煤礦通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)研究

李春潮

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部寺河煤礦，山西 晉城 048205）

在整個煤礦通風(fēng)的系統(tǒng)中起重要作用的機(jī)械設(shè)備是礦井通風(fēng)機(jī)，所以在其出現(xiàn)問題時要立即終止工作對其進(jìn)行維修，由此可以看出通風(fēng)機(jī)的檢修與維護(hù)十分重要[1]。針對此，設(shè)計采用了由智能控制和電力電子技術(shù)、傳感器與通信技術(shù)以及故障監(jiān)測技術(shù)聯(lián)合組成的可監(jiān)測通風(fēng)機(jī)故障的監(jiān)控與診斷系統(tǒng)。

1 礦井通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)

1.1 系統(tǒng)開發(fā)思路

建設(shè)一個專門用來監(jiān)測診斷通風(fēng)機(jī)故障的智能系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控通風(fēng)系統(tǒng)，及時對其所產(chǎn)生的故障進(jìn)行診斷，并對相應(yīng)故障予以解決的目的。

可依據(jù)風(fēng)機(jī)不同的狀況以及當(dāng)時礦井的通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，借助高壓變頻系統(tǒng)來達(dá)到對指令的迅速反應(yīng)，從而達(dá)到封閉操控風(fēng)機(jī)的效果。

以設(shè)備的實況數(shù)據(jù)以及以往的參數(shù)為依據(jù)，對目前的機(jī)器情況及時做出測評，以此來達(dá)到事故預(yù)警的效果，并給出所分析出的可能故障起因以及可參考的解決方法等，還會相應(yīng)提出日常檢修計劃[2]。

上述的三個階段是相互關(guān)聯(lián)并不斷深入的，對通風(fēng)機(jī)的事故診斷、問題以及解決進(jìn)行了作答，這將有利于保障通風(fēng)機(jī)的正常安全運行。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 所示為智能監(jiān)測通風(fēng)機(jī)以及相應(yīng)的事故診斷系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想，其主要分為監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。其中，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)分為上下位機(jī)系統(tǒng)。配有PLC 的下位機(jī)在整個監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中處于核心地位，其核心工作是采集數(shù)據(jù)以及進(jìn)行通訊；傳感器可以分為溫濕度、煙霧以及風(fēng)量傳感器三大類，下位機(jī)將這三類的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行輸送，運至負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通訊的裝置處。上位機(jī)的核心部件是位于主通風(fēng)機(jī)處的監(jiān)控主機(jī)以及位于機(jī)電隊的兩臺工業(yè)計算機(jī)，而且兩者都借助了MCGS 系統(tǒng)來完成組態(tài)工作，接收并儲存下位機(jī)輸送來的數(shù)據(jù)，并且在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)一步加以分析，從而完成預(yù)警工作，而且還要時時保持和下位機(jī)的通信溝通，以此實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控通風(fēng)機(jī)的功能。

圖1 礦井通風(fēng)機(jī)只能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 設(shè)備運行管理功能

設(shè)備主要顯示振動幅值、電機(jī)電流、當(dāng)前負(fù)荷、溫度等參數(shù)；設(shè)備運行動畫、各個測點的實時數(shù)據(jù)則在主界面上顯示；可以通過輸入時間數(shù)據(jù)查詢過去的參數(shù)狀態(tài)，且可以提供多種參數(shù)表現(xiàn)形式；可對以往事故和歷史警報進(jìn)行查詢；在參數(shù)出現(xiàn)異常時，機(jī)器會發(fā)出報警。

控制方式切換：根據(jù)礦井的智能數(shù)據(jù)平臺以及互聯(lián)網(wǎng)通訊數(shù)據(jù)，整個通風(fēng)系統(tǒng)會顯示氧氣、溫度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，并展現(xiàn)出各數(shù)據(jù)的折線圖，其可作為選擇切換控制方式以及調(diào)控通風(fēng)量的重要參考數(shù)據(jù)。相應(yīng)對照的三種操控模式分別是開環(huán)、單回路閉環(huán)、串級閉環(huán)。這三種模式中，開環(huán)控制可以調(diào)控變頻器頻率，因此該方式可以對通風(fēng)量大小進(jìn)行直接調(diào)整。

2.2 設(shè)備故障管理功能

1）信號分析?？芍饕槍φ駝有盘栠M(jìn)行進(jìn)一步分析，并展示出來，其分析內(nèi)容具體包括：寸域分板波形、幅值、軸心軌跡、軸心位置、軸系運動仿真；小波變換頻域分析有頻譜、相位、瀑布圖、濾波分析、細(xì)化譜、倒頻譜、包絡(luò)分析；對趨勢及其相關(guān)趨勢分析，即改變?nèi)我庖粋€或者更多的參數(shù)而引起的其他參數(shù)的改變。設(shè)立對各參數(shù)變化圖進(jìn)行說明解釋的窗口，并將其放在顯示窗旁。其解釋說明內(nèi)容包括該頻譜圖里的核心頻譜，以及出現(xiàn)異常的頻譜，并標(biāo)明處于該種情況的頻譜下的設(shè)備狀況。

2）對故障進(jìn)行診斷并提出建議。對設(shè)備的故障類型提出唯一的判斷結(jié)果，其顯示結(jié)果有三方面：所判故障結(jié)果；對目前情況進(jìn)行評判；提出解決措施。

