基于新一代信息技術的礦用變頻器故障診斷系統設計

季順堂

?

基于新一代信息技術的礦用變頻器故障診斷系統設計

季順堂

(陽泉煤業(集團)平定東升興裕煤業有限公司，山西 陽泉市 045200)

電氣化、智能化逐漸成為煤礦開采的未來方向，而變頻器的故障將直接影響整個控制系統甚至智能化生產的正常工作。從礦用變頻器故障診斷系統的主要關鍵技術入手，通過總結新一代信息技術的主要特征，分別提出了基于物聯網、新一代移動通信、云計算等技術解決監測數據采集、遠程無線傳輸、結構優化與集成，以及關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

近年來煤礦產量逐年增加，智能礦井等現代化技術飛速發展，智能化、機械化程度越來越高，礦井智能設備的控制技術及安全可靠性直接影響著礦井的正常生產，因此，故障診斷技術的發展也越來越受到人們的關注。

變頻技術控制性能好，有良好的節能效果，近年來應用廣泛，變頻器作為電動機最重要的調速方式被廣泛應用于井下皮帶輸送機、絞車、刮板輸送機等。因為井下環境潮濕、粉塵大、設備集中，變頻器作為復雜的電子系統極易受到干擾，發生故障，變頻器一旦發生故障，輕則造成停產停工，重則導致人員傷亡，損失巨大。新一代信息技術以下一代通信網絡、物聯網、三網融合、新型平板顯示、高性能集成電路和云計算為代表，在智能化、自動化領域將有巨大的應用空間，因此，利用新一代信息技術來設計變頻器故障診斷系統，實時獲取設備運行動態信息，對科學管理及煤礦安全生產將起到重要作用。

1 新一代信息技術的主要特征

變頻器的故障診斷實際上是對變頻器各零部件的狀態信息的監測、采集、傳輸、處理、反饋的過程，主要在于信息數據的及時可靠。新一代信息技術重點應用于解決多種傳感器自組網、數據交換、遠程無線傳輸及海量數據集成、挖掘分析等問題，龐大的數據網絡和信息處理可實現對于關鍵信息的快速捕捉及分析評價，并且將在信息處理過程中獲取的新規律加入決策分析的參考庫，有效地支撐決策分析過程。由市場應用可見，憑借其在數據采集、傳輸、分析中的重大優勢，將在變頻器故障診斷中起到巨大促進作用。新一代信息技術主要特征見表1。

表1 新一代信息技術主要特征見

由表1可知，新一代信息技術的主要使命就是通過連接眾多的數據源，更加迅速地完成數據采集，并在海量的數據中提取有效數據，加以分析評價，形成規律以獲取更加關鍵的信息，并提高數據處理能力。其主要技術的組成關系如圖1所示。

根據圖1，新一代信息技術以新一代通信技術為數據渠道，以物聯網為數據源頭獲取信息數據，大數據技術來解決對海量數據的優化組織，進而通過云計算提取關鍵數據，控制核心根據關鍵數據信息作出決策反饋，即完成故障診斷。

圖1 新一代信息技術組成結構

2 變頻器故障診斷系統建立

2.1 基于物聯網的數據監測系統

在以往的生產實踐中，往往是在故障發生后，逐項檢查問題，最后找出問題所在，方法以人工或半自動的監測為主，耗時長且診斷結果不準確不及時，基于物聯網技術的無線傳感器網絡(WSN)技術可較好地解決這個問題。WSN技術通過在局部范圍根據設備需求布設多種傳感器及一處監控單元，以無線信息傳輸為渠道建立局域網，監控單元完成傳感器信息數據的采集歸納，進而通過遠程通訊網絡將數據發送至監測中心服務器。監測系統如圖2所示。

2.2 大容量數據遠程無線傳輸網絡系統

井下數據傳輸如采用Internet專線的形式可保證數據流的傳輸通暢，但存在架設不易、易遭破壞、維護困難等缺點，且建設成本高。GPRS是GSM技術支持的一種數據傳輸業務，具有實時高效傳輸、網絡接入方便及費用較低等優點，且技術成熟，符合井下特殊條件。因此，利用GPRS網絡，基于TCP/IP協議，以配置固定IP地址的方式，建立終端(WSN中的匯聚節點)與監測控制中心服務器的連接，實現變頻器大容量的監測數據遠程無線傳輸功能。監測控制中心完成數據存儲，并對數據信息進行實時監控、監測預警。

圖2 監測系統結構

2.3 基于云計算的數據挖掘系統

數據挖掘主要包括數據源組織、后端處理、數據倉庫建立及應用分析等4個部分。數據源即傳感器數據的采集監控單元，監測控制中心儲存的數據倉庫包含了通過傳感器發回的井下重要設備變頻器的各類參數，通過處理使冗雜的數據之間相互關聯，以對大量信息的有效分析，對關鍵信息的快速挖掘。實現過程為：預處理和組織原始數據，對數據進行清洗、提取、轉換及上傳，形成數據倉庫。基于此，利用云計算(如并行計算、OLAP聯合分析及虛擬化技術等)進行數據深層次的關聯特征挖掘工作。

綜上，變頻器故障診斷系統工作流程及新技術應用如圖3所示。

圖3 基于新一代信息技術的變頻器故障診斷系統流程

3 結 語

變頻器內部結構復雜，故障診斷技術及系統研發需要不斷完善。文章研究了以物聯網、下一代無線網絡通信、大數據等技術為基礎的變頻器故障分析系統，利用網絡平臺構建變頻器狀態監控網絡及故障診斷系統，使地面監控調度中心實現對井下重要設備的實時監控，及時發現事故苗頭，防患于未然，為煤炭開采作業的安全、順利、高效進行提供了基礎保障。

[1] 朱永平,徐曉建.淺談礦用變頻器發展趨勢[J].工礦自動化,2017, 43(10):18?23.

[2] 王海霞.變頻器運行狀態及故障診斷技術的研究[J].電子制 作,2017(17):88?89.

[3] 何雙雙.礦用變頻器的故障特征提取方法研究[D].淮南:安徽理工大學,2016.

[4] 李 博.礦用變頻器常見故障分析[J].民營科技,2014(5):26.

[5] 黃 健,巨能攀,何朝陽,等.基于新一代信息技術的地質災害監測預警系統建設[J].工程地質學報,2015,23(1):140?147.

[6] 李云飛,姜曉峰,陳小平.變頻器故障診斷系統[J].微電子學與計算機,2004(7):181?184.

[7] 張作良.基于小波變換和神經網絡的電壓型變頻器故障診斷系統[D].長沙:中南大學,2008.

[8] 孫豐濤,張承慧,崔納新,等.變頻器故障診斷技術研究與分析[J].電機與控制學報,2005(3):73?75+80.

[9] 孫豐濤,張承慧,崔納新,杜春水.變頻器故障診斷技術研究與分析[J].電機與控制學報,2005(3):73?75+80.

[10] 趙立永,鄧永紅,張全柱.采煤機牽引變頻器故障監測系統的設計[J].煤礦安全,2013(3).

(2018?09?28)

季順堂(1978—)，男，河北定興人，助理工程師，研究方向為礦用機電設備使用與維護,Email: rruir123@163.com。