礦山電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

于小燕

（山東中礦集團(tuán)有限公司，山東 煙臺 265401）

礦山開采工作受環(huán)境、工作條件、工作設(shè)備的影響，具有一定的復(fù)雜性和多樣性，包括眾多大型機(jī)械設(shè)備以及電氣設(shè)備，這些電氣設(shè)備的安全平穩(wěn)運(yùn)行是保障工作有序開展的重要保障。當(dāng)前，由于電器安全管理方面出現(xiàn)的問題愈來愈多，嚴(yán)重影響著礦山開采工作的運(yùn)行，甚至造成了相關(guān)的安全事故，因此，必須深入了解出現(xiàn)的新問題，做好礦山電氣設(shè)備自動(dòng)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究，以便促進(jìn)礦山企業(yè)生產(chǎn)工作的順利開展[1]。

1 礦山電氣設(shè)備發(fā)生故障的主要原因

我國地大物博、幅員遼闊，擁有非常豐富的礦產(chǎn)資源。然而，礦產(chǎn)資源的分布環(huán)境較為復(fù)雜，電氣設(shè)備必須面對各種惡劣的工作環(huán)境以及復(fù)雜的天氣變化，因此，在礦產(chǎn)資源開采過程中，參與到開采過程中的眾多機(jī)電設(shè)備容易發(fā)生各種電器故障問題。通過對以往電氣設(shè)備以及各項(xiàng)重大機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)的事故案例進(jìn)行分析，造成故障的原因主要有以下幾個(gè)方面。

首先，隨著我國社會(huì)主義現(xiàn)代化事業(yè)的不斷發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)水平以及人們生活水平有了較大程度的改善；而現(xiàn)代化事業(yè)的不斷發(fā)展，促使各個(gè)行業(yè)在加快建設(shè)進(jìn)程中需要越來越多的礦產(chǎn)品。礦產(chǎn)品需求的激增，要求礦山企業(yè)必須通過提高生產(chǎn)效率、增加工作時(shí)間來提升產(chǎn)量，由此而來的就是加大了對礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷。由于電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中具有一定的核定功率與工作負(fù)載極限，因此在礦產(chǎn)資源開采過程中，一旦需要大量高負(fù)荷工作內(nèi)容時(shí)，必將對電氣設(shè)備造成過大的壓力，機(jī)器也容易產(chǎn)生高負(fù)荷、超負(fù)荷的現(xiàn)象，將會(huì)對電氣設(shè)備及機(jī)電設(shè)備造成極大的損傷，嚴(yán)重情況下將會(huì)引發(fā)各項(xiàng)安全故障問題。

此外，機(jī)電設(shè)備以及電氣設(shè)備在日常運(yùn)行過程中受到各種環(huán)境影響，經(jīng)常發(fā)生磨損問題，運(yùn)行能力不斷下降，這也在很大程度上容易促發(fā)相關(guān)的安全事故。首先，礦山企業(yè)開采處于復(fù)雜多樣的工作環(huán)境，具有一定的工作難度，因此在工作過程中，電氣設(shè)備以及機(jī)電設(shè)備需要持續(xù)運(yùn)行，而時(shí)間長，負(fù)荷大的工作強(qiáng)度極容易導(dǎo)致相關(guān)構(gòu)件過熱的問題；受工作環(huán)境影響，電氣設(shè)備及機(jī)電設(shè)備的散熱效果不佳，如果得不到及時(shí)、有效的處理，將會(huì)不斷降低電氣設(shè)備的工作效率，甚至?xí)l(fā)一連串的大型機(jī)電設(shè)備故障問題。其次，一部分礦山企業(yè)在工作過程中受各項(xiàng)因素的影響，在設(shè)備的安裝以及使用過程中并沒有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，由于過分追求了經(jīng)濟(jì)利益，導(dǎo)致電氣設(shè)備零件缺失或機(jī)電設(shè)備交替使用的情況發(fā)生，也會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備及機(jī)電設(shè)備工作效率低下，甚至引發(fā)故障問題。再次，眾多電氣設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件之間需要緊密配合，一旦相關(guān)管理人員以及工作人員放松警惕，疏于日常運(yùn)行管理，電氣設(shè)備便會(huì)出現(xiàn)各種安全事故[2]。

2 礦山電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

近些年來，隨著我國社會(huì)主義現(xiàn)代化事業(yè)不斷發(fā)展，礦產(chǎn)資源開采工作也有了較大程度的提高，開采總量不斷加大，工程量也不斷加大，對礦山電氣設(shè)備的工作要求和效率標(biāo)準(zhǔn)也越來越高。礦山電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，可以有效應(yīng)對電氣設(shè)備的預(yù)防維護(hù)和消除故障，解決工作難題。在礦產(chǎn)資源開采過程中，對礦山電氣設(shè)備運(yùn)行過程中的常見故障進(jìn)行分析及預(yù)防，對整體以及局部部門進(jìn)行相關(guān)方面的安全監(jiān)測，這樣就能夠保證避免各項(xiàng)問題的發(fā)生。從理論角度出發(fā)，礦山電氣設(shè)備自動(dòng)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)主要功能有電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警處理、電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下工作臨界點(diǎn)的警告提醒，此外，還可以在電氣設(shè)備運(yùn)行過程中對各種故障進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線診斷，進(jìn)一步確定故障發(fā)生部位，從而幫助技術(shù)人員進(jìn)行及時(shí)的故障維修。礦山電氣設(shè)備自動(dòng)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)還能夠?yàn)樵O(shè)備的維修和保養(yǎng)提供全面、科學(xué)的指導(dǎo)意見以及參考信息，在傳統(tǒng)電氣設(shè)備管理基礎(chǔ)之上融合在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的現(xiàn)代性與先進(jìn)性，能夠進(jìn)一步保障電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而進(jìn)行全方位的設(shè)備性能評估，切實(shí)提高礦山企業(yè)開采過程中的電氣設(shè)備運(yùn)行水平。

