薛軍軍

（山西興縣華潤(rùn)聯(lián)盛車家莊煤業(yè)有限公司，山西 興縣 033600）

為了保證煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，按照煤礦安全管理要求，需要對(duì)煤礦地面主通風(fēng)機(jī)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行定期巡檢，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，并進(jìn)行排除，從而避免引發(fā)煤礦安全事故［1］。但傳統(tǒng)的礦井地面主通風(fēng)機(jī)故障檢測(cè)主要是通過采用人工完成，利用人的視覺、聽覺和嗅覺等對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行故障檢測(cè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、巡檢效率低，檢測(cè)和識(shí)別精度低，容易引起誤判，加之煤礦地面主通風(fēng)機(jī)環(huán)境比較惡劣，直接影響到巡檢人員的安全［2］。隨著煤礦對(duì)安全性要求的不斷提高，對(duì)煤礦地面主通風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行智能化快速檢精準(zhǔn)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究顯得尤為重要［3］。

為此，通過對(duì)煤礦主通風(fēng)機(jī)常見故障類型和故障特征進(jìn)行分析，利用傳感器檢測(cè)技術(shù)與無(wú)線通訊模塊將采集到的信號(hào)上傳到上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并由軟件系統(tǒng)對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行檢測(cè)和診斷分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，有效避免礦井主通風(fēng)機(jī)故障，保證煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，對(duì)保證煤礦安全生產(chǎn)具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 礦用主通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成與常見故障

1.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

（1）地面風(fēng)機(jī)設(shè)備。風(fēng)機(jī)是實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)的關(guān)鍵設(shè)備，是煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的動(dòng)力設(shè)備，是保證煤礦通風(fēng)系統(tǒng)安全性和有效性的執(zhí)行設(shè)備。

（2）高壓供電系統(tǒng)。礦井供電系統(tǒng)是保證通風(fēng)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵輔助系統(tǒng)，并且也是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)力源。

（3）風(fēng)門等基礎(chǔ)設(shè)施［4］。

1.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)常見故障類型分析

通過對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵裝置進(jìn)行分析，得出設(shè)備常見故障和分類如下［5］：

（1）電動(dòng)機(jī)的故障。電動(dòng)機(jī)常見故障主要有以下幾種：轉(zhuǎn)子故障、軸承故障、繞組故障。①轉(zhuǎn)子故障是危害最大的故障類型，當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱燒壞電機(jī)。②軸承故障是常見的故障類型，當(dāng)軸承潤(rùn)滑不充分時(shí)軸承的磨損較嚴(yán)重容易造成軸承故障，從而引起局部發(fā)熱。③電動(dòng)機(jī)繞組故障，采集電動(dòng)機(jī)繞組的溫度變化可以得出電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況。

（2）風(fēng)機(jī)的故障。常見的故障類型有：①振動(dòng)故障。當(dāng)風(fēng)機(jī)的構(gòu)件發(fā)生損壞時(shí)將會(huì)引起嚴(yán)重的振動(dòng)，葉輪發(fā)生不平衡的振動(dòng)，軸承的偏心振動(dòng)等。②振動(dòng)引起的噪聲，通過檢測(cè)振動(dòng)噪聲從而可以判斷軸承故障和轉(zhuǎn)子的運(yùn)行狀態(tài)。③構(gòu)件的彎曲松動(dòng)，當(dāng)載荷過大時(shí)將會(huì)引起葉輪的主軸彎曲變形，振動(dòng)引起螺栓的松動(dòng)等。

（3）風(fēng)門及輔助裝置故障。在通風(fēng)系統(tǒng)中，由于風(fēng)門受天氣或灰塵影響導(dǎo)致開閉較為困難，為此就需要使用傳感監(jiān)測(cè)裝置和信號(hào)采集裝置，識(shí)別故障信號(hào)進(jìn)行分析。

綜上所述，對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，需要在風(fēng)機(jī)上布置溫度傳感器和振動(dòng)傳感器，并對(duì)振動(dòng)烈度進(jìn)行智能分析，可以保證對(duì)通風(fēng)機(jī)的全方位信號(hào)采集與數(shù)據(jù)傳輸。

2 礦用主通風(fēng)機(jī)故障在線檢測(cè)與診斷系統(tǒng)技術(shù)方案

礦用主通風(fēng)機(jī)故障在線檢測(cè)與診斷系統(tǒng)融合了傳感器檢測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、故障智能診斷系統(tǒng)軟件技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)關(guān)鍵位置點(diǎn)的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)的發(fā)送和數(shù)據(jù)的分析，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)1號(hào)風(fēng)機(jī)和2號(hào)風(fēng)機(jī)的參數(shù)識(shí)別與檢測(cè)，總體技術(shù)方案原理如圖1所示。

