采煤機(jī)的異常分析與診斷控制系統(tǒng)的研究

馬鈺杰

（西山煤電機(jī)電廠電修車間， 山西 太原 030053）

引言

采煤機(jī)作為煤礦井下三機(jī)之一，直接決定了煤炭的綜采效率和安全性，一旦采煤機(jī)出現(xiàn)故障將導(dǎo)致停機(jī)維修，不僅造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后也容易產(chǎn)生威脅井下人員生命健康。為了最大限度確保采煤機(jī)工作的穩(wěn)定性，各煤炭生產(chǎn)企業(yè)均設(shè)置了專門的設(shè)備維修小組，每天利用停機(jī)時(shí)間對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行全面檢修，更換截齒、電路檢查等。但由于每天停機(jī)時(shí)間有限，所有的檢修工作主要停留在外在可見(jiàn)的層面，并不能對(duì)采煤機(jī)深層次的問(wèn)題進(jìn)行檢查，只能夠是故障完全顯現(xiàn)以后再去排查、維修，完全無(wú)法滿足井下越來(lái)越高的綜采作業(yè)要求[1]。本文提出了一種采煤機(jī)異常分析與振動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)Σ擅簷C(jī)運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控和分析，對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)和報(bào)警，直接鎖定故障源并將檢測(cè)、維修方案提供給維修人員，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障的提前預(yù)防，而且能夠縮短對(duì)故障排查時(shí)間，極大提升了采煤機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，縮短了設(shè)備檢修時(shí)間，具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 采煤機(jī)常見(jiàn)故障分類

采煤機(jī)是一種集機(jī)電液于一體的大型機(jī)電設(shè)備，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此建立采煤機(jī)異常分析與故障診斷控制系統(tǒng)的第一步是需要依據(jù)不同的結(jié)構(gòu)，對(duì)采煤機(jī)常見(jiàn)的故障類別和所涉及的部件進(jìn)行分類，作為故障分析與診斷系統(tǒng)的運(yùn)算分析基礎(chǔ)，采煤機(jī)整體結(jié)構(gòu)如1 所示。

采煤機(jī)的故障類別可分為機(jī)械故障、液壓故障和電氣故障三大類[2]。

1.1 機(jī)械故障

采煤機(jī)的機(jī)械故障主要包括傳動(dòng)軸承故障、傳動(dòng)齒輪故障、截齒磨損、傳動(dòng)系統(tǒng)故障等，該類別的故障發(fā)生后主要表現(xiàn)為采煤機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定、截割阻力增加等，因此可通過(guò)對(duì)傳動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、工作電流、工作電壓等的監(jiān)控進(jìn)行判斷。

圖1 采煤機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 液壓故障

液壓故障主要是控制采煤機(jī)搖臂運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)定位不準(zhǔn)、液壓油泄露、換向卡阻等，該類別的故障發(fā)生后主要表現(xiàn)為液壓系統(tǒng)的工作壓力變化、液壓油的流量變化等，可通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)的工作壓力和流量的監(jiān)測(cè)進(jìn)行判斷。

1.3 電氣故障

采煤機(jī)的電氣故障是最常見(jiàn)的故障類別，因采煤機(jī)機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行全部依賴于電氣系統(tǒng)的調(diào)整，當(dāng)出現(xiàn)電氣故障后，系統(tǒng)表現(xiàn)出控制失效等，該類別的故障可通過(guò)對(duì)傳輸控制信號(hào)和反饋信號(hào)的對(duì)比進(jìn)行判斷。

2 采煤機(jī)的異常分析與診斷控制系統(tǒng)

采煤機(jī)的異常分析與診斷控制系統(tǒng)的核心是對(duì)采煤機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、邏輯判斷、確定故障原因，其異常分析與診斷控制邏輯如下頁(yè)圖2 所示[3]。

由圖1 可知，該異常分析與診斷控制系統(tǒng)最關(guān)鍵的在于對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)的分析、判斷，為了確保對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性，該采煤機(jī)異常分析與控制系統(tǒng)采用了主成分分析法、隨機(jī)選擇法、方差選擇法、相關(guān)系數(shù)法、互信息法、卡方檢驗(yàn)方法[4]，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)行狀態(tài)的綜合判斷，各種判斷方式將判斷結(jié)果傳輸?shù)絇LC 控制中心，對(duì)六種判斷結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的組合分析，剔除偏離量最大的結(jié)果，對(duì)兩種最大概率的結(jié)果進(jìn)行分析，并反饋給監(jiān)控單元，由監(jiān)控單元采集第二組分析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終確認(rèn)最終的輸出結(jié)果。

圖2 采煤機(jī)異常分析與診斷控制邏輯

3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷及控制界面

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[5]主要是通過(guò)對(duì)人腦的思維模式、推理能力的模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的分析和解決，在利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行故障進(jìn)行判斷時(shí)，依據(jù)各類傳感器設(shè)備所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信號(hào)對(duì)其進(jìn)行分選，根據(jù)所預(yù)設(shè)的判定模型對(duì)各部分的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，同時(shí)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法還具有邏輯判斷功能，能夠?qū)σ欢螘r(shí)間內(nèi)的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、對(duì)信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行分析，輸出采煤機(jī)各部分運(yùn)行診斷結(jié)果，實(shí)現(xiàn)提醒維護(hù)人員對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行欠佳的部分進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)，有效提升采煤機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)異常診斷結(jié)果的有效識(shí)別，根據(jù)采煤機(jī)最常見(jiàn)的故障類別，針對(duì)性地設(shè)計(jì)了采煤機(jī)的終端顯示界面，能夠?qū)惓７治雠c診斷的結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在界面上，其顯示界面如圖3 所示。

圖3 異常分析與診斷系統(tǒng)顯示界面

4 結(jié)論

1）采煤機(jī)的故障類別可分為機(jī)械故障、液壓故障和電氣故障三大類；

2）采煤機(jī)異常分析與控制系統(tǒng)采用了主成分分析法、隨機(jī)選擇法、方差選擇法、相關(guān)系數(shù)法、互信息法、卡方檢驗(yàn)方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)行狀態(tài)的綜合判斷，各種判斷方式將判斷結(jié)果傳輸?shù)絇LC 控制中心，能夠獲得最精確的分析結(jié)果；

3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法還具有邏輯判斷功能，能夠?qū)σ欢螘r(shí)間內(nèi)的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、對(duì)信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行分析，輸出采煤機(jī)各部分運(yùn)行診斷結(jié)果，實(shí)現(xiàn)提醒維護(hù)人員對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行欠佳的部分進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)，有效提升采煤機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。