礦山機電設備智能故障檢測診斷技術的研究

馮肖利

(西山煤電(集團)有限責任公司機電處，山西太原030053)

1 礦山機電設備的故障檢測及診斷技術

故障診斷技術實際上是指集計算機技術、信號處理及分析技術、傳感器技術等先進技術于一體的具有綜合性的先進技術。相關的基礎學科理論、現代工藝理論以及檢測技術理論的不斷完善和發展為故障檢測技術的不斷升級和更新提供了重要的理論依據。故障檢測及診斷技術是一種通過對礦山機電設備的運行狀態、以及信號數據進行檢測，以此對礦山機電設備的安全性以及運行的可靠性進行預測的方法，通過對性號數據以及設備運行狀態的分析找出礦山機電設備的故障所在，對造成故障的原因以及危害程度進行明確的判斷，最終提出具有針對性的解決措施和具體的處理辦法，保證機電設備的持續正常運作。

2 礦山機電設備故障監測技術步驟

2.1 對信息的采集

對礦山機電設備的運行狀況以及運行的參數和信號數據進行監測，通過機電設備傳感器上所傳遞的信息進行數據的采集和整理，同時將這些數據通過計算機網絡存儲下來或者放入數據庫，以便日后調用。

2.2 對采集信息的處理

對機電設備的運行狀況進行現場采集的數據不能夠直接反映出設備的具體運行狀態，還必須對其中的數據進行相應的識別。在采集到的信息中，存在著有用的信息以及無用的信息，所以必須要將采集到的信息進行整合，對無用的信息進行剔除，同時也可以將數據進行轉換，將其中的有效信息提取出來并作出具體分析，再將這些數據轉換成機器或者人能夠讀懂的數據和信息。

2.3 將處理之后的信息進行分析和識別

在對采集到的信息進行處理之后，還要對這些信息數據進行分析和識別，主要通過數據分類管理、有效識別以及詳細分析，再將這些數據與之前設備正常運行時所采集到的數據進行科學的對比，通過參考和分析，得出當前設備的運行現狀以及設備有可能發生故障的部位、造成故障的原因以及故障的具體類別。

2.4 數學建模

礦山機電設備在運行中很多的參數和數據信息，與機電設備的狀態以及機電設備是否存在故障隱患有一定關系。因此，需要建立數學模型來準確反映機電設備狀態與產生故障的參數間的數學關系。

2.5 預測技術

對機電設備部件的剩余壽命和機電設備的故障情況等方面進行預測，可以為日常機電設備的保養工作和故障維修工作提供可靠依據，能夠有效避免礦山機電設備故障的發生。

3 礦山機電設備中故障檢測診斷技術的應用

3.1 礦井提升機檢測與故障診斷

提升機是礦井生產、運輸的主要設備之一，它擔負著提升原煤、矸石、下放材料、升降人員和運送設備的任務。提升機運行的安全可靠不僅直接影響礦山的生產，還影響到礦山生產人員的生命、財產安全。礦井雙筒提升機松繩現象經常發生，而松繩現象常常帶來很大的危害。這里介紹一種簡單實用的松繩檢測裝置。該裝置主要由單片機和霍爾傳感器組成，其原理是:在提升機每個天輪一側安裝一周小磁鋼，并在適當位置安裝霍爾傳感器檢測兩天輪的轉速，在正常運行時，兩天輪的轉速相同，則兩個傳感器輸出的計數脈沖個數基本相同，該裝置內單片機計算出的兩天輪的行程差幾乎為零;當鋼絲繩出現松繩現象時，兩天輪的行程不同，該裝置可計算出兩天輪之間的行程差，當行程差達到預報警值時發出松繩報警信號;當行程差達到保護值時，該檢測裝置發出控制信號，使提升機及時剎車，起到保護作用。

