矿山机电设备智能故障检测诊断技术的研究

冯肖利

(西山煤电(集团)有限责任公司机电处，山西太原030053)

1 矿山机电设备的故障检测及诊断技术

故障诊断技术实际上是指集计算机技术、信号处理及分析技术、传感器技术等先进技术于一体的具有综合性的先进技术。相关的基础学科理论、现代工艺理论以及检测技术理论的不断完善和发展为故障检测技术的不断升级和更新提供了重要的理论依据。故障检测及诊断技术是一种通过对矿山机电设备的运行状态、以及信号数据进行检测，以此对矿山机电设备的安全性以及运行的可靠性进行预测的方法，通过对性号数据以及设备运行状态的分析找出矿山机电设备的故障所在，对造成故障的原因以及危害程度进行明确的判断，最终提出具有针对性的解决措施和具体的处理办法，保证机电设备的持续正常运作。

2 矿山机电设备故障监测技术步骤

2.1 对信息的采集

对矿山机电设备的运行状况以及运行的参数和信号数据进行监测，通过机电设备传感器上所传递的信息进行数据的采集和整理，同时将这些数据通过计算机网络存储下来或者放入数据库，以便日后调用。

2.2 对采集信息的处理

对机电设备的运行状况进行现场采集的数据不能够直接反映出设备的具体运行状态，还必须对其中的数据进行相应的识别。在采集到的信息中，存在着有用的信息以及无用的信息，所以必须要将采集到的信息进行整合，对无用的信息进行剔除，同时也可以将数据进行转换，将其中的有效信息提取出来并作出具体分析，再将这些数据转换成机器或者人能够读懂的数据和信息。

2.3 将处理之后的信息进行分析和识别

在对采集到的信息进行处理之后，还要对这些信息数据进行分析和识别，主要通过数据分类管理、有效识别以及详细分析，再将这些数据与之前设备正常运行时所采集到的数据进行科学的对比，通过参考和分析，得出当前设备的运行现状以及设备有可能发生故障的部位、造成故障的原因以及故障的具体类别。

2.4 数学建模

矿山机电设备在运行中很多的参数和数据信息，与机电设备的状态以及机电设备是否存在故障隐患有一定关系。因此，需要建立数学模型来准确反映机电设备状态与产生故障的参数间的数学关系。

2.5 预测技术

对机电设备部件的剩余寿命和机电设备的故障情况等方面进行预测，可以为日常机电设备的保养工作和故障维修工作提供可靠依据，能够有效避免矿山机电设备故障的发生。

3 矿山机电设备中故障检测诊断技术的应用

3.1 矿井提升机检测与故障诊断

提升机是矿井生产、运输的主要设备之一，它担负着提升原煤、矸石、下放材料、升降人员和运送设备的任务。提升机运行的安全可靠不仅直接影响矿山的生产，还影响到矿山生产人员的生命、财产安全。矿井双筒提升机松绳现象经常发生，而松绳现象常常带来很大的危害。这里介绍一种简单实用的松绳检测装置。该装置主要由单片机和霍尔传感器组成，其原理是:在提升机每个天轮一侧安装一周小磁钢，并在适当位置安装霍尔传感器检测两天轮的转速，在正常运行时，两天轮的转速相同，则两个传感器输出的计数脉冲个数基本相同，该装置内单片机计算出的两天轮的行程差几乎为零;当钢丝绳出现松绳现象时，两天轮的行程不同，该装置可计算出两天轮之间的行程差，当行程差达到预报警值时发出松绳报警信号;当行程差达到保护值时，该检测装置发出控制信号，使提升机及时刹车，起到保护作用。

3.2 用于通风机的故障检测诊断

对相关产品进行研究后发现，在现阶段，用于检测诊断通风机故障的诊断极少，较为典型的装置是KF－CA 型号的通风机集中检测仪以及煤炭科学总院重庆分院FJZ 型号矿井主风机在线监测和故障诊断仪。它们的特点主要有:指令系统丰富且高效、18 位的中央处理器、16 位的定时器两个、16 位的监视定时器以及高速输入及输出的接口等。通过指令发出、诊断仪诊断、处理器分析检测、定时器进行时限规定、诊断结果高速输入、输出。来完成对通风机故障的检测诊断。

3.3 用于采煤机的故障检测诊断

为改变现阶段国产采煤机落后的故障检测诊断状况。原煤炭部把研制“电牵引采煤机的工况检测与故障的诊断系统”作为重点科技攻关计划来看待。电牵引采煤机的工况检测与故障的诊断系统主要由变频器通信设备等几部分组成，该变频器能检测出29 个工况的检测参数，显示屏及液屏均单独设立，可显示出采煤机在运行时的牵引速度参数、输入电压的参数等，且具有过压欠压及过载过流、温度保护等功能。其主要功能为把变频器的工况检测信号传送至工况故障检测中心，进而得出相应处理，最后以图形或是中文的方式进行集中显示。

4 矿用高压异步电动机的检测及诊断技术

常见故障特征提取方法包括信号处理、模式识别和参数辩识。现代信号处理技术的发展为故障诊断提供了强有力的工具，人工智能技术的应用大大提高了诊断的精度和范围。模糊逻辑、人工神经网络、专家系统等人工智能技术都被应用于异步电动机的故障诊断，取得了较好的效果。异步电动机故障常见的检测与诊断方法有:

1)局部放电检测。利用检测定子电流的电流互感器(CT)和高频检测仪，或通过射频天线和带通滤波器检测局放脉冲，可辨别各种局放源以诊断定子的不同故障。这种方法对有些低压电机效果较差。

2)电流高次谐波检测。定子绕组故障可引起定子电流的高次谐波增加，尤其是定子绕组匝间短路故障。据研究，匝间短路时定子电流的5、11、17 次谐波显著增加，其中5 次谐波增加较多。根据电动机故障所表现的不同特征，又分为对称故障和不对称故障两大类:对称故障如过载、堵转和三相短路等，这类故障最明显的特征是电动机电流明显增大，因此可通过电动机过流程度来诊断这类故障。不对称故障如断相、相间短路、匝间短路、单相接地和两相接地等。有关研究表明，当定子绕组的一个线圈对中性点短路时，三相电流的幅值为 1. 07、0.89、0.91。利用定子电流的不平衡现象检测异步电动机的定子绕组故障较为方便有效。这类故障最明显的特征是电动机电流中出现负序电流和零序电流，因此以零序电流和负序电流分量作为鉴别不对称故障的判据有较高的可靠性。不对称故障根据故障点的不同又可分为接地性和非接地性两大类，故障的类型不同其信号的检测方法也不同。

3)磁通检测。电机的定子故障会使内部磁通在径向和切向工的分量发生变化，只要检测出这两个分量的磁通变化情况，也可诊断出定子故障。此方法在高压电机定子侧的多种故障检测中得到了应用，但这种方法需要专门的磁通检测仪器，使用不方便，对弱信号不易检测。

5 结语

随着煤矿现代化进程的加快和安全技术的高速发展，各种新装备、新技术逐渐在煤矿产业生产中得到越来越多的应用，信息化工作快速推进，这些都使得煤矿生产的效率和安全性得到了很大的提升，同时为煤矿企业带来了很好的经济效益。

［1］孙新城.浅析煤矿机电设备维修中故障检测诊断技术的应用［J］.企业技术开发，2011(17).

［2］井学庆.矿山机电设备故障诊断技术的研究与探讨［J］.黑龙江科技信息，2012(2).