矿山电气设备在线监测与故障诊断系统

李兴

摘要：采礦作业涉及到许多大型电气设备，包括变压器、输送机、电梯等，这些电气设备的安全稳定运行是采矿作业有序发展的重要保证。滚动轴承是大多数电气设备的核心部件，也容易损坏。目前，由设备故障引起的安全事故时有发生，其中滚动轴承故障约占40%。因此，采用先进技术对轴承进行在线监测和故障诊断，可以有效地保证电气设备的正常运行，提高设备的性能。

关键词：矿山电气设备;在线监测;故障诊断系统;分析研究

1浅析矿山机电设备的使用、维护与故障诊断

1.1矿山机电设备总体水平

随着时代的进步和发展，科学技术的不断提高，为了促进我国矿山企业提高生产效率，跟上时代的发展，生产中使用的硬件设备应该不断更新，提高生产效率。但是，从目前的情况来看，我国大多数矿山企业由于缺乏资金支持，在矿山生产过程中仍然使用相对落后的生产设备，这不仅导致了矿山技术含量的缺乏，而且在一定程度上导致了采矿效率的不断下降。虽然一些矿山企业已经意识到自己生产设备的不足，但他们也引进了目前新的生产设备，这不仅大大提高了采矿效率，而且提高了矿山企业的经济效益。然而，大多数矿山企业引进国产机电设备，只有少数进口先进设备，从长远发展来看，我国矿山企业机电设备的应用效率还有很大的提升空间。

1.2矿山机电设备使用、维护和故障诊断现状

由于我国矿山企业机电设备硬件设施质量的不同，一些企业忽视了机电设备的使用维护和故障诊断，在机械设备的后期使用中会出现很多问题。

2矿井电气设备在线监测与故障诊断系统的硬件设计

在线监测与故障诊断系统包括数据采集、数据传输、参数监测和故障诊断。振动加速度传感器和温度传感器用于检测设备辊的运行情况和设备温度。信号数据由矿井本安振动监测分析仪采集、放大、转换，通过以太网传输至数据服务器。最后实现了在线监测和故障诊断。

2.1核心部件的设计

系统硬件设计以MHK18矿用本安型振动检测仪为核心。振动检测仪适用于煤矿机械设备的常规振动测量，特别是往复式机械的振动测量。对各类设备进行点检、检查和定期检查，可以方便地监测各类机械设备的振动状态和故障诊断。内置剪切压电加速度传感器，频率范围宽;配备不同尺寸的探头，以适应不同的工作条件;液晶屏采用背光模式，可在光线不足的环境下使用;电池寿命20小时，具有电源提示功能;自动停机，无操作延迟;数据存储功能。振动检测仪可以检测信号的振动峰值、振动频率和故障，实现信号的智能处理。

2.2数据采集设计

数据采集系统主要由KS16本安型振动加速度传感器和LH516-S本安型数据采集分站组成。KS16矿用这种Ann型振动加速度传感器主要用于测量轴承的振动，主要安装在各种旋转机械的轴承盖上，传统的压电式加速度传感器与电荷放大器设置在一个有机的整体上，可以直接与记录显示和采集仪连接，简化了测试系统，提高了测试的准确性和可靠性。振动加速器利用内部晶体因加速度而变形。由于该变形产生电压，因此可以通过计算产生的电压和施加的加速度之间的关系将加速度转换为电压输出。工业振动测量的灵敏度一般在50mV/g、100mV/g和200mV/g加速度传感器中考虑，但传感器的频率范围必须根据不同的测量对象进行选择。

3系统软件设计

滚动轴承的振动信号是由内外因素共同作用形成的。内部因素包括其自身结构和运行方式，外部因素包括其他设备或部件对轴承的振动影响。由于内外因素的共同作用，滚动轴承的振动信号具有复杂性和随机性。从所有振动信号中提取特征信号是利用振动信号分析进行故障监测和诊断的基础。对振动信号进行时域分析。滚动轴承的损伤程度越高，振动越强烈，时域分析指标越高。信号峰值用于检测信号振动强度。

4电气设备在线监测技术应用方案

4.1信息采集层的设计

信息采集层主要由传感器实现，可以全面检测电气设备的运行状态，传感器本身可以长时间运行，满足在线监测的需要。但是，为了保证采集信息的完整性和准确性，有必要注意传感器的选择，主要有两点：（1）传感器的性能必须满足要求，特别是信息采集的速率和精度;（2） 综合分析电气设备异常状态、常见故障的特征，根据特征类型选择传感器，如当电气设备处于异常状态时，可能发生异常振动，振动频率和振幅与以往不同，然后会选择振动传感器来采集设备信息，或者当电气设备的内阻太大时，会导致电路烧毁，其内部温度会大大升高，那么就有必要选择温度传感器来采集相关信息。一般而言，传感器类型应涵盖所有异常状态和常见故障的特征，并应在出现缺陷时进行补救。

4.2信息处理层的设计

首先，为了确保信息采集层能够与信息处理层进行通信，有必要在它们之间安装一个传感器，以便将信息采集层采集的电气信息转换为数字信号格式，并且只能接受该格式，由信息处理层进行读取和分析。其次，在信息处理层的设计中，该层由推理机和知识库组成，因此设计主要集中在两个方面：1）推理机设计，这是基于自动推理机的主要程序设计方法，其中设置了混合推理逻辑，逻辑会先根据原始信息进行正向推理，然后提出假设，然后通过逆向推理，发现原始信息中的信息支持假设的证据，如果没有证据支持假设就是替换假设，只要有足够的权利支持一个假设，就表明该假设是有效的，并且电气设备在该假设中存在异常状态或故障。（2） 设计知识库、知识库实际上是数据仓库，但它不是简单的用来存储数据信息，需要人工对电气设备的异常状态、常见故障的统计特征进行分析，然后再进一步建立知识库，推理机可以通过知识辊保存的数据信息提出假设，如电气设备正常振动频率为30次/s，然后推理机提出电气设备异常振动频率的假设，通过逆向推理确认设备当前振动频率是否满足30次/s。否则，假设为真，并判断电气设备的异常振动现象。否则，设备振动正常。

4.3应用终端层设计

应用终端层由人工终端和系统终端组成，设计主要集中在两个方面：（1）人工设计，人工终端包括常规计算机或移动互联网设备（如智能手机，如具有计算机功能的设备，并可连接到设备），此类设备经过信息处理后可以接受，信息处理层可以通过这些设备使人工掌握电气设备的当前状态，也可以通过知识库接受推理机的解决方案，人工可以判断方案的可行性，如果可行性不好，它不会通过，否则它会通过。终端终端（2）系统设计、系统实现，由高配置计算机负责执行人工端通过的解决方案，也通过推理机了解电气设备获取信息采集层下的解决方案状态，如果解决方案无效，将客户端请求人工干预，人工可以切换到手动控制模式，解决方案通过手动端设计在系统终端上，然后由系统终端执行。

5结论

根据矿山电气设备的特点设计了在线监测与故障诊断系统，实现了矿山电气设备信息的实时监测、数据查询、报警处理和故障诊断功能，实现了大型电气设备的实时监测和及时故障诊断，有效提高电气设备运行的稳定性和安全性。煤矿电气设备在线监测与故障诊断系统的开发与应用，对提高生产效率、保障煤矿安全生产具有重要意义。

参考文献

[1]曾建雄.基于微震监测的地下矿山开采扰动动力灾害分析与预测研究[D].武汉科技大学，2015.