矿山机电设备故障检测诊断技术

2019-12-02吕帅亨

电子技术与软件工程 2019年13期

文/吕帅亨

随着矿山开采深度和难度的加大，机电设备的长期稳定运行越发重要。而由于这些设备工作在高负荷和恶劣的环境中，所以设备自身的磨损、机械损伤以及老化状况堪忧，依靠常规维护检修手段很难保证其运行状态。因此，近年来基于计算机技术和信息技术的在线检测和自动化故障诊断被应用到这一领域。

1 矿山机电设备故障的发生机理

大型机电设备故障的发生一般体现为工况不稳定或部分零部件损坏失灵等，从而导致停产或引发安全事故。而这通常要经历一个过程，分析这些故障的成因并对其进行跟踪检测和分析，从而才能掌握故障发生的规律，并随时对设备的状况做出准确的判断，做到对故障的预测、诊断以及预防。矿山所用的机电设备绝大部分被安装在井下，因此环境中不仅存在粉尘、腐蚀性物质等不利因素，设备本身的载荷波动也较大。因此，首先在振动、高温和载荷的作用下，机械性磨损和损伤非常常见，尤其是传动部分连接件的状态很快就会出现恶化，导致相互之间的连接精度下降并发生运动干涉。其次，矿山机电设备的电气线路和装置工作在高电压和高温环境中，加之电力负荷波动明显，因此其绝缘性能下降问题也比较突出，而这一问题会严重影响设备运行的可靠性。

2 实现矿山机电设备自动检测与诊断的核心技术分析

2.1 基于计算机技术构建数学分析模型

传统的机电设备故障诊断和维修需要在停车状态进行，而随着自动监测相关的信息、物联网等技术的成熟，搭建在线检测系统并基于实时数据信息进行状态检测，同时依据矿山设备运行原理、不同工况下的参数以及维修档案信息等，可以通过软件系统的运行自动分析机电设备的运行状态，发现其存在故障隐患的位置并采取预防性维护维修措施。而构建数学分析模型是实现这一目标的基础，需要针对特定矿山机电设备的运行特点，利用计算机软件建立模型，从而将实时采集的各项参数进行处理，并且根据系统管理软件设定发出预警，或者直接向自动控制装置发出动作指令以确保生产安全。

2.2 通过传感装置采集机电设备以及环境相关参数

要想对矿山机电设备进行在线状态检测和故障分析，必须获取能够表征设备关键零部件或装置状态的参数以及周边环境的相关信息，从而为进行分析和判断提供全面的信息资源。目前，常见的技术是利用适合矿山工作环境的传感装置，将其安装于设备的轴承等关键位置，采集设备运行速度、温度以及电流等。通常这些装置与检测系统的检测单元相连，从而把采集到的信息转变为数字信号并传输到系统数据库进行进一步处理，通过分析模型与故障信息库进行拟合比对。

2.3 构建矿山机电设备运行状态的数据库

数据库是机电设备故障检测与诊断的核心，目前根据所用技术原理的不同，既可以构建具有自诊自检功能的智能化专家系统，也能基于一般故障检测理论建立与数学分析模型相对应的数据库。前者运用了人工智能技术让矿山机电设备的检测系统具有自学习、自适应能力，可以基于日常数据信息的采集分析不断获得进行故障分析和预测的经验，从而随着应用时间的延伸可以更精准的预测设备的故障点和发生时间。而且通过在管理软件和监控系统中设置相应的预警和自动控制模块，可以在发现故障隐患时向相关人员发出预警信息，并在被检测对象参数的数值超出整定值时，自动采取故障隔离和修复措施等。

3 在线检测与故障诊断技术的应用

3.1 在矿山运输设备中检测与故障诊断技术的应用

运输设备在矿山日常生产中必不可少，而其故障的发生不仅会影响生产效率，也会极大的威胁人员安全。因此，目前相关科研机构开发出了提升机和皮带运输机专用的检测与故障诊断装置和仪器。首先，用于提升机的检测系统可以实时检测钢丝绳等核心构件的工况，通过传感器采集钢丝绳两端天车的转速，当其差值达到设定整定值时自动预警。其次，针对皮带运输机易发故障，在其皮带和滚筒轴承处安装检测装置，运用无损探伤和温度等数字参数分析技术，对设备的工况进行分析，以便及时发现故障隐患并采取维护措施。

3.2 采掘设备的故障检测与诊断系统

采掘设备是矿山生产中最重要的设备，其运行状态是否可靠不仅关乎生产安全，也决定了资源的利用效率。因此，针对其运行特点研发的检测系统软硬件已经开始应用，系统的硬件包括布设在其控制箱、摇臂以及变频器等处的传感装置、控制装置以及进行数据集中处理和实时监控的计算机与网络设备。这一系统可以对设备的核心零部件状态、各部分构件的运行工况进行动态检测，并且根据需要为管理人员提供分析报告。

3.3 风机与电机等生产设备的检测

风机和异步电机也是非常重要的矿山机电设备，前者目前有专用的检测和故障诊断仪器，能够对其状态进行快速检测分析。而异步电机则是所有矿山机电设备的动力来源，其可靠性是保证矿山日常生产安全和效率的基础。目前，针对大功率的矿山用异步电机，部分电机厂商会提供配套的检测和故障诊断系统。基于对电机漏电电流、磁通量等电气参数以及机械连接部位温度、扭矩等数据的实时监测，通过相应的软件系统完成故障的分析和预测，保证电机在高效和稳定的工况下运行。