礦山電氣設備在線監測與故障診斷系統

李興

摘要：采礦作業涉及到許多大型電氣設備，包括變壓器、輸送機、電梯等，這些電氣設備的安全穩定運行是采礦作業有序發展的重要保證。滾動軸承是大多數電氣設備的核心部件，也容易損壞。目前，由設備故障引起的安全事故時有發生，其中滾動軸承故障約占40%。因此，采用先進技術對軸承進行在線監測和故障診斷，可以有效地保證電氣設備的正常運行，提高設備的性能。

關鍵詞：礦山電氣設備;在線監測;故障診斷系統;分析研究

1淺析礦山機電設備的使用、維護與故障診斷

1.1礦山機電設備總體水平

隨著時代的進步和發展，科學技術的不斷提高，為了促進我國礦山企業提高生產效率，跟上時代的發展，生產中使用的硬件設備應該不斷更新，提高生產效率。但是，從目前的情況來看，我國大多數礦山企業由于缺乏資金支持，在礦山生產過程中仍然使用相對落后的生產設備，這不僅導致了礦山技術含量的缺乏，而且在一定程度上導致了采礦效率的不斷下降。雖然一些礦山企業已經意識到自己生產設備的不足，但他們也引進了目前新的生產設備，這不僅大大提高了采礦效率，而且提高了礦山企業的經濟效益。然而，大多數礦山企業引進國產機電設備，只有少數進口先進設備，從長遠發展來看，我國礦山企業機電設備的應用效率還有很大的提升空間。

1.2礦山機電設備使用、維護和故障診斷現狀

由于我國礦山企業機電設備硬件設施質量的不同，一些企業忽視了機電設備的使用維護和故障診斷，在機械設備的后期使用中會出現很多問題。

2礦井電氣設備在線監測與故障診斷系統的硬件設計

在線監測與故障診斷系統包括數據采集、數據傳輸、參數監測和故障診斷。振動加速度傳感器和溫度傳感器用于檢測設備輥的運行情況和設備溫度。信號數據由礦井本安振動監測分析儀采集、放大、轉換，通過以太網傳輸至數據服務器。最后實現了在線監測和故障診斷。

2.1核心部件的設計

系統硬件設計以MHK18礦用本安型振動檢測儀為核心。振動檢測儀適用于煤礦機械設備的常規振動測量，特別是往復式機械的振動測量。對各類設備進行點檢、檢查和定期檢查，可以方便地監測各類機械設備的振動狀態和故障診斷。內置剪切壓電加速度傳感器，頻率范圍寬;配備不同尺寸的探頭，以適應不同的工作條件;液晶屏采用背光模式，可在光線不足的環境下使用;電池壽命20小時，具有電源提示功能;自動停機，無操作延遲;數據存儲功能。振動檢測儀可以檢測信號的振動峰值、振動頻率和故障，實現信號的智能處理。

2.2數據采集設計

數據采集系統主要由KS16本安型振動加速度傳感器和LH516-S本安型數據采集分站組成。KS16礦用這種Ann型振動加速度傳感器主要用于測量軸承的振動，主要安裝在各種旋轉機械的軸承蓋上，傳統的壓電式加速度傳感器與電荷放大器設置在一個有機的整體上，可以直接與記錄顯示和采集儀連接，簡化了測試系統，提高了測試的準確性和可靠性。振動加速器利用內部晶體因加速度而變形。由于該變形產生電壓，因此可以通過計算產生的電壓和施加的加速度之間的關系將加速度轉換為電壓輸出。工業振動測量的靈敏度一般在50mV/g、100mV/g和200mV/g加速度傳感器中考慮，但傳感器的頻率范圍必須根據不同的測量對象進行選擇。

