段志勇

（山西潞安和順一緣煤業(yè)有限責任公司， 山西 晉中 032700）

1 現(xiàn)有風機報警系統(tǒng)存在的問題

礦井風機報警系統(tǒng)是通過設定一些閾值，當風機數(shù)據(jù)達到閾值時就會發(fā)出警報信號。但在實際過程中，當風機部分數(shù)據(jù)達到閾值并發(fā)出警報時，風機的零件就已經(jīng)損壞，其并不能起到保護風機的作用。報警系統(tǒng)對檢測的數(shù)據(jù)分析能力不足，所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)對于大部分值班人員來說并不能起到很好的作用。而現(xiàn)有的Matlab擁有強大的數(shù)據(jù)處理能力可以彌補這方面的缺點，因此對礦井風機的報警系統(tǒng)進行優(yōu)化改進可以提高報警的準確性與報警的能力。

2 報警系統(tǒng)的優(yōu)化改進

組態(tài)王作為監(jiān)控系統(tǒng)領域應用最為廣泛的軟件，主扇風機的報警系統(tǒng)正是基于此組態(tài)軟件搭建而成。由組態(tài)王搭建的報警系統(tǒng)可以對達到閾值或超出預定范圍的數(shù)據(jù)進行報警，對故障信息及時記錄，并在報警窗口顯示故障信息。但現(xiàn)用的組態(tài)王報警系統(tǒng)無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理即無法對故障信息進行合理有效的預測和報警，如果只能靠改變報警的閾值來提高預警的準確度勢必會產生大量的誤報信息，還需要大量的人力進行審核檢查。因此，基于Matlab對預警系統(tǒng)進行改進。

Matlab的主要作用是對主扇風機的預警機制進行重新設計，對原有的數(shù)據(jù)處理分析后經(jīng)過OPC技術將數(shù)據(jù)及時發(fā)送到Matlab軟件，Matlab軟件對數(shù)據(jù)進行分析，并將分析的結果傳送至組態(tài)王，組態(tài)王對系統(tǒng)故障信息進行顯示[1-3]。改進后的報警系統(tǒng)如圖1所示。

2.1 運用Matlab優(yōu)化報警機制

本文以主扇風機運行過程中的主扇風機軸承溫度為例，對主扇風機的軸承溫度進行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)風機的軸承在正常生產運行過程中溫度在48～60℃范圍內，主扇風機在正常運行情況下，風機軸承溫度歷史最高為59.8℃，歷史最低為48.7℃。主扇風機的軸承溫度故障可以分為三種類型，分別為緩慢升高型、周期性波動型和急變型。對風機維修前的軸承溫度記錄資料分析發(fā)現(xiàn)，軸承故障發(fā)生前的溫度在緩慢的升高即屬于緩慢升高型，此時主扇風機的報警機制反應較為滯后，對軸承的損害最為嚴重。故急變型顯示出風機軸承達到閾值更加迅速，這類信號的報警機制與緩慢升高型擁有相同的判斷機制即達到閾值發(fā)出報警信號。周期型同樣可以在達到閾值時進行報警，同時會出現(xiàn)回落現(xiàn)象，這三種故障信號機制都可以采用Matlab故障判斷機制。

圖1 報警系統(tǒng)關系圖

在這三種故障信號中，風機軸承溫度在單位時間內升高0.4℃以上，其中急變型溫度上升高程度最大，因此設置溫升0.5℃可滿足預警要求，溫度升高程度超0.5℃的次數(shù)設定為3次，以防止系統(tǒng)出現(xiàn)誤報。對于急變型信號來說，該設定機制具有較好的敏感性，可以迅速準確發(fā)出故障報警信號。對于緩慢升高型故障信號和周期型故障信號，雖然溫度升高程度變化趨勢不是很明顯，但同樣也能滿足預警要求。如相對于緩慢型，由于溫升變化具有一定的滯后性，因此如果判別為故障可提前對風機軸承進行檢修，防止風機軸承出現(xiàn)更嚴重的損害。

綜合軸承溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，將軸溫在60℃時設置為系統(tǒng)判別閾值，當溫度到達60℃時自動啟動Matlab進行故障分析。采集到的軸承溫度數(shù)據(jù)是時變的數(shù)組，因此將軸溫進行轉化并實施對軸承溫度變化情況進行監(jiān)測，一旦出現(xiàn)故障將故障信息發(fā)送到組態(tài)王系統(tǒng)。組態(tài)王中設計的報警系統(tǒng)可以判別收到的故障信號，一旦超出閾值將在顯示端呈現(xiàn)動態(tài)報警信息，Matlab的部分設定程序如下：

2.2 Matlab與組態(tài)王的數(shù)據(jù)通訊

組態(tài)王軟件啟動時可以運行OPC服務器。組態(tài)王中的監(jiān)測數(shù)據(jù)都可以連接到OPC服務器，這些數(shù)據(jù)都可以通過OPC數(shù)據(jù)庫進行動態(tài)傳輸。數(shù)據(jù)源與運行中的組態(tài)王監(jiān)測系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)通過Matlab軟件分析。以主扇風機前后軸承溫度為例，對一級電機前后軸承的溫度數(shù)據(jù)寫入Matlab軟件，并對數(shù)據(jù)進行顯示。Matlab軟件中擁有OPC工具箱，可以直接通過Matlab軟件的可視化界面對OPC進行編輯。為了使系統(tǒng)的實用性更強，可以直接直接對.m文件進行編輯并轉成系統(tǒng)可執(zhí)行的程序。Matlab軟件和組態(tài)王之間的數(shù)據(jù)轉換過程如圖2所示。

3 報警系統(tǒng)實際運用測試

圖2 Matlab獲取實時數(shù)據(jù)

測試前將Matlab程序進行打包，設計為可以執(zhí)行的文件。為了對系統(tǒng)程序的可靠性以及改進后報警系統(tǒng)的報警性能進行檢驗，對系統(tǒng)自動判定出的故障點進行標記。當軸溫達到63℃時，報警系統(tǒng)中的報警機制對軸承故障進行識別并作出報警，測試效果與預期相同，且滿足要求。為滿足礦井各類風機需求，本程序對軸承溫度升高次數(shù)和溫升值都可以在可視化界面中進行更改，設置了參數(shù)趨勢曲線和報表，方便用戶的管理和數(shù)據(jù)分析，具有故障報警功能，風機故障或關鍵參數(shù)超限都會進行報警。

4 結論

基于計算機控制技術以及數(shù)據(jù)處理技術，利用Matlab強大的數(shù)據(jù)處理能力，對礦井主扇風機的預警機制進行改進，重新設定了風機的監(jiān)測信號處理參數(shù)，經(jīng)過實際測驗發(fā)現(xiàn)，改進后的風機狀態(tài)監(jiān)測報警系統(tǒng)與原來相比具有更好的預警能力，不僅可以更加準確地判斷風機故障，減少作業(yè)人員的勞動強度，減少人力財力等損耗，提升現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)管理水平，保障風機安全，而且可以及早地發(fā)現(xiàn)故障，預留一定的處理故障反應時間，使煤礦安全穩(wěn)定生產的可靠性更高。