煤礦機電設備運行狀態智能評估技術

王用維

（山東能源魯西礦業有限公司梁家煤礦綜放隊，山東 龍口 265700）

0 引言

隨著現代化工業產業發展與生產能力的提升，我國煤礦企業在市場內的規模越來越大，為確保煤礦企業在此種發展背景下具有穩定的生產收益，應根據相關工作實際需求，進行煤礦企業生產設備的及時更新，并按照企業生產作業規范，設計合理、優化的設備管理模式，通過此種方式，在保證企業產能的條件下，降低煤礦企業內機電設備在運行中的風險，保證機械運行的可靠性與安全性［1］。在落實此項工作時，應明確機電設備是煤礦企業生產過程中的主要設備之一，設備的運行能力、持續化運行水平不僅對企業生產造成決定性影響，還會對企業社會運營中的經濟效益造成干預。一旦煤礦企業在生產運作過程中出現機電設備故障，企業需要支出部分資金用于設備維修，與此同時，企業還需要支付一部分由于設備異?；蛟O備故障導致的間接性費用。為實現對此項工作的優化，為煤礦企業社會生產與發展提供全面保障與技術支撐，有關單位提出了針對煤礦企業機電設備在運行中實時狀態的感知與評估方法，但早期設計的方法在實際應用中均存在不同程度的問題，部分評估方法需要大量的決策數據作為支撐，而一旦決策數據中存在不真實數據或偏差數據，便會出現評價結果偏離真實結果的問題。為解決此方面問題，提高煤礦企業中機電設備運行的可靠性與穩定性，設計一種針對其運行狀態的全新評估方法，通過此種方式，可更加直觀地掌握設備實時運行狀態，給企業生產管理提供技術幫助與指導。

1 選取煤礦機電設備運行狀態評估指標

為實時掌握煤礦設備在運行中的安全狀態，保障設備運行的穩定性與連續性，應在設計評價方法前，進行設備健康指標選擇［2］。通常情況下，采用在機電設備上安裝傳感器，對機電設備狀態數據進行采集、感知、監測與記錄。用于描述機電設備常量狀態的數據包括：機電設備振動頻率、設備運行溫度、壓力與流量等。在獲取信息時，根據相關工作需求，部署不同類型的傳感器。

在此過程中，選用MG-200500-AWD 型號的對點檢記錄設備，進行機電設備在運行中狀態數據與故障數據的記錄，根據獲取的相關數據，設計見表1所列的機電設備運行狀態評估指標［3］。設計指標時所選指標應具有覆蓋范圍全面、代表性等特點。

表1 機電設備運行狀態評估指標

在上述內容的基礎上，設定現有用于評價機電設備運行狀態的構件數量表示為n，此時，可使用A 表示機電設備運行狀態數據集合［4］。按照上述方式，完成對機電設備運行狀態評價指標體系的構建。

2 計算機電設備運行狀態劣化度

完成上述研究后，可將機電設備運行過程中的劣化程度作為評估設備安全性的關鍵，明確機電設備在運行中，不同構件之間的狀態與其整體狀態之間具有密不可分的聯系［5］。因此，可以根據機電設備的劣化程度，掌握機電設備在運行中距離良好狀態的偏向距離。在此過程中，明確機電設備運行中可能造成其劣化的影響因素較多，將根據設備額定狀態，進行其劣化狀態與劣化程度的初步計算，計算公式如式（1）。

式（1）中,d表示劣化程度的初步計算結果；x0表示煤礦機電設備初始化運行狀態；xn表示傳感器反饋的機電設備運行狀態數據；xmax表示機電設備在極限條件下的運行數據；k表示狀態參數與煤礦機電設備運行狀態額定參數之間的關系，常規條件下，k的取值為常數；n表示現有用于評價機電設備運行狀態的構件數量。在上述內容的基礎上，將初步評估結果錄入專家系統中，輔助人為評分的方式，進行其劣化程度的進一步計算［6］。假設在此過程中機電設備運行狀態包括M種，可按照式（2）進行其劣化值的計算。

式（2）中,D表示基于專家系統的機電設備運行劣化程度計算值；d表示劣化程度的初步計算結果；X表示現場打分值；Y表示專家評估值；M表示技術小組評分值。按照上述方式，完成對機電設備運行狀態劣化的分析，為設備運行過程中的智能化評估提供進一步的數據作為決策支撐。

