故障诊断技术在矿山机电设备中的应用

曲昀卿， 张永生， 李英辉

(1．石家庄职业技术学院 a.电气与电子工程系； b.资产管理中心，河北 石家庄 050081；2．河北传媒学院 信息技术学院，河北 石家庄 050081)



故障诊断技术在矿山机电设备中的应用

曲昀卿1a， 张永生2， 李英辉1b

(1．石家庄职业技术学院 a.电气与电子工程系； b.资产管理中心，河北 石家庄 050081；2．河北传媒学院 信息技术学院，河北 石家庄 050081)

在矿山机电设备常规检测的基础上，提出了一种基于物联网技术的故障诊断技术.介绍了它的工作原理，分析了其在矿山机电设备故障诊断和检修中的作用.以矿井提升机检测及故障诊断、矿用高压异步电动机故障诊断为例说明了此技术的应用过程.

故障诊断；矿山机电设备；物联网

对矿山机电设备进行科学的维护管理是提高矿山生产效率，保障安全生产的重要途径.然而，随着我国经济的不断发展，矿山生产任务不断加重.在这种背景下，一方面矿山机电设备的检修和及时故障诊断的重要性日益凸显，另一方面对故障诊断技术提出了更高的要求，即故障诊断既要尽量减少对正常生产的干扰，同时又要尽早、尽可能地准确判断当前设备存在的问题.而常规的定时检修和状态检修技术已经无法完全解决矿山机电设备的故障诊断与检修问题.基于此，本文提出一种基于物联网技术的矿山机电设备的故障诊断技术，并且分析了其实际的应用过程.

1 定时故障检修、状态检修以及基于物联网的状态检修技术

随着科学技术的迅猛发展，工业生产的自动化程度日益提高，在现代生产过程中，机电设备的应用日益普遍，影响力也不断提高，与此同时，设备运行的成本也呈上升趋势.一旦机电设备在运行过程中出现故障，就会影响生产的顺利进行，使企业蒙受一定的经济损失，甚至会造成较为严重的人身伤亡事故，所以，应对矿山机电设备及系统的安全性及可靠性予以足够的重视，对故障诊断技术进行深入的分析和研究，并在实践中广泛采用.

1.1 定时故障检修

定时故障检修是指根据机械设备的基本情况，尤其是保养和检修说明，制定检修计划，按照一定的周期对设备进行系统的检修.其基本的工作流程如图1所示.

图1 定时故障检修基本流程

由图1可知，定时故障检修通过检修员领取检修任务，按照一定的周期开展巡视检修，检修完成后填报检修记录来实现.这种方式对于矿山机电设备的故障排查有一定的作用，但是在检修时需要中断生产，并且无法及时发现并排除故障，实际效果并不理想.

1.2 状态检修

状态检修是一种以设备实时运行状态为检修依据的检修方式.它是一种预防性检修，能够在故障发生之前以及故障发生的最初解决相关问题.与定时故障检修不同，状态检修需要建立在完备的状态监测以及故障诊断的基础上，能够最大限度地确保设备的安全性、可靠性，同时也有助于延长设备的运行寿命，并且还能节约大量的设备维修费用以及各方面的资源.其基本的运行流程如图2所示.

图2 状态检修流程

状态检修是根据机电设备的运行状态开展的检修，与定时检修相比，它更有针对性，也能更好地维护机电设备的稳定性和安全性.但是，状态检修仍无法完全解决对生产的干扰以及故障诊断的及时性问题.

1.3 基于物联网的状态检修

物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID(射频识别)、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”.物联网技术是指通过互联网及信息传感设备，按照一定的网络传输协议，实现物与物之间、物与人之间以及人与人之间的相互连接的网络.物联网包括感知层、网络层以及应用层三个层次.其中，感知层利用各种传感设备，采集相关的数据和信息，是整个物联网的数据基础；网络层是基于互联网技术的各种网关及网络，是整个互联网的数据传输基础，用于支撑整个互联网的数据传播；应用层则主要包括数据分析、处理以及业务分析和管理.

物联网能够基于互联网技术实现物物相连，通过连接各种传感器，实现相应数据信息的采集、处理及应用.通过与互联网进行连接，实现物与物之间、物与人之间以及人与人之间的信息交换和通讯、所有物品与网络的连接，方便识别、管理及控制.物联网技术在状态检修中的应用，能够有效地解决传统状态检修技术对生产的干扰以及故障诊断的及时性问题.其工作流程如图3所示.

图3 基于物联网的状态检修工作流程

该工作流程不需要中断机电设备的生产，能够通过传感器获取机电设备运行的基本情况，然后判断设备是否存在故障，如果存在，则对其进行检修；如果不存在，则不进行检修.