3.2 用于通風機的故障檢測診斷

對相關產品進行研究后發現，在現階段，用于檢測診斷通風機故障的診斷極少，較為典型的裝置是KF－CA 型號的通風機集中檢測儀以及煤炭科學總院重慶分院FJZ 型號礦井主風機在線監測和故障診斷儀。它們的特點主要有:指令系統豐富且高效、18 位的中央處理器、16 位的定時器兩個、16 位的監視定時器以及高速輸入及輸出的接口等。通過指令發出、診斷儀診斷、處理器分析檢測、定時器進行時限規定、診斷結果高速輸入、輸出。來完成對通風機故障的檢測診斷。

3.3 用于采煤機的故障檢測診斷

為改變現階段國產采煤機落后的故障檢測診斷狀況。原煤炭部把研制“電牽引采煤機的工況檢測與故障的診斷系統”作為重點科技攻關計劃來看待。電牽引采煤機的工況檢測與故障的診斷系統主要由變頻器通信設備等幾部分組成，該變頻器能檢測出29 個工況的檢測參數，顯示屏及液屏均單獨設立，可顯示出采煤機在運行時的牽引速度參數、輸入電壓的參數等，且具有過壓欠壓及過載過流、溫度保護等功能。其主要功能為把變頻器的工況檢測信號傳送至工況故障檢測中心，進而得出相應處理，最后以圖形或是中文的方式進行集中顯示。

4 礦用高壓異步電動機的檢測及診斷技術

常見故障特征提取方法包括信號處理、模式識別和參數辯識。現代信號處理技術的發展為故障診斷提供了強有力的工具，人工智能技術的應用大大提高了診斷的精度和范圍。模糊邏輯、人工神經網絡、專家系統等人工智能技術都被應用于異步電動機的故障診斷，取得了較好的效果。異步電動機故障常見的檢測與診斷方法有:

1)局部放電檢測。利用檢測定子電流的電流互感器(CT)和高頻檢測儀，或通過射頻天線和帶通濾波器檢測局放脈沖，可辨別各種局放源以診斷定子的不同故障。這種方法對有些低壓電機效果較差。

2)電流高次諧波檢測。定子繞組故障可引起定子電流的高次諧波增加，尤其是定子繞組匝間短路故障。據研究，匝間短路時定子電流的5、11、17 次諧波顯著增加，其中5 次諧波增加較多。根據電動機故障所表現的不同特征，又分為對稱故障和不對稱故障兩大類:對稱故障如過載、堵轉和三相短路等，這類故障最明顯的特征是電動機電流明顯增大，因此可通過電動機過流程度來診斷這類故障。不對稱故障如斷相、相間短路、匝間短路、單相接地和兩相接地等。有關研究表明，當定子繞組的一個線圈對中性點短路時，三相電流的幅值為 1. 07、0.89、0.91。利用定子電流的不平衡現象檢測異步電動機的定子繞組故障較為方便有效。這類故障最明顯的特征是電動機電流中出現負序電流和零序電流，因此以零序電流和負序電流分量作為鑒別不對稱故障的判據有較高的可靠性。不對稱故障根據故障點的不同又可分為接地性和非接地性兩大類，故障的類型不同其信號的檢測方法也不同。

3)磁通檢測。電機的定子故障會使內部磁通在徑向和切向工的分量發生變化，只要檢測出這兩個分量的磁通變化情況，也可診斷出定子故障。此方法在高壓電機定子側的多種故障檢測中得到了應用，但這種方法需要專門的磁通檢測儀器，使用不方便，對弱信號不易檢測。

5 結語

隨著煤礦現代化進程的加快和安全技術的高速發展，各種新裝備、新技術逐漸在煤礦產業生產中得到越來越多的應用，信息化工作快速推進，這些都使得煤礦生產的效率和安全性得到了很大的提升，同時為煤礦企業帶來了很好的經濟效益。

［1］孫新城.淺析煤礦機電設備維修中故障檢測診斷技術的應用［J］.企業技術開發，2011(17).

［2］井學慶.礦山機電設備故障診斷技術的研究與探討［J］.黑龍江科技信息，2012(2).