煤矿电气设备状态监测网络及故障诊断范文
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摘要：为了减少煤矿设备故障现象，需要以网络为平台，综合计算机技术、传感器技术、信号处理技术等，构建煤矿设备状态监控网络及故障诊断系统，实时获取设备运行动态信息，确保设备运行的稳定性及安全性。
关键词：KJ707煤矿电气设备；状态监控网络；故障诊断；设计与实现
0前言
煤矿电气设备作为煤矿开采中必不可少的装备，是确保井下作业顺利进行、提高煤矿开采效率的基础保障。但是，由于井下环境复杂，煤矿电气设备在长期运行过程中，工作性能会因为粉尘、潮气等多种因素的影响而下降，很容易引发设备故障。不仅影响井下正常作业，还会威胁井下人员的生命健康。实现对煤矿电气设备运行情况的实时监控，及时发现并解决故障问题，是当前煤矿生产作业中必须重视的问题，而网络计算机技术的迅速发展，为该目标的实现提供了技术保障，并且已经得到了广泛应用。
1煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断的概念和作用
（1）煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断的概念
煤矿电气设备监控网络及诊断技术具有较强的综合性、系统性及复杂性，涵盖了计算机技术、传感器技术、信号处理技术等多个技术领域，是当前对煤矿电气设备运行情况进行实时监测的最为先进、可靠的手段。通过将各项先进技术与煤矿电气设备相结合，构建信息化、自动化监控系统，能够及时获取煤矿电气设备运行的动态信息，并以此作为依据，对设备工作性能进行评判，能够准确识别故障隐患，评估故障可能造成的影响。同时，根据设备正常工作状态下的各项运行参数，结合系统反馈得到设备运行信息，科学预测设备的运行稳定性及持续性，将可能出现的故障问题加以排除，保证煤矿电气设备工作性能的良好性及可靠性。
利用网络监控及故障诊断系统，可以在设备正常运行、开采作业正常状态下，通过在线技术得到较为准确的设备运行数据及运行参数。然后将所得信息传输至状态专家系统进行处理和分析，便可以根据当前设备实际运行情况，及时发现存在的故障隐患、故障类型及具体影响，为制定设备检修方案提供指导性意见，实现对设备故障的早发现、早处理、早预防。通过利用状态监控网络及故障诊断技术，既不会降低煤矿开采效率，又可以提高设备运行的稳定性，对促进我国煤矿开采事业的发展具有重要作用。
2煤矿电气设备故障诊断常用方法
煤矿电气设备故障进行诊断，可分为多种类型，使用比较广泛的煤矿电气设备故障诊断方法包括温度检测方法、振动检测方法以及铁谱检测方法。
（1）温度检测方法
煤矿电气设备在出现运行故障问题时，往往表现为温度升高，因此可以将设备温度作为故障诊断标准，判断设备是否处于正常运行状态。通过对设备运行参数进行实时监控，可以根据其温度变化情况，利用网络技术自动绘制成数据图*陕西省教育厅科研计划项目资助（16JK1395）表，结合数据图表中的曲线关系，更加清楚地了解到在不同时间点设备温度值的高低，以此作为依据，对设备温度未来趋势进行预测，判断可能出现的最高温度。同时还可以利用热成像技术，了解设备内部热能分布情况，温度最高的位置往往是故障的引发点，进而可以对设备故障进行准确定位。结合设备运行特点及正常运行要求，迅速制定科学、有效的处理措施，在第一时间将设备故障加以排除。
（2）振动检测方法
振动检测是煤矿电气设备常用的一种状态监控和故障诊断方法，操作简单，通过检测工具迅速完成对各种类型故障的诊断。振动检测使用的工具主要有精密诊断系统和简易诊断仪2种，相比于简易诊断仪，精密诊断系统得到的结果更加准确，应用更加广泛。精密诊断仪的工作原理是利用检波器将设备的振动信号准确呈现出来，根据振动信号表现是否异常，来判断设备是否存在故障隐患。简易诊断仪的工作原理是将设备的振动信号放大，并在检波器上显示振动数值，实现对设备故障的诊断。
（3）铁谱检测方法
铁谱检测法是一种新型的煤矿电气设备故障诊断技术，所用检测仪器主要有旋转式铁谱仪、颗粒定量仪等几种。煤矿电气设备在运行过程中，润滑油中的铁屑和润滑油会在磁场作用分离开，根据铁屑大小可以判断故障程度，铁屑成分可以判断发生故障的具体位置，进而完成设备故障诊断，并制定针对性的处理维护措施。采用铁谱检测法可以迅速完成对煤矿电气设备故障的诊断及处理，可以有效减少因设备停运所造成的损失。
3煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断系统关键技术
实现网络技术在煤矿电气设备状态监控及故障诊断中的有效应用，需要明确所用到的关键技术，为信息化诊断系统的设计提供理论依据。
（1）煤矿电气设备网络监控技术
在对煤矿电气设备运行情况进行在线监控时，为了能够及时反馈监控信息，需要硬件设备和软件技术的相互配合，并结合通信技术实现信息的及时传输，为故障诊断及决策制定提供支持。同时，还需要建立数据资源库，完成监控信息及诊断信息的存储及管理，为设备故障处理提供有效参考和依据。另外，还需要在系统中融入设备运行所涉及到的物理、化学等知识，为设备故障处理提供理论依据。通过对煤矿电气设备进行网络监控，可以判断设备是否出现异常运行现象，当存在异常现象时，准确识别故障类型、故障位置及影响程度，当没有异常现象时，则对其未来运行状态进行预测分析。
（2）煤矿电气设备故障诊断技术
