有使用簡單，移植方便的優(yōu)點(diǎn)。如果時(shí)域指標(biāo)超出相應(yīng)的閥值，數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行保存操作，同時(shí)還會(huì)求出系統(tǒng)頻譜的最大點(diǎn)，計(jì)算出頻譜最大點(diǎn)的循環(huán)雙譜峰值切片，找出機(jī)電設(shè)備的故障特征頻率，最后才能對故障進(jìn)行識(shí)別和監(jiān)測。

3 仿真分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的故障智能檢測系統(tǒng)對機(jī)電設(shè)備故障檢測的精度高，利用傳統(tǒng)故障智能檢測系統(tǒng)，以及本文設(shè)計(jì)的故障智能檢測系統(tǒng)，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備故障檢測精度仿真實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)過程。實(shí)驗(yàn)過程中，首先準(zhǔn)備兩臺(tái)型號、配置完全相同的計(jì)算機(jī)，安裝仿真軟件，正式實(shí)驗(yàn)之前需要進(jìn)行兩次空載實(shí)驗(yàn)，保證整套仿真程序以及載入數(shù)據(jù)過程中系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及正確性。根據(jù)兩種故障檢測系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，得出機(jī)電設(shè)備故障檢測精度曲線。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。根據(jù)兩種故障檢測系統(tǒng)在不同檢測下，獲取的檢測精度，繪制機(jī)電設(shè)備故障檢測精度對比曲線，如圖1所示。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算十組機(jī)電設(shè)備的故障檢測精度的平均值，得出本文設(shè)計(jì)的故障檢測系統(tǒng)，較傳統(tǒng)故障檢測系統(tǒng)的故障檢測精度提升26.13%，適合對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行故障檢測。

圖1 機(jī)電設(shè)備故障檢測精度對比曲線

4 結(jié)語

本文提出了大型礦山企業(yè)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障智能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，依托機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障智能檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了本文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，提出的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障智能檢測系統(tǒng)，較傳統(tǒng)故障檢測系統(tǒng)對機(jī)電設(shè)備具有較高的故障檢測精度。希望本文的設(shè)計(jì)可以為機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障智能檢測系統(tǒng)提供理論依據(jù)。