李興

摘要：采礦作業(yè)涉及到許多大型電氣設(shè)備，包括變壓器、輸送機(jī)、電梯等，這些電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行是采礦作業(yè)有序發(fā)展的重要保證。滾動(dòng)軸承是大多數(shù)電氣設(shè)備的核心部件，也容易損壞。目前，由設(shè)備故障引起的安全事故時(shí)有發(fā)生，其中滾動(dòng)軸承故障約占40%。因此，采用先進(jìn)技術(shù)對(duì)軸承進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和故障診斷，可以有效地保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，提高設(shè)備的性能。

關(guān)鍵詞：礦山電氣設(shè)備;在線監(jiān)測(cè);故障診斷系統(tǒng);分析研究

1淺析礦山機(jī)電設(shè)備的使用、維護(hù)與故障診斷

1.1礦山機(jī)電設(shè)備總體水平

隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷提高，為了促進(jìn)我國(guó)礦山企業(yè)提高生產(chǎn)效率，跟上時(shí)代的發(fā)展，生產(chǎn)中使用的硬件設(shè)備應(yīng)該不斷更新，提高生產(chǎn)效率。但是，從目前的情況來(lái)看，我國(guó)大多數(shù)礦山企業(yè)由于缺乏資金支持，在礦山生產(chǎn)過(guò)程中仍然使用相對(duì)落后的生產(chǎn)設(shè)備，這不僅導(dǎo)致了礦山技術(shù)含量的缺乏，而且在一定程度上導(dǎo)致了采礦效率的不斷下降。雖然一些礦山企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到自己生產(chǎn)設(shè)備的不足，但他們也引進(jìn)了目前新的生產(chǎn)設(shè)備，這不僅大大提高了采礦效率，而且提高了礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。然而，大多數(shù)礦山企業(yè)引進(jìn)國(guó)產(chǎn)機(jī)電設(shè)備，只有少數(shù)進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，我國(guó)礦山企業(yè)機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用效率還有很大的提升空間。

1.2礦山機(jī)電設(shè)備使用、維護(hù)和故障診斷現(xiàn)狀

由于我國(guó)礦山企業(yè)機(jī)電設(shè)備硬件設(shè)施質(zhì)量的不同，一些企業(yè)忽視了機(jī)電設(shè)備的使用維護(hù)和故障診斷，在機(jī)械設(shè)備的后期使用中會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。

2礦井電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、參數(shù)監(jiān)測(cè)和故障診斷。振動(dòng)加速度傳感器和溫度傳感器用于檢測(cè)設(shè)備輥的運(yùn)行情況和設(shè)備溫度。信號(hào)數(shù)據(jù)由礦井本安振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀采集、放大、轉(zhuǎn)換，通過(guò)以太網(wǎng)傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器。最后實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)和故障診斷。

2.1核心部件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以MHK18礦用本安型振動(dòng)檢測(cè)儀為核心。振動(dòng)檢測(cè)儀適用于煤礦機(jī)械設(shè)備的常規(guī)振動(dòng)測(cè)量，特別是往復(fù)式機(jī)械的振動(dòng)測(cè)量。對(duì)各類設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢、檢查和定期檢查，可以方便地監(jiān)測(cè)各類機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)狀態(tài)和故障診斷。內(nèi)置剪切壓電加速度傳感器，頻率范圍寬;配備不同尺寸的探頭，以適應(yīng)不同的工作條件;液晶屏采用背光模式，可在光線不足的環(huán)境下使用;電池壽命20小時(shí)，具有電源提示功能;自動(dòng)停機(jī)，無(wú)操作延遲;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。振動(dòng)檢測(cè)儀可以檢測(cè)信號(hào)的振動(dòng)峰值、振動(dòng)頻率和故障，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的智能處理。

2.2數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由KS16本安型振動(dòng)加速度傳感器和LH516-S本安型數(shù)據(jù)采集分站組成。KS16礦用這種Ann型振動(dòng)加速度傳感器主要用于測(cè)量軸承的振動(dòng)，主要安裝在各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸承蓋上，傳統(tǒng)的壓電式加速度傳感器與電荷放大器設(shè)置在一個(gè)有機(jī)的整體上，可以直接與記錄顯示和采集儀連接，簡(jiǎn)化了測(cè)試系統(tǒng)，提高了測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。振動(dòng)加速器利用內(nèi)部晶體因加速度而變形。由于該變形產(chǎn)生電壓，因此可以通過(guò)計(jì)算產(chǎn)生的電壓和施加的加速度之間的關(guān)系將加速度轉(zhuǎn)換為電壓輸出。工業(yè)振動(dòng)測(cè)量的靈敏度一般在50mV/g、100mV/g和200mV/g加速度傳感器中考慮，但傳感器的頻率范圍必須根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象進(jìn)行選擇。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)是由內(nèi)外因素共同作用形成的。內(nèi)部因素包括其自身結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，外部因素包括其他設(shè)備或部件對(duì)軸承的振動(dòng)影響。由于內(nèi)外因素的共同作用，滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)具有復(fù)雜性和隨機(jī)性。從所有振動(dòng)信號(hào)中提取特征信號(hào)是利用振動(dòng)信號(hào)分析進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)和診斷的基礎(chǔ)。對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析。滾動(dòng)軸承的損傷程度越高，振動(dòng)越強(qiáng)烈，時(shí)域分析指標(biāo)越高。信號(hào)峰值用于檢測(cè)信號(hào)振動(dòng)強(qiáng)度。

