郭 鑫

（華陽集團(tuán)二礦機(jī)電工區(qū)維運(yùn)四隊(duì)，山西 陽泉 045008）

引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦井下通風(fēng)的核心，被稱為“礦井之肺”，其工作的穩(wěn)定性和連續(xù)性直接決定了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。目前礦井通風(fēng)系統(tǒng)多缺乏有效的故障診斷系統(tǒng)，只能靠人工定期對(duì)其進(jìn)行檢修來降低運(yùn)行時(shí)的故障率，而且一旦出現(xiàn)故障，只能由人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，致使故障維修周期長、可靠性差，給煤礦井下通風(fēng)安全造成了較大隱患。

結(jié)合煤礦井下通風(fēng)需求，本文提出了一種新的礦井通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，其通過對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)狀態(tài)、風(fēng)機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、電壓、噪聲等的監(jiān)測(cè)，將實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果和通風(fēng)機(jī)理論正常運(yùn)行參數(shù)范圍進(jìn)行對(duì)比，獲取異常參數(shù)，通過多參數(shù)同步對(duì)比確認(rèn)的方式避免誤判現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障定位、報(bào)警。

1 智能監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)

根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)及監(jiān)測(cè)控制需求，本文所提出的智能監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，以通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)情況作為基本監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)，通過高精度振動(dòng)傳感器獲取通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)信息，將其傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)控制中心內(nèi)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，獲取通風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)振動(dòng)頻譜信號(hào)，完成對(duì)其運(yùn)行情況的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷。其智能監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

為了保證對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)振動(dòng)傳感器放置位置的要求很高，以對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)為例，經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)將振動(dòng)傳感器設(shè)置在通風(fēng)機(jī)連接部位中間處時(shí)具有最佳的振動(dòng)監(jiān)測(cè)效果，振動(dòng)傳感器選擇AMV-70420型振動(dòng)加速度傳感器，其監(jiān)測(cè)的范圍是-70～+70 gn，靈敏度高、穩(wěn)定性好，安裝時(shí)在通風(fēng)機(jī)中部安裝兩組振動(dòng)傳感器，每組傳感器的數(shù)量為三個(gè)，分別用于對(duì)水平方向、軸向方向和垂直方向的振動(dòng)變化情況進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)方向上的數(shù)據(jù)取兩個(gè)振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果的平均值，以確保系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

同時(shí)為了避免單因素判定導(dǎo)致的判斷不準(zhǔn)確，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同步對(duì)通風(fēng)機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、電壓、噪聲等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，只有滿足兩種以上的故障因素后系統(tǒng)才會(huì)判斷通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)偏離正常值，然后發(fā)出故障預(yù)警信息。

2 故障判斷裝置

通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)測(cè)及故障診斷需要對(duì)多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐級(jí)判斷，因此故障判別邏輯相對(duì)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)偏差，將導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的運(yùn)行紊亂。該新型的故障綜合判斷邏輯如下頁圖2所示[2]。

圖2 故障綜合判斷邏輯示意圖

該故障綜合判別系統(tǒng)中，系統(tǒng)判別軟件采用了TCP/IP協(xié)議，系統(tǒng)硬件所定義的協(xié)議是依靠16組數(shù)據(jù)傳感器進(jìn)行同步采集和數(shù)據(jù)傳輸，最終根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需求選擇對(duì)應(yīng)的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸。根據(jù)數(shù)據(jù)異常情況，對(duì)故障原因進(jìn)行預(yù)判和分類，以模型樹的方式逐層對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行匹配，最終獲取正確的診斷結(jié)果并輸出預(yù)警信息和故障診斷報(bào)告。

由于通風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中具有較大的振動(dòng)和噪聲，再加上通風(fēng)通道內(nèi)紊亂氣流的影響，會(huì)對(duì)各類傳感器的監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定的干擾，因此在對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析前需要對(duì)其進(jìn)行濾波處理，以提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。在故障判別模塊內(nèi)具有故障預(yù)判和故障分類兩個(gè)部分[3]，若故障現(xiàn)象和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫能夠完成匹配，則直接以故障分類的形式完成故障的判斷和定位；若故障現(xiàn)象無法和數(shù)據(jù)庫內(nèi)已有的故障類別相匹配，則系統(tǒng)進(jìn)入故障預(yù)判模式，采用相似對(duì)比的邏輯進(jìn)行預(yù)判，將預(yù)判結(jié)構(gòu)傳輸?shù)娇刂平K端，由對(duì)應(yīng)的專家完成故障最終的確認(rèn)，從而實(shí)現(xiàn)故障判斷速度和判斷準(zhǔn)確性的統(tǒng)一。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理

通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流量大，因此為了確保數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和速度，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)的要求極高，通過對(duì)該系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)流量的分析，最終確定以三通道[4]的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣頻率定義為6.12kHz，系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行24h的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量?jī)H15MB。與單通道處理模式相比，三通道處理模式既有效地減少了數(shù)據(jù)信息量，又能夠?qū)?shù)據(jù)處理速度提升3倍以上。

為了提升系統(tǒng)對(duì)故障判斷的智能化程度，在系統(tǒng)內(nèi)加入了數(shù)據(jù)自動(dòng)處理和存儲(chǔ)功能，能夠自主對(duì)每個(gè)類別的故障現(xiàn)象、故障原因、受影響系統(tǒng)、故障處理方案等進(jìn)行分類存儲(chǔ)，不斷地?cái)U(kuò)充存儲(chǔ)庫的范圍。系統(tǒng)具有自動(dòng)巡檢功能，能夠?qū)⒚刻斓谋O(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行自主分析、匯總，輸出每日監(jiān)測(cè)分析報(bào)告，技術(shù)人員可以根據(jù)監(jiān)測(cè)分析報(bào)告對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判，同時(shí)可以將該報(bào)告作為通風(fēng)機(jī)定期維護(hù)保養(yǎng)的指引手冊(cè)，增加對(duì)通風(fēng)機(jī)維護(hù)的針對(duì)性，提升通風(fēng)機(jī)維護(hù)效率和有效性。

4 通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用

對(duì)礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改造，對(duì)改造前后風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，采用新的智能監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)后，系統(tǒng)能夠?qū)νL(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障的識(shí)別準(zhǔn)確性達(dá)到95.6%以上，通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的故障數(shù)量由最初的15.6次/月降低到目前的0.27次/月，平均故障數(shù)量降低了約98.3%，同時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)輸出故障原因，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)故障的快速定位和處理，有效地提升通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。該通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用如圖3所示。

圖3 通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)及故障預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)圖

5 結(jié)論

1）通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，通過高精度振動(dòng)傳感器獲取通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)信息，完成對(duì)其運(yùn)行情況的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷，具有結(jié)構(gòu)緊湊、監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。

2）通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流量大，以三通道的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析，既有效地減少了數(shù)據(jù)信息量，又能夠?qū)?shù)據(jù)處理速度提升3倍以上。

3）該系統(tǒng)的故障自動(dòng)診斷報(bào)警可靠性達(dá)到95.6%以上，能夠?qū)⑼L(fēng)機(jī)運(yùn)行的停機(jī)故障率降低98.3%，同時(shí)通過故障自動(dòng)定位和分析功能，能夠顯著提升通風(fēng)機(jī)故障處理的速度。