礦井風(fēng)機(jī)報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

段志勇

（山西潞安和順一緣煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉中 032700）

1 現(xiàn)有風(fēng)機(jī)報(bào)警系統(tǒng)存在的問題

礦井風(fēng)機(jī)報(bào)警系統(tǒng)是通過設(shè)定一些閾值，當(dāng)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)達(dá)到閾值時(shí)就會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。但在實(shí)際過程中，當(dāng)風(fēng)機(jī)部分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)到閾值并發(fā)出警報(bào)時(shí)，風(fēng)機(jī)的零件就已經(jīng)損壞，其并不能起到保護(hù)風(fēng)機(jī)的作用。報(bào)警系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析能力不足，所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)對(duì)于大部分值班人員來說并不能起到很好的作用。而現(xiàn)有的Matlab擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力可以彌補(bǔ)這方面的缺點(diǎn)，因此對(duì)礦井風(fēng)機(jī)的報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)可以提高報(bào)警的準(zhǔn)確性與報(bào)警的能力。

2 報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

組態(tài)王作為監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的軟件，主扇風(fēng)機(jī)的報(bào)警系統(tǒng)正是基于此組態(tài)軟件搭建而成。由組態(tài)王搭建的報(bào)警系統(tǒng)可以對(duì)達(dá)到閾值或超出預(yù)定范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警，對(duì)故障信息及時(shí)記錄，并在報(bào)警窗口顯示故障信息。但現(xiàn)用的組態(tài)王報(bào)警系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理即無法對(duì)故障信息進(jìn)行合理有效的預(yù)測(cè)和報(bào)警，如果只能靠改變報(bào)警的閾值來提高預(yù)警的準(zhǔn)確度勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生大量的誤報(bào)信息，還需要大量的人力進(jìn)行審核檢查。因此，基于Matlab對(duì)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

Matlab的主要作用是對(duì)主扇風(fēng)機(jī)的預(yù)警機(jī)制進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，對(duì)原有的數(shù)據(jù)處理分析后經(jīng)過OPC技術(shù)將數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送到Matlab軟件，Matlab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將分析的結(jié)果傳送至組態(tài)王，組態(tài)王對(duì)系統(tǒng)故障信息進(jìn)行顯示[1-3]。改進(jìn)后的報(bào)警系統(tǒng)如圖1所示。

2.1 運(yùn)用Matlab優(yōu)化報(bào)警機(jī)制

本文以主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的主扇風(fēng)機(jī)軸承溫度為例，對(duì)主扇風(fēng)機(jī)的軸承溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軸承在正常生產(chǎn)運(yùn)行過程中溫度在48～60℃范圍內(nèi)，主扇風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行情況下，風(fēng)機(jī)軸承溫度歷史最高為59.8℃，歷史最低為48.7℃。主扇風(fēng)機(jī)的軸承溫度故障可以分為三種類型，分別為緩慢升高型、周期性波動(dòng)型和急變型。對(duì)風(fēng)機(jī)維修前的軸承溫度記錄資料分析發(fā)現(xiàn)，軸承故障發(fā)生前的溫度在緩慢的升高即屬于緩慢升高型，此時(shí)主扇風(fēng)機(jī)的報(bào)警機(jī)制反應(yīng)較為滯后，對(duì)軸承的損害最為嚴(yán)重。故急變型顯示出風(fēng)機(jī)軸承達(dá)到閾值更加迅速，這類信號(hào)的報(bào)警機(jī)制與緩慢升高型擁有相同的判斷機(jī)制即達(dá)到閾值發(fā)出報(bào)警信號(hào)。周期型同樣可以在達(dá)到閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)回落現(xiàn)象，這三種故障信號(hào)機(jī)制都可以采用Matlab故障判斷機(jī)制。

