季順堂

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基于新一代信息技術(shù)的礦用變頻器故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

季順堂

(陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))平定東升興裕煤業(yè)有限公司，山西 陽(yáng)泉市 045200)

電氣化、智能化逐漸成為煤礦開(kāi)采的未來(lái)方向，而變頻器的故障將直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)甚至智能化生產(chǎn)的正常工作。從礦用變頻器故障診斷系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)入手，通過(guò)總結(jié)新一代信息技術(shù)的主要特征，分別提出了基于物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動(dòng)通信、云計(jì)算等技術(shù)解決監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與集成，以及關(guān)鍵信息快速挖掘的思路和方法。

變頻器；故障診斷；新一代信息技術(shù)

近年來(lái)煤礦產(chǎn)量逐年增加，智能礦井等現(xiàn)代化技術(shù)飛速發(fā)展，智能化、機(jī)械化程度越來(lái)越高，礦井智能設(shè)備的控制技術(shù)及安全可靠性直接影響著礦井的正常生產(chǎn)，因此，故障診斷技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

變頻技術(shù)控制性能好，有良好的節(jié)能效果，近年來(lái)應(yīng)用廣泛，變頻器作為電動(dòng)機(jī)最重要的調(diào)速方式被廣泛應(yīng)用于井下皮帶輸送機(jī)、絞車、刮板輸送機(jī)等。因?yàn)榫颅h(huán)境潮濕、粉塵大、設(shè)備集中，變頻器作為復(fù)雜的電子系統(tǒng)極易受到干擾，發(fā)生故障，變頻器一旦發(fā)生故障，輕則造成停產(chǎn)停工，重則導(dǎo)致人員傷亡，損失巨大。新一代信息技術(shù)以下一代通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合、新型平板顯示、高性能集成電路和云計(jì)算為代表，在智能化、自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)⒂芯薮蟮膽?yīng)用空間，因此，利用新一代信息技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)變頻器故障診斷系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息，對(duì)科學(xué)管理及煤礦安全生產(chǎn)將起到重要作用。

1 新一代信息技術(shù)的主要特征

變頻器的故障診斷實(shí)際上是對(duì)變頻器各零部件的狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)、采集、傳輸、處理、反饋的過(guò)程，主要在于信息數(shù)據(jù)的及時(shí)可靠。新一代信息技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)用于解決多種傳感器自組網(wǎng)、數(shù)據(jù)交換、遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸及海量數(shù)據(jù)集成、挖掘分析等問(wèn)題，龐大的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和信息處理可實(shí)現(xiàn)對(duì)于關(guān)鍵信息的快速捕捉及分析評(píng)價(jià)，并且將在信息處理過(guò)程中獲取的新規(guī)律加入決策分析的參考庫(kù)，有效地支撐決策分析過(guò)程。由市場(chǎng)應(yīng)用可見(jiàn)，憑借其在數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析中的重大優(yōu)勢(shì)，將在變頻器故障診斷中起到巨大促進(jìn)作用。新一代信息技術(shù)主要特征見(jiàn)表1。

表1 新一代信息技術(shù)主要特征見(jiàn)

由表1可知，新一代信息技術(shù)的主要使命就是通過(guò)連接眾多的數(shù)據(jù)源，更加迅速地完成數(shù)據(jù)采集，并在海量的數(shù)據(jù)中提取有效數(shù)據(jù)，加以分析評(píng)價(jià)，形成規(guī)律以獲取更加關(guān)鍵的信息，并提高數(shù)據(jù)處理能力。其主要技術(shù)的組成關(guān)系如圖1所示。

根據(jù)圖1，新一代信息技術(shù)以新一代通信技術(shù)為數(shù)據(jù)渠道，以物聯(lián)網(wǎng)為數(shù)據(jù)源頭獲取信息數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)解決對(duì)海量數(shù)據(jù)的優(yōu)化組織，進(jìn)而通過(guò)云計(jì)算提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，控制核心根據(jù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息作出決策反饋，即完成故障診斷。

圖1 新一代信息技術(shù)組成結(jié)構(gòu)

2 變頻器故障診斷系統(tǒng)建立

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在以往的生產(chǎn)實(shí)踐中，往往是在故障發(fā)生后，逐項(xiàng)檢查問(wèn)題，最后找出問(wèn)題所在，方法以人工或半自動(dòng)的監(jiān)測(cè)為主，耗時(shí)長(zhǎng)且診斷結(jié)果不準(zhǔn)確不及時(shí)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)可較好地解決這個(gè)問(wèn)題。WSN技術(shù)通過(guò)在局部范圍根據(jù)設(shè)備需求布設(shè)多種傳感器及一處監(jiān)控單元，以無(wú)線信息傳輸為渠道建立局域網(wǎng)，監(jiān)控單元完成傳感器信息數(shù)據(jù)的采集歸納，進(jìn)而通過(guò)遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。

2.2 大容量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

井下數(shù)據(jù)傳輸如采用Internet專線的形式可保證數(shù)據(jù)流的傳輸通暢，但存在架設(shè)不易、易遭破壞、維護(hù)困難等缺點(diǎn)，且建設(shè)成本高。GPRS是GSM技術(shù)支持的一種數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，具有實(shí)時(shí)高效傳輸、網(wǎng)絡(luò)接入方便及費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，且技術(shù)成熟，符合井下特殊條件。因此，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)，基于TCP/IP協(xié)議，以配置固定IP地址的方式，建立終端(WSN中的匯聚節(jié)點(diǎn))與監(jiān)測(cè)控制中心服務(wù)器的連接，實(shí)現(xiàn)變頻器大容量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸功能。監(jiān)測(cè)控制中心完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、監(jiān)測(cè)預(yù)警。

圖2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)

數(shù)據(jù)挖掘主要包括數(shù)據(jù)源組織、后端處理、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建立及應(yīng)用分析等4個(gè)部分。數(shù)據(jù)源即傳感器數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控單元，監(jiān)測(cè)控制中心儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)包含了通過(guò)傳感器發(fā)回的井下重要設(shè)備變頻器的各類參數(shù)，通過(guò)處理使冗雜的數(shù)據(jù)之間相互關(guān)聯(lián)，以對(duì)大量信息的有效分析，對(duì)關(guān)鍵信息的快速挖掘。實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：預(yù)處理和組織原始數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、提取、轉(zhuǎn)換及上傳，形成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)?；诖?，利用云計(jì)算(如并行計(jì)算、OLAP聯(lián)合分析及虛擬化技術(shù)等)進(jìn)行數(shù)據(jù)深層次的關(guān)聯(lián)特征挖掘工作。

綜上，變頻器故障診斷系統(tǒng)工作流程及新技術(shù)應(yīng)用如圖3所示。

圖3 基于新一代信息技術(shù)的變頻器故障診斷系統(tǒng)流程

3 結(jié) 語(yǔ)

變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障診斷技術(shù)及系統(tǒng)研發(fā)需要不斷完善。文章研究了以物聯(lián)網(wǎng)、下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為基礎(chǔ)的變頻器故障分析系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建變頻器狀態(tài)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)及故障診斷系統(tǒng)，使地面監(jiān)控調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)對(duì)井下重要設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗頭，防患于未然，為煤炭開(kāi)采作業(yè)的安全、順利、高效進(jìn)行提供了基礎(chǔ)保障。

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(2018?09?28)

季順堂(1978—)，男，河北定興人，助理工程師，研究方向?yàn)榈V用機(jī)電設(shè)備使用與維護(hù),Email: rruir123@163.com。