礦山電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

李興

摘要：采礦作業(yè)涉及到許多大型電氣設(shè)備，包括變壓器、輸送機、電梯等，這些電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行是采礦作業(yè)有序發(fā)展的重要保證。滾動軸承是大多數(shù)電氣設(shè)備的核心部件，也容易損壞。目前，由設(shè)備故障引起的安全事故時有發(fā)生，其中滾動軸承故障約占40%。因此，采用先進技術(shù)對軸承進行在線監(jiān)測和故障診斷，可以有效地保證電氣設(shè)備的正常運行，提高設(shè)備的性能。

關(guān)鍵詞：礦山電氣設(shè)備;在線監(jiān)測;故障診斷系統(tǒng);分析研究

1淺析礦山機電設(shè)備的使用、維護與故障診斷

1.1礦山機電設(shè)備總體水平

隨著時代的進步和發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷提高，為了促進我國礦山企業(yè)提高生產(chǎn)效率，跟上時代的發(fā)展，生產(chǎn)中使用的硬件設(shè)備應(yīng)該不斷更新，提高生產(chǎn)效率。但是，從目前的情況來看，我國大多數(shù)礦山企業(yè)由于缺乏資金支持，在礦山生產(chǎn)過程中仍然使用相對落后的生產(chǎn)設(shè)備，這不僅導(dǎo)致了礦山技術(shù)含量的缺乏，而且在一定程度上導(dǎo)致了采礦效率的不斷下降。雖然一些礦山企業(yè)已經(jīng)意識到自己生產(chǎn)設(shè)備的不足，但他們也引進了目前新的生產(chǎn)設(shè)備，這不僅大大提高了采礦效率，而且提高了礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益。然而，大多數(shù)礦山企業(yè)引進國產(chǎn)機電設(shè)備，只有少數(shù)進口先進設(shè)備，從長遠發(fā)展來看，我國礦山企業(yè)機電設(shè)備的應(yīng)用效率還有很大的提升空間。

1.2礦山機電設(shè)備使用、維護和故障診斷現(xiàn)狀

由于我國礦山企業(yè)機電設(shè)備硬件設(shè)施質(zhì)量的不同，一些企業(yè)忽視了機電設(shè)備的使用維護和故障診斷，在機械設(shè)備的后期使用中會出現(xiàn)很多問題。

2礦井電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的硬件設(shè)計

在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、參數(shù)監(jiān)測和故障診斷。振動加速度傳感器和溫度傳感器用于檢測設(shè)備輥的運行情況和設(shè)備溫度。信號數(shù)據(jù)由礦井本安振動監(jiān)測分析儀采集、放大、轉(zhuǎn)換，通過以太網(wǎng)傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器。最后實現(xiàn)了在線監(jiān)測和故障診斷。

2.1核心部件的設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計以MHK18礦用本安型振動檢測儀為核心。振動檢測儀適用于煤礦機械設(shè)備的常規(guī)振動測量，特別是往復(fù)式機械的振動測量。對各類設(shè)備進行點檢、檢查和定期檢查，可以方便地監(jiān)測各類機械設(shè)備的振動狀態(tài)和故障診斷。內(nèi)置剪切壓電加速度傳感器，頻率范圍寬;配備不同尺寸的探頭，以適應(yīng)不同的工作條件;液晶屏采用背光模式，可在光線不足的環(huán)境下使用;電池壽命20小時，具有電源提示功能;自動停機，無操作延遲;數(shù)據(jù)存儲功能。振動檢測儀可以檢測信號的振動峰值、振動頻率和故障，實現(xiàn)信號的智能處理。

2.2數(shù)據(jù)采集設(shè)計

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由KS16本安型振動加速度傳感器和LH516-S本安型數(shù)據(jù)采集分站組成。KS16礦用這種Ann型振動加速度傳感器主要用于測量軸承的振動，主要安裝在各種旋轉(zhuǎn)機械的軸承蓋上，傳統(tǒng)的壓電式加速度傳感器與電荷放大器設(shè)置在一個有機的整體上，可以直接與記錄顯示和采集儀連接，簡化了測試系統(tǒng)，提高了測試的準(zhǔn)確性和可靠性。振動加速器利用內(nèi)部晶體因加速度而變形。由于該變形產(chǎn)生電壓，因此可以通過計算產(chǎn)生的電壓和施加的加速度之間的關(guān)系將加速度轉(zhuǎn)換為電壓輸出。工業(yè)振動測量的靈敏度一般在50mV/g、100mV/g和200mV/g加速度傳感器中考慮，但傳感器的頻率范圍必須根據(jù)不同的測量對象進行選擇。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

