煤礦電氣設備狀態監測網絡及故障診斷范文
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摘要：為了減少煤礦設備故障現象，需要以網絡為平臺，綜合計算機技術、傳感器技術、信號處理技術等，構建煤礦設備狀態監控網絡及故障診斷系統，實時獲取設備運行動態信息，確保設備運行的穩定性及安全性。
關鍵詞：KJ707煤礦電氣設備；狀態監控網絡；故障診斷；設計與實現
0前言
煤礦電氣設備作為煤礦開采中必不可少的裝備，是確保井下作業順利進行、提高煤礦開采效率的基礎保障。但是，由于井下環境復雜，煤礦電氣設備在長期運行過程中，工作性能會因為粉塵、潮氣等多種因素的影響而下降，很容易引發設備故障。不僅影響井下正常作業，還會威脅井下人員的生命健康。實現對煤礦電氣設備運行情況的實時監控，及時發現并解決故障問題，是當前煤礦生產作業中必須重視的問題，而網絡計算機技術的迅速發展，為該目標的實現提供了技術保障，并且已經得到了廣泛應用。
1煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷的概念和作用
（1）煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷的概念
煤礦電氣設備監控網絡及診斷技術具有較強的綜合性、系統性及復雜性，涵蓋了計算機技術、傳感器技術、信號處理技術等多個技術領域，是當前對煤礦電氣設備運行情況進行實時監測的最為先進、可靠的手段。通過將各項先進技術與煤礦電氣設備相結合，構建信息化、自動化監控系統，能夠及時獲取煤礦電氣設備運行的動態信息，并以此作為依據，對設備工作性能進行評判，能夠準確識別故障隱患，評估故障可能造成的影響。同時，根據設備正常工作狀態下的各項運行參數，結合系統反饋得到設備運行信息，科學預測設備的運行穩定性及持續性，將可能出現的故障問題加以排除，保證煤礦電氣設備工作性能的良好性及可靠性。
利用網絡監控及故障診斷系統，可以在設備正常運行、開采作業正常狀態下，通過在線技術得到較為準確的設備運行數據及運行參數。然后將所得信息傳輸至狀態專家系統進行處理和分析，便可以根據當前設備實際運行情況，及時發現存在的故障隱患、故障類型及具體影響，為制定設備檢修方案提供指導性意見，實現對設備故障的早發現、早處理、早預防。通過利用狀態監控網絡及故障診斷技術，既不會降低煤礦開采效率，又可以提高設備運行的穩定性，對促進我國煤礦開采事業的發展具有重要作用。
2煤礦電氣設備故障診斷常用方法
煤礦電氣設備故障進行診斷，可分為多種類型，使用比較廣泛的煤礦電氣設備故障診斷方法包括溫度檢測方法、振動檢測方法以及鐵譜檢測方法。
（1）溫度檢測方法
煤礦電氣設備在出現運行故障問題時，往往表現為溫度升高，因此可以將設備溫度作為故障診斷標準，判斷設備是否處于正常運行狀態。通過對設備運行參數進行實時監控，可以根據其溫度變化情況，利用網絡技術自動繪制成數據圖*陜西省教育廳科研計劃項目資助（16JK1395）表，結合數據圖表中的曲線關系，更加清楚地了解到在不同時間點設備溫度值的高低，以此作為依據，對設備溫度未來趨勢進行預測，判斷可能出現的最高溫度。同時還可以利用熱成像技術，了解設備內部熱能分布情況，溫度最高的位置往往是故障的引發點，進而可以對設備故障進行準確定位。結合設備運行特點及正常運行要求，迅速制定科學、有效的處理措施，在第一時間將設備故障加以排除。
（2）振動檢測方法
振動檢測是煤礦電氣設備常用的一種狀態監控和故障診斷方法，操作簡單，通過檢測工具迅速完成對各種類型故障的診斷。振動檢測使用的工具主要有精密診斷系統和簡易診斷儀2種，相比于簡易診斷儀，精密診斷系統得到的結果更加準確，應用更加廣泛。精密診斷儀的工作原理是利用檢波器將設備的振動信號準確呈現出來，根據振動信號表現是否異常，來判斷設備是否存在故障隱患。簡易診斷儀的工作原理是將設備的振動信號放大，并在檢波器上顯示振動數值，實現對設備故障的診斷。
（3）鐵譜檢測方法
鐵譜檢測法是一種新型的煤礦電氣設備故障診斷技術，所用檢測儀器主要有旋轉式鐵譜儀、顆粒定量儀等幾種。煤礦電氣設備在運行過程中，潤滑油中的鐵屑和潤滑油會在磁場作用分離開，根據鐵屑大小可以判斷故障程度，鐵屑成分可以判斷發生故障的具體位置，進而完成設備故障診斷，并制定針對性的處理維護措施。采用鐵譜檢測法可以迅速完成對煤礦電氣設備故障的診斷及處理，可以有效減少因設備停運所造成的損失。
3煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷系統關鍵技術
實現網絡技術在煤礦電氣設備狀態監控及故障診斷中的有效應用，需要明確所用到的關鍵技術，為信息化診斷系統的設計提供理論依據。
（1）煤礦電氣設備網絡監控技術
在對煤礦電氣設備運行情況進行在線監控時，為了能夠及時反饋監控信息，需要硬件設備和軟件技術的相互配合，并結合通信技術實現信息的及時傳輸，為故障診斷及決策制定提供支持。同時，還需要建立數據資源庫，完成監控信息及診斷信息的存儲及管理，為設備故障處理提供有效參考和依據。另外，還需要在系統中融入設備運行所涉及到的物理、化學等知識，為設備故障處理提供理論依據。通過對煤礦電氣設備進行網絡監控，可以判斷設備是否出現異常運行現象，當存在異常現象時，準確識別故障類型、故障位置及影響程度，當沒有異常現象時，則對其未來運行狀態進行預測分析。
（2）煤礦電氣設備故障診斷技術
煤礦電氣設備故障診斷方法主要有溫度檢測方法、振動檢測方法以及鐵譜檢測方法等幾種，每一種技術的診斷原理都不同，但是每一種診斷方法都分為故障預報和故障診斷。在實際診斷過程中，利用監控系統所得的設備各項運行參數及數據，對設備工作性能做出準確評估，及時發現設備存在的故障隱患，通過報警系統發出預報，及時采取針對性的預防措施，排除故障隱患，確保設備處于連續穩定運行。如果設備出現故障，則需要及時對設備進行維修或者更換，確保設備工作性能的良好，避免設備出現長時間停運現象為煤礦開采作業的順利開展提供保障。
（3）煤礦電氣設備故障診斷數據庫及報警系統
在對煤礦電氣設備運行故障進行檢測診斷時，需要以大量設備運行數據為依據，分析數據與設備運行參數之間的邏輯關系，進而實現對設備故障的準確診斷。所以，需要運用狀態監測與故障診斷、信息與控制和統計與分析等基本理論知識，結合軟件系統及硬件設備，建立數據庫對監控所得的設備運行信息進行存儲，不僅可以為故障診斷提供準確信息，還可以生成診斷日志，為其他設備故障診斷提供參考和借鑒，并在此基礎上構建設備故障報警系統，在設備出現故障隱患時及時發出警報，將所采集到故障類型、位置、程度等各項信息，反饋至系統控制中心，結合專家系統設計科學和可行的維修方案。
4KJ707煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷系統的設計和實現分析
煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷系統關鍵技術，對系統設計及實現具有重要的作用。以KJ707煤礦電氣設備狀態監測故故障診斷系統為例，對其網絡狀態監控及故障診斷系統的設計與實現進行了詳細論述與研究。
（1）系統運行流程分析
KJ707煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷系統，與大多數電氣設備在線監控及故障診斷系統相同，包括信號采集、信號分析處理、故障診斷及決策評估4部分。故障信號采集是利用傳感器獲取煤礦電氣設備的各項運行參數，包括振動、溫度、壓力等，并對所得信號進行放大、濾波、A/D轉換處理，為設備故障診斷提供可靠依據。根據所采集信號類型，將其分為不同種類，提取數據特征值，包括設備的振動情況及溫度變化等特征，對數據特征值進行分析、處理。利用所得數據特征值，結合設備故障與其運行參數之間的邏輯關系，判斷設備是否存在故障問題，并確定故障類型、位置、程度等，實現對故障的準確診斷。根據故障診斷結果，結合設備實際使用情況以及井下環境等多方面信息，對故障變化趨勢進行預測，判斷是否需要停運對設備進行維修，制定科學的故障處理決策。
（2）系統整體結構設計