圖1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

從上圖1中可知，通過采用振動(dòng)傳感器、霍爾

傳感器對(duì)煤礦1號(hào)風(fēng)機(jī)和2號(hào)風(fēng)機(jī)的有關(guān)信號(hào)進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸駝?dòng)監(jiān)控儀中。

振動(dòng)傳感器的作用是用于采集風(fēng)機(jī)的振動(dòng)信號(hào)，

霍爾傳感器用于對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電壓和電流信號(hào)，由溫度傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)的溫度參數(shù)等。振動(dòng)傳感器接收到的振動(dòng)信號(hào)由振動(dòng)烈度監(jiān)控儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比處理，隨后發(fā)送到數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)故障診斷軟件系統(tǒng)對(duì)故障類型進(jìn)行分析，并發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控端，對(duì)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而避免人員近距離靠近主通風(fēng)機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)，減少人員參與，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件系統(tǒng)選型

礦井主通風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)硬件部分主要由數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)分析和處理模塊組成，選用CD-6型無(wú)源磁電式振動(dòng)速度傳感器，頻響范圍為5～1000 Hz，選用CHE12-10NA-H71型霍爾傳感器，采用ZT6302L型振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀作為信號(hào)調(diào)理設(shè)備。選用ART-PCI8622型數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)現(xiàn)250 KS/s采樣的速率。各個(gè)振動(dòng)傳感器由三芯屏蔽信號(hào)線與D37型轉(zhuǎn)接端子進(jìn)行連接，隨后通過RS232總線接口與采集卡進(jìn)行聯(lián)系。

3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

礦井主通風(fēng)機(jī)故障在線診斷系統(tǒng)軟件部分是整個(gè)系統(tǒng)診斷的核心，通過硬件系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)信號(hào)等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，隨后通過軟件系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和分析，對(duì)故障特征進(jìn)行高清在線監(jiān)控。軟件系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集后的處理和分析過程，是整個(gè)在線檢測(cè)系統(tǒng)的大腦。數(shù)據(jù)采集與分析算法流程如圖2所示。

采用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過初始化采集卡和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，將物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢宰R(shí)別的電信號(hào)，通過對(duì)狀態(tài)信息進(jìn)行判斷，從而得出設(shè)備的參數(shù)情況。PIC8622采集卡控制模塊讀取采集卡的設(shè)置參量，根據(jù)狀態(tài)參量進(jìn)行控制。此外，數(shù)據(jù)采集卡不僅能完成數(shù)據(jù)的采集，而且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和重構(gòu)，最終系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)能夠滿足監(jiān)測(cè)和故障診斷的要求。

圖2 數(shù)據(jù)采集與分析算法流程

4 應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)效益

為了驗(yàn)證在線檢測(cè)方案的合理性和正確性，在山西興縣華潤(rùn)聯(lián)盛車家莊煤業(yè)有限公司進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布置和安裝應(yīng)用，并對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)故障檢測(cè)效果和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行計(jì)算，在線檢測(cè)系統(tǒng)采集通風(fēng)系統(tǒng)中關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備連接位置，包括軸承、定子、電壓、電流和功率等信息，當(dāng)外部參數(shù)改變時(shí)實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)故障檢測(cè)與診斷結(jié)果如表1所示。

表1 礦井通風(fēng)機(jī)故障在線檢測(cè)歷史數(shù)據(jù)

通過導(dǎo)出某短時(shí)間的故障診斷歷史記錄，可以發(fā)現(xiàn)提出的故障診斷系統(tǒng)識(shí)別精度較高，可以提前預(yù)警事故的發(fā)生。本次設(shè)計(jì)的這套礦井主通風(fēng)系統(tǒng)故障在線檢測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間為0.56s，誤判率≤0.28%，節(jié)省人力8～12人，每年節(jié)省企業(yè)經(jīng)濟(jì)成本100萬(wàn)元左右，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的礦井主通風(fēng)機(jī)在線檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明當(dāng)通風(fēng)機(jī)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)可以實(shí)時(shí)報(bào)警，并準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)信息，對(duì)故障識(shí)別精度較高，并且能夠診斷出故障的類型為后期的維修提供參考。為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。