圖1 報(bào)警系統(tǒng)關(guān)系圖

在這三種故障信號(hào)中，風(fēng)機(jī)軸承溫度在單位時(shí)間內(nèi)升高0.4℃以上，其中急變型溫度上升高程度最大，因此設(shè)置溫升0.5℃可滿足預(yù)警要求，溫度升高程度超0.5℃的次數(shù)設(shè)定為3次，以防止系統(tǒng)出現(xiàn)誤報(bào)。對(duì)于急變型信號(hào)來說，該設(shè)定機(jī)制具有較好的敏感性，可以迅速準(zhǔn)確發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。對(duì)于緩慢升高型故障信號(hào)和周期型故障信號(hào)，雖然溫度升高程度變化趨勢(shì)不是很明顯，但同樣也能滿足預(yù)警要求。如相對(duì)于緩慢型，由于溫升變化具有一定的滯后性，因此如果判別為故障可提前對(duì)風(fēng)機(jī)軸承進(jìn)行檢修，防止風(fēng)機(jī)軸承出現(xiàn)更嚴(yán)重的損害。

綜合軸承溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將軸溫在60℃時(shí)設(shè)置為系統(tǒng)判別閾值，當(dāng)溫度到達(dá)60℃時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)Matlab進(jìn)行故障分析。采集到的軸承溫度數(shù)據(jù)是時(shí)變的數(shù)組，因此將軸溫進(jìn)行轉(zhuǎn)化并實(shí)施對(duì)軸承溫度變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)故障將故障信息發(fā)送到組態(tài)王系統(tǒng)。組態(tài)王中設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)可以判別收到的故障信號(hào)，一旦超出閾值將在顯示端呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)報(bào)警信息，Matlab的部分設(shè)定程序如下：

2.2 Matlab與組態(tài)王的數(shù)據(jù)通訊

組態(tài)王軟件啟動(dòng)時(shí)可以運(yùn)行OPC服務(wù)器。組態(tài)王中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都可以連接到OPC服務(wù)器，這些數(shù)據(jù)都可以通過OPC數(shù)據(jù)庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)傳輸。數(shù)據(jù)源與運(yùn)行中的組態(tài)王監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)通過Matlab軟件分析。以主扇風(fēng)機(jī)前后軸承溫度為例，對(duì)一級(jí)電機(jī)前后軸承的溫度數(shù)據(jù)寫入Matlab軟件，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。Matlab軟件中擁有OPC工具箱，可以直接通過Matlab軟件的可視化界面對(duì)OPC進(jìn)行編輯。為了使系統(tǒng)的實(shí)用性更強(qiáng)，可以直接直接對(duì).m文件進(jìn)行編輯并轉(zhuǎn)成系統(tǒng)可執(zhí)行的程序。Matlab軟件和組態(tài)王之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程如圖2所示。

3 報(bào)警系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用測(cè)試

圖2 Matlab獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

測(cè)試前將Matlab程序進(jìn)行打包，設(shè)計(jì)為可以執(zhí)行的文件。為了對(duì)系統(tǒng)程序的可靠性以及改進(jìn)后報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警性能進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)判定出的故障點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。當(dāng)軸溫達(dá)到63℃時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)中的報(bào)警機(jī)制對(duì)軸承故障進(jìn)行識(shí)別并作出報(bào)警，測(cè)試效果與預(yù)期相同，且滿足要求。為滿足礦井各類風(fēng)機(jī)需求，本程序?qū)S承溫度升高次數(shù)和溫升值都可以在可視化界面中進(jìn)行更改，設(shè)置了參數(shù)趨勢(shì)曲線和報(bào)表，方便用戶的管理和數(shù)據(jù)分析，具有故障報(bào)警功能，風(fēng)機(jī)故障或關(guān)鍵參數(shù)超限都會(huì)進(jìn)行報(bào)警。

4 結(jié)論

基于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，利用Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)礦井主扇風(fēng)機(jī)的預(yù)警機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)，重新設(shè)定了風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)信號(hào)處理參數(shù)，經(jīng)過實(shí)際測(cè)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)與原來相比具有更好的預(yù)警能力，不僅可以更加準(zhǔn)確地判斷風(fēng)機(jī)故障，減少作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人力財(cái)力等損耗，提升現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)管理水平，保障風(fēng)機(jī)安全，而且可以及早地發(fā)現(xiàn)故障，預(yù)留一定的處理故障反應(yīng)時(shí)間，使煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn)的可靠性更高。