矿井风机报警系统的优化改进

段志勇

（山西潞安和顺一缘煤业有限责任公司， 山西 晋中 032700）

1 现有风机报警系统存在的问题

矿井风机报警系统是通过设定一些阈值，当风机数据达到阈值时就会发出警报信号。但在实际过程中，当风机部分数据达到阈值并发出警报时，风机的零件就已经损坏，其并不能起到保护风机的作用。报警系统对检测的数据分析能力不足，所监测到的数据对于大部分值班人员来说并不能起到很好的作用。而现有的Matlab拥有强大的数据处理能力可以弥补这方面的缺点，因此对矿井风机的报警系统进行优化改进可以提高报警的准确性与报警的能力。

2 报警系统的优化改进

组态王作为监控系统领域应用最为广泛的软件，主扇风机的报警系统正是基于此组态软件搭建而成。由组态王搭建的报警系统可以对达到阈值或超出预定范围的数据进行报警，对故障信息及时记录，并在报警窗口显示故障信息。但现用的组态王报警系统无法实现数据处理即无法对故障信息进行合理有效的预测和报警，如果只能靠改变报警的阈值来提高预警的准确度势必会产生大量的误报信息，还需要大量的人力进行审核检查。因此，基于Matlab对预警系统进行改进。

Matlab的主要作用是对主扇风机的预警机制进行重新设计，对原有的数据处理分析后经过OPC技术将数据及时发送到Matlab软件，Matlab软件对数据进行分析，并将分析的结果传送至组态王，组态王对系统故障信息进行显示[1-3]。改进后的报警系统如图1所示。

2.1 运用Matlab优化报警机制

本文以主扇风机运行过程中的主扇风机轴承温度为例，对主扇风机的轴承温度进行实时监测，发现风机的轴承在正常生产运行过程中温度在48～60℃范围内，主扇风机在正常运行情况下，风机轴承温度历史最高为59.8℃，历史最低为48.7℃。主扇风机的轴承温度故障可以分为三种类型，分别为缓慢升高型、周期性波动型和急变型。对风机维修前的轴承温度记录资料分析发现，轴承故障发生前的温度在缓慢的升高即属于缓慢升高型，此时主扇风机的报警机制反应较为滞后，对轴承的损害最为严重。故急变型显示出风机轴承达到阈值更加迅速，这类信号的报警机制与缓慢升高型拥有相同的判断机制即达到阈值发出报警信号。周期型同样可以在达到阈值时进行报警，同时会出现回落现象，这三种故障信号机制都可以采用Matlab故障判断机制。

图1 报警系统关系图

在这三种故障信号中，风机轴承温度在单位时间内升高0.4℃以上，其中急变型温度上升高程度最大，因此设置温升0.5℃可满足预警要求，温度升高程度超0.5℃的次数设定为3次，以防止系统出现误报。对于急变型信号来说，该设定机制具有较好的敏感性，可以迅速准确发出故障报警信号。对于缓慢升高型故障信号和周期型故障信号，虽然温度升高程度变化趋势不是很明显，但同样也能满足预警要求。如相对于缓慢型，由于温升变化具有一定的滞后性，因此如果判别为故障可提前对风机轴承进行检修，防止风机轴承出现更严重的损害。

综合轴承温度监测数据，将轴温在60℃时设置为系统判别阈值，当温度到达60℃时自动启动Matlab进行故障分析。采集到的轴承温度数据是时变的数组，因此将轴温进行转化并实施对轴承温度变化情况进行监测，一旦出现故障将故障信息发送到组态王系统。组态王中设计的报警系统可以判别收到的故障信号，一旦超出阈值将在显示端呈现动态报警信息，Matlab的部分设定程序如下：

2.2 Matlab与组态王的数据通讯

组态王软件启动时可以运行OPC服务器。组态王中的监测数据都可以连接到OPC服务器，这些数据都可以通过OPC数据库进行动态传输。数据源与运行中的组态王监测系统连接，数据通过Matlab软件分析。以主扇风机前后轴承温度为例，对一级电机前后轴承的温度数据写入Matlab软件，并对数据进行显示。Matlab软件中拥有OPC工具箱，可以直接通过Matlab软件的可视化界面对OPC进行编辑。为了使系统的实用性更强，可以直接直接对.m文件进行编辑并转成系统可执行的程序。Matlab软件和组态王之间的数据转换过程如图2所示。

3 报警系统实际运用测试

图2 Matlab获取实时数据

测试前将Matlab程序进行打包，设计为可以执行的文件。为了对系统程序的可靠性以及改进后报警系统的报警性能进行检验，对系统自动判定出的故障点进行标记。当轴温达到63℃时，报警系统中的报警机制对轴承故障进行识别并作出报警，测试效果与预期相同，且满足要求。为满足矿井各类风机需求，本程序对轴承温度升高次数和温升值都可以在可视化界面中进行更改，设置了参数趋势曲线和报表，方便用户的管理和数据分析，具有故障报警功能，风机故障或关键参数超限都会进行报警。

4 结论

基于计算机控制技术以及数据处理技术，利用Matlab强大的数据处理能力，对矿井主扇风机的预警机制进行改进，重新设定了风机的监测信号处理参数，经过实际测验发现，改进后的风机状态监测报警系统与原来相比具有更好的预警能力，不仅可以更加准确地判断风机故障，减少作业人员的劳动强度，减少人力财力等损耗，提升现有的监控系统管理水平，保障风机安全，而且可以及早地发现故障，预留一定的处理故障反应时间，使煤矿安全稳定生产的可靠性更高。