滾動軸承的振動信號是由內(nèi)外因素共同作用形成的。內(nèi)部因素包括其自身結(jié)構(gòu)和運行方式，外部因素包括其他設(shè)備或部件對軸承的振動影響。由于內(nèi)外因素的共同作用，滾動軸承的振動信號具有復(fù)雜性和隨機性。從所有振動信號中提取特征信號是利用振動信號分析進行故障監(jiān)測和診斷的基礎(chǔ)。對振動信號進行時域分析。滾動軸承的損傷程度越高，振動越強烈，時域分析指標(biāo)越高。信號峰值用于檢測信號振動強度。

4電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用方案

4.1信息采集層的設(shè)計

信息采集層主要由傳感器實現(xiàn)，可以全面檢測電氣設(shè)備的運行狀態(tài)，傳感器本身可以長時間運行，滿足在線監(jiān)測的需要。但是，為了保證采集信息的完整性和準(zhǔn)確性，有必要注意傳感器的選擇，主要有兩點：（1）傳感器的性能必須滿足要求，特別是信息采集的速率和精度;（2） 綜合分析電氣設(shè)備異常狀態(tài)、常見故障的特征，根據(jù)特征類型選擇傳感器，如當(dāng)電氣設(shè)備處于異常狀態(tài)時，可能發(fā)生異常振動，振動頻率和振幅與以往不同，然后會選擇振動傳感器來采集設(shè)備信息，或者當(dāng)電氣設(shè)備的內(nèi)阻太大時，會導(dǎo)致電路燒毀，其內(nèi)部溫度會大大升高，那么就有必要選擇溫度傳感器來采集相關(guān)信息。一般而言，傳感器類型應(yīng)涵蓋所有異常狀態(tài)和常見故障的特征，并應(yīng)在出現(xiàn)缺陷時進行補救。

4.2信息處理層的設(shè)計

首先，為了確保信息采集層能夠與信息處理層進行通信，有必要在它們之間安裝一個傳感器，以便將信息采集層采集的電氣信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號格式，并且只能接受該格式，由信息處理層進行讀取和分析。其次，在信息處理層的設(shè)計中，該層由推理機和知識庫組成，因此設(shè)計主要集中在兩個方面：1）推理機設(shè)計，這是基于自動推理機的主要程序設(shè)計方法，其中設(shè)置了混合推理邏輯，邏輯會先根據(jù)原始信息進行正向推理，然后提出假設(shè)，然后通過逆向推理，發(fā)現(xiàn)原始信息中的信息支持假設(shè)的證據(jù)，如果沒有證據(jù)支持假設(shè)就是替換假設(shè)，只要有足夠的權(quán)利支持一個假設(shè)，就表明該假設(shè)是有效的，并且電氣設(shè)備在該假設(shè)中存在異常狀態(tài)或故障。（2） 設(shè)計知識庫、知識庫實際上是數(shù)據(jù)倉庫，但它不是簡單的用來存儲數(shù)據(jù)信息，需要人工對電氣設(shè)備的異常狀態(tài)、常見故障的統(tǒng)計特征進行分析，然后再進一步建立知識庫，推理機可以通過知識輥保存的數(shù)據(jù)信息提出假設(shè)，如電氣設(shè)備正常振動頻率為30次/s，然后推理機提出電氣設(shè)備異常振動頻率的假設(shè)，通過逆向推理確認設(shè)備當(dāng)前振動頻率是否滿足30次/s。否則，假設(shè)為真，并判斷電氣設(shè)備的異常振動現(xiàn)象。否則，設(shè)備振動正常。

4.3應(yīng)用終端層設(shè)計

應(yīng)用終端層由人工終端和系統(tǒng)終端組成，設(shè)計主要集中在兩個方面：（1）人工設(shè)計，人工終端包括常規(guī)計算機或移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（如智能手機，如具有計算機功能的設(shè)備，并可連接到設(shè)備），此類設(shè)備經(jīng)過信息處理后可以接受，信息處理層可以通過這些設(shè)備使人工掌握電氣設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，也可以通過知識庫接受推理機的解決方案，人工可以判斷方案的可行性，如果可行性不好，它不會通過，否則它會通過。終端終端（2）系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)，由高配置計算機負責(zé)執(zhí)行人工端通過的解決方案，也通過推理機了解電氣設(shè)備獲取信息采集層下的解決方案狀態(tài)，如果解決方案無效，將客戶端請求人工干預(yù)，人工可以切換到手動控制模式，解決方案通過手動端設(shè)計在系統(tǒng)終端上，然后由系統(tǒng)終端執(zhí)行。

5結(jié)論

根據(jù)礦山電氣設(shè)備的特點設(shè)計了在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)了礦山電氣設(shè)備信息的實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)查詢、報警處理和故障診斷功能，實現(xiàn)了大型電氣設(shè)備的實時監(jiān)測和及時故障診斷，有效提高電氣設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性。煤礦電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，對提高生產(chǎn)效率、保障煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。

參考文獻

[1]曾建雄.基于微震監(jiān)測的地下礦山開采擾動動力災(zāi)害分析與預(yù)測研究[D].武漢科技大學(xué)，2015.