礦井風機報警系統的優化改進

段志勇

（山西潞安和順一緣煤業有限責任公司， 山西 晉中 032700）

1 現有風機報警系統存在的問題

礦井風機報警系統是通過設定一些閾值，當風機數據達到閾值時就會發出警報信號。但在實際過程中，當風機部分數據達到閾值并發出警報時，風機的零件就已經損壞，其并不能起到保護風機的作用。報警系統對檢測的數據分析能力不足，所監測到的數據對于大部分值班人員來說并不能起到很好的作用。而現有的Matlab擁有強大的數據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進行優化改進可以提高報警的準確性與報警的能力。

2 報警系統的優化改進

組態王作為監控系統領域應用最為廣泛的軟件，主扇風機的報警系統正是基于此組態軟件搭建而成。由組態王搭建的報警系統可以對達到閾值或超出預定范圍的數據進行報警，對故障信息及時記錄，并在報警窗口顯示故障信息。但現用的組態王報警系統無法實現數據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，對原有的數據處理分析后經過OPC技術將數據及時發送到Matlab軟件，Matlab軟件對數據進行分析，并將分析的結果傳送至組態王，組態王對系統故障信息進行顯示[1-3]。改進后的報警系統如圖1所示。

2.1 運用Matlab優化報警機制

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測，發現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現，軸承故障發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，同時會出現回落現象，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℃的次數設定為3次，以防止系統出現誤報。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，防止風機軸承出現更嚴重的損害。

綜合軸承溫度監測數據，將軸溫在60℃時設置為系統判別閾值，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據是時變的數組，因此將軸溫進行轉化并實施對軸承溫度變化情況進行監測，一旦出現故障將故障信息發送到組態王系統。組態王中設計的報警系統可以判別收到的故障信號，一旦超出閾值將在顯示端呈現動態報警信息，Matlab的部分設定程序如下：

2.2 Matlab與組態王的數據通訊

組態王軟件啟動時可以運行OPC服務器。組態王中的監測數據都可以連接到OPC服務器，這些數據都可以通過OPC數據庫進行動態傳輸。數據源與運行中的組態王監測系統連接，數據通過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據寫入Matlab軟件，并對數據進行顯示。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可執行的程序。Matlab軟件和組態王之間的數據轉換過程如圖2所示。

3 報警系統實際運用測試

圖2 Matlab獲取實時數據

測試前將Matlab程序進行打包，設計為可以執行的文件。為了對系統程序的可靠性以及改進后報警系統的報警性能進行檢驗，對系統自動判定出的故障點進行標記。當軸溫達到63℃時，報警系統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和溫升值都可以在可視化界面中進行更改，設置了參數趨勢曲線和報表，方便用戶的管理和數據分析，具有故障報警功能，風機故障或關鍵參數超限都會進行報警。

4 結論

基于計算機控制技術以及數據處理技術，利用Matlab強大的數據處理能力，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測信號處理參數，經過實際測驗發現，改進后的風機狀態監測報警系統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，減少作業人員的勞動強度，減少人力財力等損耗，提升現有的監控系統管理水平，保障風機安全，而且可以及早地發現故障，預留一定的處理故障反應時間，使煤礦安全穩定生產的可靠性更高。