瓦斯抽采監控系統傳感器故障診斷

文/牛耘

井下瓦斯抽采監控系統的主要作用于礦井下監控瓦斯抽采工作和采集傳輸數據工作，以達到提高抽采安全性的目的。瓦斯抽采工作所處的井下環境一般比較復雜，瓦斯抽采監控系統的正常工作和信息數據的采集、傳輸顯的尤為重要，如果系統中傳感器一旦出現錯誤，會導致一系列的安全事故發生，直接影響企業的生產和經濟效益。

1 瓦斯抽采監控系統傳感器故障診斷的意義

據《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》可知，在礦井生產中抽采工作占據著十分重要的地位。瓦斯抽采監控系統承擔著保證安全生產的重要責任，它是保障礦井安全生產的基礎條件。瓦斯抽采監控系統的正常運轉為礦井安全生產提供了可靠的保障。瓦斯抽采泵是整個抽采系統的中心環節，其自動化和智能化程度相對較低，因此需要強大的監測和控制系統的支持。

2 瓦斯抽采監控系統的主要問題

2.1 監控系統問題

目前，由于我國監控系統的智能化程度和自動化水平不是特別先進，在檢測和安全保護方面也存在著一些的問題。井下瓦斯濃度是需要時時檢測、即時上傳的數據。煤礦井下監控系統會采用人工監測和瓦斯監測系統兩種方式。人工監測會有覆蓋面不全和延時性的弊端。以往，由于井下監控系統不完善，會有很多誤傳、誤報、不傳的問題產生。隨著技術的發展和安全生產意識的提升，越來越多企業重視礦井監控系統，加強了礦井監控系統的管理，大大的減少了傳輸上報的故障發生。

2.2 故障識別問題

當瓦斯抽采監控系統傳感器出現問題時，最重要的就是盡快找到故障源所在的位置。但是，目前，傳感器診斷方法在查找故障源時存在的問題：

（1）無法快速找到故障源，尋找時間比較長，要花費大量的時間和精力才能找到故障源。

（2）可以找到故障源所在，卻因為監控系統體系龐大，操作比較復雜困難，運算較容易出錯，故障位置不精確，導致工作量加大，工作效率低下。

3 導致傳感器故障的因素

3.1 監控系統故障

3.2 傳感器自身故障

監控系統出現的問題隨著科技的發展、技術的革新，人們安全意識的提升已經有了較大的改進。然而，傳感器作為終端采集數據的核心設備，出現故障的概率比較高。

井下環境復雜多變，傳感器也很容易受到環境的影響而發生故障。例如：在瓦斯抽采的鉆孔操作時，工作面產生的粉塵和水會將傳感器的采集端堵塞，導致傳感器數據采集偏離實際數據，無法為地面傳送真實、準確的現場數據。一旦傳感器發生了故障，整個監測系統會因錯誤的測量數據，無法實施相應的控制和措施，為生產帶來及其嚴重的安全隱患。

4 瓦斯抽采監控系統傳感器故障診斷方法

4.1 解析模型

對于瓦斯抽采監控系統傳感器故障診斷方法而言，解析模型法是最早使用的一種方法。它通過將殘差進行分析探究之后，根據結果信息推斷傳感器的故障，再通過一系列分析，確定最終故障。這種方法需要使用到數學模型，將分析得到的數據信息分析過后利用數據模型來得到最終準確的結果。這里面所使用到的數據模型主要是瓦斯傳感器動態輸出模型，其能夠對瓦斯傳感器故障給予有效的診斷，具體實現方法如圖1所示。

通過對圖1進行分析可以發現，瓦斯傳感器運行過程中，實際輸出的前n 步采樣數據序列值依次為x（k-1），x（k-2），…x（k-n）進入神經網絡，此時可以借助神經網絡來對下一個第n 步的輸出值xi（k）進行預測，如果傳感器第k 步所得到的實際輸出值x（k）與xi（k）的偏差值在設定閾值范圍內時，則可以判定瓦斯傳感器正常工作。反之，如果偏差值超過設定閾值時，則可以判定傳感器出現故障。

4.2 信號處理

圖1：瓦斯傳感器故障診斷實現流程

由于監控系統使用線性系統的概率是最大的，因此，信號處理是在線性系統的基礎上提出來的。信號處理使信息檢測變得更加具有時效性，它能實時監測數據信號，然后對其進行分析處理。除了線性系統之外，信號處理還可以應用到非線性系統當中，它也能發揮出極大的作用。信號處理能完美的避免對象數學模型，它使診斷工作的可操作性大大提高了，既不需要花費太大的時間和精力，又能與其他方法相結合，將其他方法的優勢完全發揮出來。

4.3 數據驅動

數據驅動的傳感器診斷方法已經逐漸成為了最熱門的一種診斷方法了，這種方法雖然還處于起步階段。但是，由于其吸收了其他方法的優點而去掉了缺點，使得企業更愿意花費大量資金和人力去研究它。首先，數據驅動法對于數學模型的精確度要求不是特別高，它所接觸和處理的數據信息都是還沒經過處理的初步信息，因此所花費的成本也比較低。而由于其可操作性強，對工作人員的專業能力要求也不高，所以已經被大范圍的應用到了各個領域中去。

5 結束語

總而言之，瓦斯抽采監控系統的正常運轉為礦井安全生產提供了可靠的保障，故井下瓦斯抽采監控系統要不斷完善、創新，才能滿足目前礦井生產的需求。