文/呂帥亨

隨著礦山開采深度和難度的加大，機(jī)電設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行越發(fā)重要。而由于這些設(shè)備工作在高負(fù)荷和惡劣的環(huán)境中，所以設(shè)備自身的磨損、機(jī)械損傷以及老化狀況堪憂，依靠常規(guī)維護(hù)檢修手段很難保證其運(yùn)行狀態(tài)。因此，近年來(lái)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的在線檢測(cè)和自動(dòng)化故障診斷被應(yīng)用到這一領(lǐng)域。

1 礦山機(jī)電設(shè)備故障的發(fā)生機(jī)理

大型機(jī)電設(shè)備故障的發(fā)生一般體現(xiàn)為工況不穩(wěn)定或部分零部件損壞失靈等，從而導(dǎo)致停產(chǎn)或引發(fā)安全事故。而這通常要經(jīng)歷一個(gè)過程，分析這些故障的成因并對(duì)其進(jìn)行跟蹤檢測(cè)和分析，從而才能掌握故障發(fā)生的規(guī)律，并隨時(shí)對(duì)設(shè)備的狀況做出準(zhǔn)確的判斷，做到對(duì)故障的預(yù)測(cè)、診斷以及預(yù)防。礦山所用的機(jī)電設(shè)備絕大部分被安裝在井下，因此環(huán)境中不僅存在粉塵、腐蝕性物質(zhì)等不利因素，設(shè)備本身的載荷波動(dòng)也較大。因此，首先在振動(dòng)、高溫和載荷的作用下，機(jī)械性磨損和損傷非常常見，尤其是傳動(dòng)部分連接件的狀態(tài)很快就會(huì)出現(xiàn)惡化，導(dǎo)致相互之間的連接精度下降并發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。其次，礦山機(jī)電設(shè)備的電氣線路和裝置工作在高電壓和高溫環(huán)境中，加之電力負(fù)荷波動(dòng)明顯，因此其絕緣性能下降問題也比較突出，而這一問題會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

2 實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)電設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)與診斷的核心技術(shù)分析

2.1 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建數(shù)學(xué)分析模型

傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備故障診斷和維修需要在停車狀態(tài)進(jìn)行，而隨著自動(dòng)監(jiān)測(cè)相關(guān)的信息、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的成熟，搭建在線檢測(cè)系統(tǒng)并基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，同時(shí)依據(jù)礦山設(shè)備運(yùn)行原理、不同工況下的參數(shù)以及維修檔案信息等，可以通過軟件系統(tǒng)的運(yùn)行自動(dòng)分析機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其存在故障隱患的位置并采取預(yù)防性維護(hù)維修措施。而構(gòu)建數(shù)學(xué)分析模型是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)，需要針對(duì)特定礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)軟件建立模型，從而將實(shí)時(shí)采集的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行處理，并且根據(jù)系統(tǒng)管理軟件設(shè)定發(fā)出預(yù)警，或者直接向自動(dòng)控制裝置發(fā)出動(dòng)作指令以確保生產(chǎn)安全。

2.2 通過傳感裝置采集機(jī)電設(shè)備以及環(huán)境相關(guān)參數(shù)

要想對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備進(jìn)行在線狀態(tài)檢測(cè)和故障分析，必須獲取能夠表征設(shè)備關(guān)鍵零部件或裝置狀態(tài)的參數(shù)以及周邊環(huán)境的相關(guān)信息，從而為進(jìn)行分析和判斷提供全面的信息資源。目前，常見的技術(shù)是利用適合礦山工作環(huán)境的傳感裝置，將其安裝于設(shè)備的軸承等關(guān)鍵位置，采集設(shè)備運(yùn)行速度、溫度以及電流等。通常這些裝置與檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)單元相連，從而把采集到的信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并傳輸?shù)较到y(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，通過分析模型與故障信息庫(kù)進(jìn)行擬合比對(duì)。