2基于物联网的状态检修技术在矿山机电设备故障诊断中的应用

2.1 应用原理

物联网状态检修技术的主要依据是各类传感器技术的使用，主要包括RFID技术、红外感应技术等.它将矿山机电设备运行的基本信息进行采集，然后与矿山机电设备的正常运行数据进行比对，如果运行参数与正常数据相比，没有差异或者差异在正常范围内，则说明该机电设备没有任何故障；反之，则说明该机电设备存在一定的问题.如果是后者，则需要详细分析采集的相关数据，通过在线监测技术以及分析诊断技术，构建状态检修专家系统，分析提炼出机电设备发生故障时的早期征兆以及特征，并且对机电设备容易发生故障的故障点、故障深度以及发生故障之后的故障发展趋势做出较为准确的判断，从而确保机电设备能够得到更好的维修及保养.其工作原理如图4所示.

图4 基于物联网的状态检修技术的工作原理

感知层通过在机电设备、矿山安装的多个基于无线通信技术、RFID技术的感知节点，采集矿山机电设备的运行状态信息，然后通过无线网络将上述信息传递到矿井、工作站以及集控站的网络层，对相应的数据进行处理和分析，通过应用层进行分析比对，根据机电设备运行的实际情况进行故障诊断和安全监控，如果有必要可以通过继电保护以及安全自动装置及时中断机电设备的运行，等待维修.

基于物联网的状态检修技术，能够最大限度地减少因为故障诊断而造成的机电设备停止使用的时间，同时延长机电设备的使用寿命，有效地降低机电设备的维修或者修复成本.

2.2 在常见矿山机电设备故障诊断中的应用

2.2.1 矿井提升机检测及故障诊断

在矿山生产中，矿井提升机有着非常重要的作用.当矿井提升机出现故障时，不仅影响生产，而且还影响经济效益.随着基于物联网的状态检修技术的不断发展，矿井提升机的故障排查变得越来越容易.

提升机可能出现的故障主要包括硬故障、软故障两种，其中，硬故障指的是由于特定参数超限所导致的故障，保护装置负责解决此种故障；软故障涉及到一系列的变量，主要是软件问题.这两类故障都可以通过在提升机以及在提升机运行的工作站上安装传感器，检测提升机当前的负载情况、运行速度、工作电压、电流等，如果有条件，还可以采用中国矿业大学研发的KJ46型矿井提升机状态监护系统以及ASCC型全数字提升机控制系统等，对提升机当前运行的状况进行实时检测，通过无线通信节点实时传递相关数据，再通过专家分析系统比对提升机当前运行的状况与正常运行状况之间的差异，如果出现显著差异，则立即根据相应的参数变化情况判断其出现的故障，并且维修.

2.2.2 矿用高压异步电动机检测及故障诊断

以煤矿生产为例，其水泵、提升机、压风机以及排风扇等设备的拖动均依赖于6 kV高压异步电动机.高压异步电动机的工作状况直接关系到矿山的生产是否能够持续，是否能够保证生产的安全.基于物联网的状态检修技术通过在矿用高压异步电动机周边安装温度传感器，在其供电部分安装电压、电流传感器、谐波传感器以及放电传感器，较为轻松地获取矿用高压异步电动机的工作状态，然后感知层将相关数据传输到网络层；网络层再将数据进行初步处理后，将相应的数据传输到应用层；应用层根据接收的数据，与专家诊断系统中的高压异步电动机的正常工作参数以及电动机发生故障时的早期征兆与特征进行比对，查看其是否存在故障.如果存在故障，则通过继电保护以及其他的安全保护装置切断高压异步电动机的供电，待修；如果不存在故障，则不影响其正常工作.

3 结语

基于物联网的状态检修技术是融合了计算机技术、信号处理技术以及传感器技术的一项综合性故障诊断技术，国外发达国家对该领域的研究较早，并已经取得了一定的成果.随着现代科学技术的不断进步，煤矿生产领域对基于物联网的故障诊断技术的应用也会越来越普遍.

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责任编辑：金 欣

Fault diagnosis technology in mine electrical and mechanical equipment

QU Yun-qing1a， ZHANG Yong-sheng2， LI Ying-hui1b

(1a.Department of Electrics and Electronics; b.Asset Management Center，Shijiazhuang Vocational Technology Institute，Shijiazhuang，Hebei 50081，China;2.School of Information Technology，Hebei Media Institute，Shijiazhuang，Hebei 050081，China)

Based on the routine inspection of mine mechanical and electrical equipment，a fault diagnosis technology is proposed with IOT (internet of things) technology.This paper analyzes the fault diagnosis and maintenance of the mechanical and electrical equipment.

fault diagnosis; mine mechanical and electrical equipment; IOT

2015-11-02

曲昀卿(1978-)，女，河北石家庄人，石家庄职业技术学院副教授.

1009-4873(2015)06-0033-03

TD407

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