3）報警。如果出現(xiàn)異常情況，機(jī)器就會發(fā)出警報，并啟動應(yīng)急系統(tǒng)。

2.3 設(shè)備檢修管理功能

1）根據(jù)以日、周、月、年為周期的檢修記錄和任務(wù)對設(shè)備檢修情況予以提醒。其中，日檢修提醒會以日為單位在打開本菜單時自動彈出。將檢修的任務(wù)單分為兩類：常規(guī)檢修和狀態(tài)檢修。其中，常規(guī)檢修主要是日常檢修通風(fēng)機(jī)；狀態(tài)檢修則是針對通風(fēng)機(jī)的問題故障以及實時狀態(tài)，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修，其檢修提醒內(nèi)容包括未檢修設(shè)備號、對設(shè)備的狀態(tài)評估結(jié)果以及檢修項目。此外，該功能還能根據(jù)待檢設(shè)備所處的位置以及緊急與否給予優(yōu)化檢修線路參考。

2）檢修歷史查詢。可通過輸入編號、日期、檢修員信息等信息來查找以往檢修歷史和檢修工單。

3）檢修工單。設(shè)立檢修工單，并硬性要求負(fù)責(zé)檢修的人員進(jìn)行填寫，并將其與相對應(yīng)的檢修任務(wù)書進(jìn)行歸總。填寫維修工單的目的是達(dá)到全程跟進(jìn)檢修工作，并對相關(guān)工作過程進(jìn)行記錄。檢修工單的投入和使用，有助于對檢修歷史無法查詢的歷史問題進(jìn)行解決，而且還有利于為企業(yè)積累設(shè)備檢修經(jīng)驗。

4）檢修幫助。所給出的案例分析可以根據(jù)不同型號設(shè)備的維修經(jīng)驗、相關(guān)知識和以往故障的分析情況通過檢修自動形成。這些分析可幫助查詢設(shè)備常見故障與解決措施。其和歷史查詢相比最大的優(yōu)點和不同就是該功能需基于對以往數(shù)據(jù)的分析。

2.4 設(shè)備參數(shù)管理功能

1）設(shè)備基本參數(shù)。設(shè)備基本參數(shù)的主要類型有編號、使用說明、型號、生產(chǎn)商、出場日期、以及參數(shù)信息等。

2）設(shè)備更新管理。在更換新設(shè)備后，將新?lián)Q設(shè)備等各種參數(shù)信息詳細(xì)錄入?yún)?shù)窗口中。該窗口在檢修工單中的“更換設(shè)備”目錄下。

3 實踐應(yīng)用及效果分析

在設(shè)計并生產(chǎn)了該通風(fēng)機(jī)的智能監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)后，在某礦場進(jìn)行了投入使用試驗[3]，其詳細(xì)使用成效如下：

1）建立了功能詳盡的“礦井主通風(fēng)機(jī)智能變頻控制與故障診斷決策支持系統(tǒng)”，通過該系統(tǒng)的使用，對遠(yuǎn)程監(jiān)控以及判斷故障進(jìn)行處理，以及對通風(fēng)機(jī)的統(tǒng)籌管理進(jìn)行了整合，實現(xiàn)了無人監(jiān)控，促進(jìn)了對通風(fēng)機(jī)的安全管理，起到了節(jié)能減排的效果。

2）可對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻控制。借助變頻器來調(diào)整電機(jī)的通電量，從而控制風(fēng)量大小，并有利于減少能耗。

3）解決了整個通風(fēng)系統(tǒng)管理的相對滯后性和非線性問題。該問題主要通過主、副兩調(diào)節(jié)器的安裝和使用予以解決。以風(fēng)量和轉(zhuǎn)速為參考信息，結(jié)合實際井下工作的情況，對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了對通風(fēng)系統(tǒng)的控制。

4）將互聯(lián)網(wǎng)互通技術(shù)與通風(fēng)機(jī)的事故診斷系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合。將工作中收集到的通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流情況、機(jī)體溫度等信息輸入信息分析系統(tǒng)來進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理，從而分析得出設(shè)備是否出現(xiàn)故障；并借助多種信息傳感器對上述信息進(jìn)行進(jìn)一步補充，從而實現(xiàn)對故障的精確判斷。

5）實現(xiàn)了對整個通風(fēng)系統(tǒng)的綜合管理和共同決策。根據(jù)專家經(jīng)驗，配合以往的設(shè)備檔案資料以及實時工作狀態(tài)評估，同時利用事故預(yù)判系統(tǒng)對發(fā)生異常的部件進(jìn)行分析，找出問題出現(xiàn)原因并提供解決措施，以此達(dá)到對設(shè)備情況的精準(zhǔn)掌控，改革了以往的礦井維修方式。

6）裝設(shè)風(fēng)門到位檢測控制裝置。該舉措解決了在風(fēng)道中不易安裝傳感器、并對環(huán)境要求苛刻的問題，該裝置安裝后，可以對風(fēng)門位置進(jìn)行精準(zhǔn)掌控，減少漏風(fēng)現(xiàn)象，同時還提高了通風(fēng)系統(tǒng)的工作效率，減少了能耗。