2.3 構(gòu)建礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)是機(jī)電設(shè)備故障檢測(cè)與診斷的核心，目前根據(jù)所用技術(shù)原理的不同，既可以構(gòu)建具有自診自檢功能的智能化專家系統(tǒng)，也能基于一般故障檢測(cè)理論建立與數(shù)學(xué)分析模型相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。前者運(yùn)用了人工智能技術(shù)讓礦山機(jī)電設(shè)備的檢測(cè)系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，可以基于日常數(shù)據(jù)信息的采集分析不斷獲得進(jìn)行故障分析和預(yù)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，從而隨著應(yīng)用時(shí)間的延伸可以更精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)設(shè)備的故障點(diǎn)和發(fā)生時(shí)間。而且通過在管理軟件和監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的預(yù)警和自動(dòng)控制模塊，可以在發(fā)現(xiàn)故障隱患時(shí)向相關(guān)人員發(fā)出預(yù)警信息，并在被檢測(cè)對(duì)象參數(shù)的數(shù)值超出整定值時(shí)，自動(dòng)采取故障隔離和修復(fù)措施等。

3 在線檢測(cè)與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在礦山運(yùn)輸設(shè)備中檢測(cè)與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

運(yùn)輸設(shè)備在礦山日常生產(chǎn)中必不可少，而其故障的發(fā)生不僅會(huì)影響生產(chǎn)效率，也會(huì)極大的威脅人員安全。因此，目前相關(guān)科研機(jī)構(gòu)開發(fā)出了提升機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)專用的檢測(cè)與故障診斷裝置和儀器。首先，用于提升機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)鋼絲繩等核心構(gòu)件的工況，通過傳感器采集鋼絲繩兩端天車的轉(zhuǎn)速，當(dāng)其差值達(dá)到設(shè)定整定值時(shí)自動(dòng)預(yù)警。其次，針對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)易發(fā)故障，在其皮帶和滾筒軸承處安裝檢測(cè)裝置，運(yùn)用無(wú)損探傷和溫度等數(shù)字參數(shù)分析技術(shù)，對(duì)設(shè)備的工況進(jìn)行分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并采取維護(hù)措施。

3.2 采掘設(shè)備的故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)

采掘設(shè)備是礦山生產(chǎn)中最重要的設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)是否可靠不僅關(guān)乎生產(chǎn)安全，也決定了資源的利用效率。因此，針對(duì)其運(yùn)行特點(diǎn)研發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)軟硬件已經(jīng)開始應(yīng)用，系統(tǒng)的硬件包括布設(shè)在其控制箱、搖臂以及變頻器等處的傳感裝置、控制裝置以及進(jìn)行數(shù)據(jù)集中處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這一系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備的核心零部件狀態(tài)、各部分構(gòu)件的運(yùn)行工況進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，并且根據(jù)需要為管理人員提供分析報(bào)告。

3.3 風(fēng)機(jī)與電機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備的檢測(cè)

風(fēng)機(jī)和異步電機(jī)也是非常重要的礦山機(jī)電設(shè)備，前者目前有專用的檢測(cè)和故障診斷儀器，能夠?qū)ζ錉顟B(tài)進(jìn)行快速檢測(cè)分析。而異步電機(jī)則是所有礦山機(jī)電設(shè)備的動(dòng)力來(lái)源，其可靠性是保證礦山日常生產(chǎn)安全和效率的基礎(chǔ)。目前，針對(duì)大功率的礦山用異步電機(jī)，部分電機(jī)廠商會(huì)提供配套的檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng)?；趯?duì)電機(jī)漏電電流、磁通量等電氣參數(shù)以及機(jī)械連接部位溫度、扭矩等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過相應(yīng)的軟件系統(tǒng)完成故障的分析和預(yù)測(cè)，保證電機(jī)在高效和穩(wěn)定的工況下運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境比較特殊，因此雖然目前市場(chǎng)上各類在線檢測(cè)系統(tǒng)的軟硬件解決方案非常豐富，但是真正適用于礦山機(jī)電設(shè)備的傳感等檢測(cè)裝置選擇并不多。因此，在應(yīng)用在線檢測(cè)和故障診斷技術(shù)時(shí)需要根據(jù)既有產(chǎn)品和使用經(jīng)驗(yàn)謹(jǐn)慎選擇。