3 基于層次分析的運行狀態智能評估

為實現對機電設備運行狀態的智能化評估，引進層次分析法，對不同機電設備運行狀態劣化度計算結果進行量化。量化前，需要根據相關工作的需求，進行計算結果的一致性檢驗，對計算值進行檢驗不僅是為了保證評價結果具有可行性，還是檢驗評估結果真實性與可靠性的過程［7］。在此過程中，需要先獲取不同評價參數與指標在不同狀態下的數據值，以此為標準，確定數值在評估過程中的確定步長。在此基礎上，引進層次分析法，進行不同指標的權重分析，掌握多個評價指標在評估過程中的重要程度。同時，建立評價模型，錄入機電設備運行狀態集合、評價集合，根據現有確定設備狀態區間的評估內容。構建評價矩陣，明確評價過程中的向量值，在遵循最大隸屬度原則的基礎上，進行機電設備運行狀態的智能化評估。上述提出內容中的一致性檢驗，可通過式（3）計算實現。

式（3）中,C表示評價結果一致性檢驗值；c表示隨機檢驗值；I表示指標層次；P表示權重；R表示判斷矩陣；p表示指標維度。根據相關工作需求：當C的計算結果大于0.05 時，說明檢驗結果真實、可靠，輸出C值對應的結果；當C的計算結果小于0.05 時，說明檢驗結果存在偏差，需要采用重新構造判斷矩陣或重新進行指標選擇方式，進行檢驗結果校正［8］。按照上述方式，對評價過程進行標準化處理，在此基礎上，結合實際工作，將式（2）中的劣化值作為狀態評估參照依據，設計煤礦機電設備運行狀態評估等級與劃分標準，相關內容見表2所列。

表2 煤礦機電設備運行狀態評估等級與劃分標準

當評估后機電設備處于I等級時，證明設備在運行中各項指標、運行參數、反饋數值正常，且監測其狀態值與設計的預警閾值較遠，可根據實際情況，適當延長或增加針對此設備的運行檢修與維護周期。

當評估后機電設備處于II 等級時，證明設備在運行中各項指標、運行參數、反饋數值在標準值范圍波動，但此刻設備的運行不存在安全風險，可按照預設的維護周期進行設備檢修與維護。

當評估后機電設備處于III 等級時，證明設備在運行中部分指標與反饋數值在預警閾值范圍內，也有部分指標在標準值上下波動，應適當加大對此設備的安全檢修，并在維護與更新過程中，針對此設備遵循優先維護原則。

當評估后機電設備處于IV 等級時，說明設備的各項指標已經呈現異常波動狀態，該設備無法在煤礦企業生產作業過程中發揮預期效果，需要立刻采取有效措施進行設備維修與安全檢查。

4 實例應用分析

完成上述設計后，為實現對本設計方法在實際應用中效果的檢驗，將以試點地區某煤礦企業為例，使用本設計方法，對企業生產作業過程中的煤礦設備運行狀態進行評估。為確保設計方法可以發揮預期評價效果，在設備運行監控終端進行測試環境的配置。相關內容見表3所列。

表3 監控終端測試環境的配置

按照上述方式，完成對實驗環境的配置后，選擇FA-15 000型號的機電設備作為評估對象，在其作業環境中安裝傳感器，按照本設計方法進行評估，在此過程中，先根據設備型號、額定參數、屬性信息等，進行設備運行狀態評估指標體系的構建。在此基礎上，使用傳感器，獲取設備運行狀態數據，計算機電設備運行狀態劣化度，結合層次分析法，進行設備運行狀態的智能評估。將評估結果按照監測時序反饋到前端，在前端進行設備運行狀態的感知。已知該設備在運行中處于預警狀態，在此基礎上，截取前端屏幕上部分時段設備運行狀態評估曲線，如圖1所示。

圖1 煤礦機電設備運行狀態智能評估結果

圖1中四條虛線代表設備劣化度量化的界線。從上述實驗結果可以看出，本設計方法反饋的結果顯示，該設備的劣化值在0.35～0.65 D波動，與表2中內容進行比對，說明設備的運行處于預警狀態。此評價結果與已知結果一致，由此可以證明本評價方法具有可靠性。

5 結束語

為發揮機電設備在煤礦企業中更高的效能，實現為煤礦企業生產運營創造更高的經濟效益，開展了此次研究。研究成果經過實踐檢驗后證實了具有一定可行性，但要實現將此方法在煤礦企業內大規模推廣使用，還需要在現有工作的基礎上，加大對此方法實踐測試的投入，通過此種方式，為深化此方法的綜合性能提供進一步的指導與幫助。