4電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用方案

4.1信息采集層的設(shè)計(jì)

信息采集層主要由傳感器實(shí)現(xiàn)，可以全面檢測(cè)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，傳感器本身可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，滿足在線監(jiān)測(cè)的需要。但是，為了保證采集信息的完整性和準(zhǔn)確性，有必要注意傳感器的選擇，主要有兩點(diǎn)：（1）傳感器的性能必須滿足要求，特別是信息采集的速率和精度;（2） 綜合分析電氣設(shè)備異常狀態(tài)、常見(jiàn)故障的特征，根據(jù)特征類型選擇傳感器，如當(dāng)電氣設(shè)備處于異常狀態(tài)時(shí)，可能發(fā)生異常振動(dòng)，振動(dòng)頻率和振幅與以往不同，然后會(huì)選擇振動(dòng)傳感器來(lái)采集設(shè)備信息，或者當(dāng)電氣設(shè)備的內(nèi)阻太大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電路燒毀，其內(nèi)部溫度會(huì)大大升高，那么就有必要選擇溫度傳感器來(lái)采集相關(guān)信息。一般而言，傳感器類型應(yīng)涵蓋所有異常狀態(tài)和常見(jiàn)故障的特征，并應(yīng)在出現(xiàn)缺陷時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救。

4.2信息處理層的設(shè)計(jì)

首先，為了確保信息采集層能夠與信息處理層進(jìn)行通信，有必要在它們之間安裝一個(gè)傳感器，以便將信息采集層采集的電氣信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)格式，并且只能接受該格式，由信息處理層進(jìn)行讀取和分析。其次，在信息處理層的設(shè)計(jì)中，該層由推理機(jī)和知識(shí)庫(kù)組成，因此設(shè)計(jì)主要集中在兩個(gè)方面：1）推理機(jī)設(shè)計(jì)，這是基于自動(dòng)推理機(jī)的主要程序設(shè)計(jì)方法，其中設(shè)置了混合推理邏輯，邏輯會(huì)先根據(jù)原始信息進(jìn)行正向推理，然后提出假設(shè)，然后通過(guò)逆向推理，發(fā)現(xiàn)原始信息中的信息支持假設(shè)的證據(jù)，如果沒(méi)有證據(jù)支持假設(shè)就是替換假設(shè)，只要有足夠的權(quán)利支持一個(gè)假設(shè)，就表明該假設(shè)是有效的，并且電氣設(shè)備在該假設(shè)中存在異常狀態(tài)或故障。（2） 設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)實(shí)際上是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，但它不是簡(jiǎn)單的用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，需要人工對(duì)電氣設(shè)備的異常狀態(tài)、常見(jiàn)故障的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行分析，然后再進(jìn)一步建立知識(shí)庫(kù)，推理機(jī)可以通過(guò)知識(shí)輥保存的數(shù)據(jù)信息提出假設(shè)，如電氣設(shè)備正常振動(dòng)頻率為30次/s，然后推理機(jī)提出電氣設(shè)備異常振動(dòng)頻率的假設(shè)，通過(guò)逆向推理確認(rèn)設(shè)備當(dāng)前振動(dòng)頻率是否滿足30次/s。否則，假設(shè)為真，并判斷電氣設(shè)備的異常振動(dòng)現(xiàn)象。否則，設(shè)備振動(dòng)正常。

4.3應(yīng)用終端層設(shè)計(jì)

應(yīng)用終端層由人工終端和系統(tǒng)終端組成，設(shè)計(jì)主要集中在兩個(gè)方面：（1）人工設(shè)計(jì)，人工終端包括常規(guī)計(jì)算機(jī)或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（如智能手機(jī)，如具有計(jì)算機(jī)功能的設(shè)備，并可連接到設(shè)備），此類設(shè)備經(jīng)過(guò)信息處理后可以接受，信息處理層可以通過(guò)這些設(shè)備使人工掌握電氣設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，也可以通過(guò)知識(shí)庫(kù)接受推理機(jī)的解決方案，人工可以判斷方案的可行性，如果可行性不好，它不會(huì)通過(guò)，否則它會(huì)通過(guò)。終端終端（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，由高配置計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)執(zhí)行人工端通過(guò)的解決方案，也通過(guò)推理機(jī)了解電氣設(shè)備獲取信息采集層下的解決方案狀態(tài)，如果解決方案無(wú)效，將客戶端請(qǐng)求人工干預(yù)，人工可以切換到手動(dòng)控制模式，解決方案通過(guò)手動(dòng)端設(shè)計(jì)在系統(tǒng)終端上，然后由系統(tǒng)終端執(zhí)行。

5結(jié)論

根據(jù)礦山電氣設(shè)備的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了礦山電氣設(shè)備信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警處理和故障診斷功能，實(shí)現(xiàn)了大型電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和及時(shí)故障診斷，有效提高電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。煤礦電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，對(duì)提高生產(chǎn)效率、保障煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]曾建雄.基于微震監(jiān)測(cè)的地下礦山開(kāi)采擾動(dòng)動(dòng)力災(zāi)害分析與預(yù)測(cè)研究[D].武漢科技大學(xué)，2015.