3系統軟件設計

滾動軸承的振動信號是由內外因素共同作用形成的。內部因素包括其自身結構和運行方式，外部因素包括其他設備或部件對軸承的振動影響。由于內外因素的共同作用，滾動軸承的振動信號具有復雜性和隨機性。從所有振動信號中提取特征信號是利用振動信號分析進行故障監測和診斷的基礎。對振動信號進行時域分析。滾動軸承的損傷程度越高，振動越強烈，時域分析指標越高。信號峰值用于檢測信號振動強度。

4電氣設備在線監測技術應用方案

4.1信息采集層的設計

信息采集層主要由傳感器實現，可以全面檢測電氣設備的運行狀態，傳感器本身可以長時間運行，滿足在線監測的需要。但是，為了保證采集信息的完整性和準確性，有必要注意傳感器的選擇，主要有兩點：（1）傳感器的性能必須滿足要求，特別是信息采集的速率和精度;（2） 綜合分析電氣設備異常狀態、常見故障的特征，根據特征類型選擇傳感器，如當電氣設備處于異常狀態時，可能發生異常振動，振動頻率和振幅與以往不同，然后會選擇振動傳感器來采集設備信息，或者當電氣設備的內阻太大時，會導致電路燒毀，其內部溫度會大大升高，那么就有必要選擇溫度傳感器來采集相關信息。一般而言，傳感器類型應涵蓋所有異常狀態和常見故障的特征，并應在出現缺陷時進行補救。

4.2信息處理層的設計

首先，為了確保信息采集層能夠與信息處理層進行通信，有必要在它們之間安裝一個傳感器，以便將信息采集層采集的電氣信息轉換為數字信號格式，并且只能接受該格式，由信息處理層進行讀取和分析。其次，在信息處理層的設計中，該層由推理機和知識庫組成，因此設計主要集中在兩個方面：1）推理機設計，這是基于自動推理機的主要程序設計方法，其中設置了混合推理邏輯，邏輯會先根據原始信息進行正向推理，然后提出假設，然后通過逆向推理，發現原始信息中的信息支持假設的證據，如果沒有證據支持假設就是替換假設，只要有足夠的權利支持一個假設，就表明該假設是有效的，并且電氣設備在該假設中存在異常狀態或故障。（2） 設計知識庫、知識庫實際上是數據倉庫，但它不是簡單的用來存儲數據信息，需要人工對電氣設備的異常狀態、常見故障的統計特征進行分析，然后再進一步建立知識庫，推理機可以通過知識輥保存的數據信息提出假設，如電氣設備正常振動頻率為30次/s，然后推理機提出電氣設備異常振動頻率的假設，通過逆向推理確認設備當前振動頻率是否滿足30次/s。否則，假設為真，并判斷電氣設備的異常振動現象。否則，設備振動正常。

4.3應用終端層設計

應用終端層由人工終端和系統終端組成，設計主要集中在兩個方面：（1）人工設計，人工終端包括常規計算機或移動互聯網設備（如智能手機，如具有計算機功能的設備，并可連接到設備），此類設備經過信息處理后可以接受，信息處理層可以通過這些設備使人工掌握電氣設備的當前狀態，也可以通過知識庫接受推理機的解決方案，人工可以判斷方案的可行性，如果可行性不好，它不會通過，否則它會通過。終端終端（2）系統設計、系統實現，由高配置計算機負責執行人工端通過的解決方案，也通過推理機了解電氣設備獲取信息采集層下的解決方案狀態，如果解決方案無效，將客戶端請求人工干預，人工可以切換到手動控制模式，解決方案通過手動端設計在系統終端上，然后由系統終端執行。

5結論

根據礦山電氣設備的特點設計了在線監測與故障診斷系統，實現了礦山電氣設備信息的實時監測、數據查詢、報警處理和故障診斷功能，實現了大型電氣設備的實時監測和及時故障診斷，有效提高電氣設備運行的穩定性和安全性。煤礦電氣設備在線監測與故障診斷系統的開發與應用，對提高生產效率、保障煤礦安全生產具有重要意義。

參考文獻

[1]曾建雄.基于微震監測的地下礦山開采擾動動力災害分析與預測研究[D].武漢科技大學，2015.