KJ707煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷系統是由設備層、控制層及管理層3個層級組成的，如圖3所示。根據礦山規模及煤礦電氣設備監控需求，將整個監控系統分為多個監控管理點，采用CNA總線法，使監控管理點中的所有監控單元連接形成一個整體，確保監控信息傳輸的及時性。在通過網絡將所有監控單元采集到的監控信息，傳輸到控制中心平臺，將所有設備的運行數據及參數呈現在控制中心的顯示屏上，并使用中樞遠程計算機對所有信息進行分析和處理。信號數據監控系統采用B/S結構，該結構形式簡單，具有較強的分布性，在查看數據時不受空間和時間的限制，只需要通過Web網絡便可以對數據進行遠程查看，還可以對數據進行實時更新，保證設備運行數據的時效性。KJ707煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷系統的主要組成包括數據采集系統、數據傳輸系統、監控服務器、故障診斷系統等部分。該系統在對設備故障進行診斷時，所用診斷依據主要是設備振動情況及設備溫度變化，數據采集系統包括振動檢測裝置和溫度檢測裝置2部分。系統在得到設備振動信息后，對振動信號進行放大、濾波、A/D轉換處理，然后采用時頻域、包絡譜等方法對振動信號進行分析，將分析結果與采集到的溫度信息一起傳輸到環網交換機。通過網絡將采集到的設備振動信息、溫度信息傳輸到故障診斷數據庫，對數據進行存儲，并通過電子顯示屏將信息顯示出來，相關人員可以通過操作控制平臺查看各項數據，了解設備實際運行狀態，實現對煤礦電氣設備的網絡監控及故障診斷。當無法有效解決設備故障問題時，可以利用網絡向專家求助，實現遠程專家診斷，解決設備故障，有效減少因故障所造成的損失。
（3）系統硬件組成
該系統中所用硬件設備主要由YHZ20振動檢測裝置、KGS20振動加速度傳感器、GWP160B溫度傳感器、GDW85溫度變送器、KJJ65A本安交換機、KJ763—F數據采集分站、KDW19A礦用隔爆兼本安型不間斷電源箱、KDW70隔爆兼本安不間斷多路電源，以及電源電纜、信號線纜、接線盒等。其中振動檢測裝置、振動加速度傳感器和數據采集分站是主要硬件設備，振動檢測裝置，將采集的振動最大值、振動頻率等信息分析，對設備故障進行準確診斷。同時，根據ISO2372國家振動標準，在振動檢測裝置中融合了振動烈度信息，可以根據設備振動加速度做出故障報警。利用數據采集分站完成對設備振動、溫度、電壓等各項信息的采集、監測、傳輸及顯示等，實現對設備運行狀態的監測及故障診斷。
（4）系統軟件設計
在對KJ707煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷系統軟件進行開發設計時，是以OPC技術為基礎構建系統控制平臺，包括服務器、組、項3部分，將各個子系統接入到IFIX集控中心平臺。利用組態王形成操作界面的，將采集到設備運行信息轉化成HTML文件，并根據設備狀態監控網絡及故障診斷功能，進行Web應用設置，通過網絡獲取設備運行實時信息。以設備正常工作時各項運行參數，設置運行參數警報值，當設備實際運行參數超過設定值時，及時發出故障預警。根據信號特征值，綜合故障專家知識庫對故障類型、位置、程度進行判斷，生成設備運行監測及故障診斷日志。在對設備運行數據進行存儲、查詢、分析及處理時，所用數據庫為SQL數據庫，并使用軟件對數據庫進行管理。通過系統軟件，可以實現實時圖示、實時顯示、報表查詢、報警查詢、趨勢分析、診斷分析等功能。采用圖表等形式將使設備運行信息更加直觀，為故障診斷提供可靠依據。
（5）設備安裝及系統測試
在完成KJ707煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷系統設計后，根據設備運行監控及故障診斷需求，選擇合適的監控位置設置監控裝置，保證采集信號的精準性和全面性，并對監控裝置進行安全防護處理。然后對系統進行測試，得到煤礦電氣設備的振動、溫度、電壓等各參數。
5結語
結合計算機技術、傳感器技術、信號處理技術等技術，利用網絡平臺構建煤礦電氣設備狀態監控網絡及故障診斷系統，實現對設備運行狀態的實時監控，發現設備故障隱患采取有效處理措施及預防措施，對保證煤礦電氣設備的正常、穩定運行具有重要意義，為煤炭開采作業的順利、高效進行提供了基礎保障。
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作者：肖軍 單位：西安航空學院