2.2 硬件系統(tǒng)

礦山電氣設(shè)備自動(dòng)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，對于礦山電氣設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行以及礦產(chǎn)資源開采工作都具有一定的積極意義。當(dāng)前，受眾多因素影響，電氣設(shè)備產(chǎn)生故障涉及的環(huán)節(jié)較多，范圍較廣，必須要利用自動(dòng)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)對礦山電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做進(jìn)一步的精細(xì)了解與掌握，以每個(gè)電氣設(shè)備為載體，對礦山企業(yè)的整體設(shè)備狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，這樣才能夠系統(tǒng)性的構(gòu)成礦山電氣設(shè)備在線監(jiān)測以及故障診斷系統(tǒng)，從而保證礦山企業(yè)電氣系統(tǒng)的專業(yè)性和安全性。礦山電氣在線監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集分站振動(dòng)傳感器以及振動(dòng)分析儀等各項(xiàng)硬件組成，工作人員通過信息技術(shù)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的現(xiàn)代化自動(dòng)設(shè)備監(jiān)測，解放傳統(tǒng)的人力投入，極大程度地便利了工作人員的工作，也提高了工作的科學(xué)性和效率性。

2.3 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)具有一定的科技性和現(xiàn)代性，可以看作是人類的大腦。雖然手腳具有一定的工作能力，但各項(xiàng)工作以及環(huán)節(jié)運(yùn)行必須要經(jīng)由大腦來支配和調(diào)節(jié)，否則這些功能以及各項(xiàng)機(jī)械便失去了實(shí)際的意義。因此，對于整體電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)來說，軟件系統(tǒng)就相當(dāng)于大腦，能夠?qū)ο到y(tǒng)的進(jìn)一步操作和提升進(jìn)行調(diào)配。礦山電氣設(shè)備所處環(huán)境較為復(fù)雜，需要專業(yè)性高、科學(xué)性好的軟件系統(tǒng)支持，必須要結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)以及礦山企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，選擇合適的軟件，建立科學(xué)化的信息平臺，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測下電氣設(shè)備信息數(shù)據(jù)的處理以及交互，進(jìn)行真實(shí)的動(dòng)畫模擬、報(bào)警及故障維修等多項(xiàng)功能工作。

3 礦山電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷設(shè)計(jì)

礦山電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)涉及眾多環(huán)節(jié)，因此在設(shè)計(jì)過程中，必須要考慮各方面的因素。在當(dāng)前的工作條件以及科學(xué)水平下，在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)具體分為四大部分，分別是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、參數(shù)監(jiān)控以及故障診斷；系統(tǒng)利用當(dāng)前不斷發(fā)展的振動(dòng)加速傳感器以及溫度傳感器，從而對設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況及設(shè)備溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過礦用本安振動(dòng)監(jiān)測分析儀對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的采集轉(zhuǎn)換以及處理，最終實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的在線監(jiān)測與故障診斷。

3.1 核心部件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以MHK18礦用本安振動(dòng)檢測儀為核心，用于礦產(chǎn)資源開采過程中的井下設(shè)備工作，特別是往復(fù)機(jī)械中的振動(dòng)測量，能夠?qū)Ω黜?xiàng)設(shè)備進(jìn)行定期的巡檢以及檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對各種器械設(shè)備振動(dòng)的在線監(jiān)測以及故障診斷。

3.2 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)選用KS16礦用本安型振動(dòng)加速傳感器以及LH516—S礦用本安型數(shù)據(jù)采集分站組成，能夠在工作過程中對軸承振動(dòng)進(jìn)行進(jìn)一步的監(jiān)測和分析；將其安裝在各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的軸承蓋上，使傳統(tǒng)的壓電加速傳感器與電荷放大器基于一體，這樣能夠更加方便、快捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量和分析，不斷提高測試的精度和可靠性。振動(dòng)加速器自身一定的加速特性導(dǎo)致晶體變形從而產(chǎn)生電壓，因此正確計(jì)算出產(chǎn)生電壓與所施加加速度之間的關(guān)系，就能夠進(jìn)一步促進(jìn)加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

電氣設(shè)備重要的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號由內(nèi)部、外部因素共同組成。內(nèi)部因素包括運(yùn)轉(zhuǎn)方式以及自身結(jié)構(gòu)，外部因素包括其他設(shè)備或者部件對軸承的振動(dòng)作用。在監(jiān)測過程中，內(nèi)外因素共同作用，使得滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號變得復(fù)雜多樣，具有一定的隨機(jī)性，因此基礎(chǔ)工作必須要將特征信號從全部振動(dòng)信號中提取出來，對信號進(jìn)行具體的分析和監(jiān)測；滾動(dòng)軸承損壞程度越高，振動(dòng)便越強(qiáng)烈，一旦滾動(dòng)軸承發(fā)生開裂或破損現(xiàn)象，表面碰撞下將會(huì)直接導(dǎo)致與原有頻率相互作用產(chǎn)生共振現(xiàn)象，可以采用包絡(luò)法對共振信號進(jìn)行監(jiān)測和分析，提取故障特征[3,4]。

4 結(jié)語

總而言之，礦山電氣設(shè)備具有一定的特殊性，在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)對礦山電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢具有一定的積極意義，能夠通過對大型電氣設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測、故障處理，提高電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性和科學(xué)性，從而保證礦山企業(yè)的持續(xù)生產(chǎn)與穩(wěn)健運(yùn)行。