基于藍光GIS的機電設備可視化監測與故障診斷系統應用

趙 芹

（中煤陜西榆林能源化工有限公司 ，陜西 榆林 719000）

0 引言

機電設備作為煤礦采掘行業來說，是重要的資產裝備，也是生產效益的客觀基礎，而礦井大型機電設備更是重中之重，它們是否安全可靠運行，不僅影響到整個礦井的生產，還關系到井下作業人員的安全[1]。近幾年隨著各類技術的發展，傳統的大型機電設備管理方法和監測技術已經不能滿足現代化礦井的安全生產需求，故障診斷技術也由原來的事后維修階段和預防維修階段發展到了現在的預知維修階段，預知維修的關鍵在于通過對設備運行狀態進行連續或周期監測，對歷史數據進行科學分析來預測設備的發展趨勢，及時準確地發現設備的異常，掌握設備的運行狀態，把握其發展趨勢，及早采取有效措施，作到防患于未然[2]，提高機電設備管理的效率和效益。同時，將機電設備管理與地理信息系統相結合，便于直觀的展示機電設備在采掘行業的復雜的作業環境的分布及運行狀況。

1 設計理念

1）系統將機電設備管理與地理信息系統進行無縫嵌套，借助地理信息仿真技術，實現機電設備的可視化管理，實現煤礦GIS主題數據和重大設備的空間位置相匹配，為數據共享、數據更新、可視化查詢、故障診斷和快速維修等奠定基礎。

2）系統對通風機、礦井提升機、壓風機、膠帶運輸機、水泵等大型機電設備實現可視化在線監測監控，通過軟件及時掌握設備的運行狀態，對各種故障及時報警，并進行監測數據分析，為實現設備未來狀態的預測預報提供支持。

2 系統結構圖

系統結構如圖1所示：

圖1 系統結構示意圖

通過設備監測監控數據采集與提交實現重大設備監測監控數據、各類傳感器數據的采集與提交，供數據挖掘、故障診斷、智能分析和決策支持使用。

設備GIS可視化管理通過與礦山GIS的無縫融合，借助地理信息技術，實現機電設備的可視化管理，使各級管理層能夠在機電設備管理平臺上對機電設備，尤其是精、大、稀設備的運行及分布狀況實現可視化查詢和適時展示。

設備故障診斷和預警模塊通過集成各種機電設備的監測信息，采用不同的方式直觀的展現煤礦機電設備監測監控信息，能夠及時準確的判定故障位置、故障原因和故障類型等，并進行故障診斷和預警。

設備故障監測分析通過對監測歷史數據進行分析，直觀的展示設備狀態變化情況，為設備故障預測提供基礎。

3 設備監測監控數據采集與提交

該模塊對不同廠家提供的不同的監測數據文件的格式及內容進行規范化處理，實現通風機、提升機、壓風機、水泵等重大設備監測監控數據的采集、存儲與提交，為設備故障診斷及分析提供可靠數據。

重大設備的監測監控數據主要包括：通風機的風壓、風量、軸承溫度、電機功率、排氣溫度等；壓風機的運行溫度、壓力、電機功率等；提升機的提升速度、提升次數、提升容器的位置、制動油和潤滑油的壓力、電動機的功率和軸承溫度等；水泵的流量、揚程、泵效率、電動機的功率和軸承溫度、吸水井水位等[3]。

4 設備GIS可視化管理

圖2 通風機空間分布

圖3 通風機參數查詢

對于礦山設備管理來說，無論是移裝、維護、點檢和運行，知道每臺設備的空間位置是至關重要的。因此，系統采用了與礦山GIS無縫嵌套的方式，利用可視化客戶端工具把礦圖和空間數據轉換為地理信息系統格式，將設備的參數數據（包括性能、狀況、位置等）在煤礦GIS平臺上進行數據的共享處理，實現機電設備的可視化和數字化管理。

5 設備故障診斷和預警

傳統的礦用機電設備在線監測系統僅局限于簡單數據的采集與監測數據顯示，不能及時準確的診斷分析出機電設備可能出現的故障。而本系統不但可以集成各種機電設備的監測信息，并且可以通過數據表方式、三維可視化方式和GIS圖形方式等不同的方式直觀的展現煤礦機電設備監測監控信息，從而能夠及時準確的判定故障位置、故障原因和故障類型等，并進行故障診斷和預警。

1）以數據表方式展現監測信息，并進行故障診斷及預警。

2）以GIS圖形方式展現監測信息，并進行故障診斷及預警。

圖4 設備監測數據表顯示及故障報警

對于井上的通風機、提升機、壓風機、供電設備和井下的水泵、帶式輸送機、采煤機、掘進機、風機等各種機電設備的開關量和模擬量，對應的傳感器探頭都可以在GIS圖上顯示和處理，對于異常監測數據可以GIS圖上進行報警顯示，從而準確的判定故障位置。

圖5 設備監測GIS圖形顯示

圖6 水泵三維可視化監測

圖7 供電設備三維可視化監測

3）以三維可視化方式展現監測信息，并進行故障診斷及預警。以礦山三維可視化虛擬場景為基礎，集成各種機電設備的各類監測監控系統，所有機電設備數據信息在三維場景中實時以組態方式展現，實現全方位、多角度、大視野的對礦井機電設備進行監控，可實現機電設備故障的報警和預測預報，為安全生產提供可視化支持。

6 設備故障監測分析

系統按照不同設備管理的主要指標，對監測實時數據和歷史數據進行集中分析與處理，并將分析結果以曲線或報表等方式進行展現，為管理人員提供決策支持。如圖7所示，系統可以按單位、按監控類型、按不同地點傳感器、按時間段等不同條件分析開關量變化的狀態，并以曲線圖的方式直觀的展示。

圖8 設備故障監測分析

7 總結

煤礦機電設備狀態直接關系到生產質量、生產效益和生產安全。系統結合各種監測技術，通過對設備位置、狀態、穩定性等運行信息的實時可視化監測，能夠及時排除設備故障，提高生產效率，最大限度的保障作業人員的安全。并且通過與GIS的融合，有效的實現了煤礦機電設備管理的可視化、遠程化與智能化，為保障煤礦生產的持續穩定性、安全性奠定了基礎。