煤矿电气设备故障诊断方法主要有温度检测方法、振动检测方法以及铁谱检测方法等几种，每一种技术的诊断原理都不同，但是每一种诊断方法都分为故障预报和故障诊断。在实际诊断过程中，利用监控系统所得的设备各项运行参数及数据，对设备工作性能做出准确评估，及时发现设备存在的故障隐患，通过报警系统发出预报，及时采取针对性的预防措施，排除故障隐患，确保设备处于连续稳定运行。如果设备出现故障，则需要及时对设备进行维修或者更换，确保设备工作性能的良好，避免设备出现长时间停运现象为煤矿开采作业的顺利开展提供保障。
（3）煤矿电气设备故障诊断数据库及报警系统
在对煤矿电气设备运行故障进行检测诊断时，需要以大量设备运行数据为依据，分析数据与设备运行参数之间的逻辑关系，进而实现对设备故障的准确诊断。所以，需要运用状态监测与故障诊断、信息与控制和统计与分析等基本理论知识，结合软件系统及硬件设备，建立数据库对监控所得的设备运行信息进行存储，不仅可以为故障诊断提供准确信息，还可以生成诊断日志，为其他设备故障诊断提供参考和借鉴，并在此基础上构建设备故障报警系统，在设备出现故障隐患时及时发出警报，将所采集到故障类型、位置、程度等各项信息，反馈至系统控制中心，结合专家系统设计科学和可行的维修方案。
4KJ707煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断系统的设计和实现分析
煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断系统关键技术，对系统设计及实现具有重要的作用。以KJ707煤矿电气设备状态监测故故障诊断系统为例，对其网络状态监控及故障诊断系统的设计与实现进行了详细论述与研究。
（1）系统运行流程分析
KJ707煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断系统，与大多数电气设备在线监控及故障诊断系统相同，包括信号采集、信号分析处理、故障诊断及决策评估4部分。故障信号采集是利用传感器获取煤矿电气设备的各项运行参数，包括振动、温度、压力等，并对所得信号进行放大、滤波、A/D转换处理，为设备故障诊断提供可靠依据。根据所采集信号类型，将其分为不同种类，提取数据特征值，包括设备的振动情况及温度变化等特征，对数据特征值进行分析、处理。利用所得数据特征值，结合设备故障与其运行参数之间的逻辑关系，判断设备是否存在故障问题，并确定故障类型、位置、程度等，实现对故障的准确诊断。根据故障诊断结果，结合设备实际使用情况以及井下环境等多方面信息，对故障变化趋势进行预测，判断是否需要停运对设备进行维修，制定科学的故障处理决策。
（2）系统整体结构设计
KJ707煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断系统是由设备层、控制层及管理层3个层级组成的，如图3所示。根据矿山规模及煤矿电气设备监控需求，将整个监控系统分为多个监控管理点，采用CNA总线法，使监控管理点中的所有监控单元连接形成一个整体，确保监控信息传输的及时性。在通过网络将所有监控单元采集到的监控信息，传输到控制中心平台，将所有设备的运行数据及参数呈现在控制中心的显示屏上，并使用中枢远程计算机对所有信息进行分析和处理。信号数据监控系统采用B/S结构，该结构形式简单，具有较强的分布性，在查看数据时不受空间和时间的限制，只需要通过Web网络便可以对数据进行远程查看，还可以对数据进行实时更新，保证设备运行数据的时效性。KJ707煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断系统的主要组成包括数据采集系统、数据传输系统、监控服务器、故障诊断系统等部分。该系统在对设备故障进行诊断时，所用诊断依据主要是设备振动情况及设备温度变化，数据采集系统包括振动检测装置和温度检测装置2部分。系统在得到设备振动信息后，对振动信号进行放大、滤波、A/D转换处理，然后采用时频域、包络谱等方法对振动信号进行分析，将分析结果与采集到的温度信息一起传输到环网交换机。通过网络将采集到的设备振动信息、温度信息传输到故障诊断数据库，对数据进行存储，并通过电子显示屏将信息显示出来，相关人员可以通过操作控制平台查看各项数据，了解设备实际运行状态，实现对煤矿电气设备的网络监控及故障诊断。当无法有效解决设备故障问题时，可以利用网络向专家求助，实现远程专家诊断，解决设备故障，有效减少因故障所造成的损失。
（3）系统硬件组成
该系统中所用硬件设备主要由YHZ20振动检测装置、KGS20振动加速度传感器、GWP160B温度传感器、GDW85温度变送器、KJJ65A本安交换机、KJ763—F数据采集分站、KDW19A矿用隔爆兼本安型不间断电源箱、KDW70隔爆兼本安不间断多路电源，以及电源电缆、信号线缆、接线盒等。其中振动检测装置、振动加速度传感器和数据采集分站是主要硬件设备，振动检测装置，将采集的振动最大值、振动频率等信息分析，对设备故障进行准确诊断。同时，根据ISO2372国家振动标准，在振动检测装置中融合了振动烈度信息，可以根据设备振动加速度做出故障报警。利用数据采集分站完成对设备振动、温度、电压等各项信息的采集、监测、传输及显示等，实现对设备运行状态的监测及故障诊断。
（4）系统软件设计
在对KJ707煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断系统软件进行开发设计时，是以OPC技术为基础构建系统控制平台，包括服务器、组、项3部分，将各个子系统接入到IFIX集控中心平台。利用组态王形成操作界面的，将采集到设备运行信息转化成HTML文件，并根据设备状态监控网络及故障诊断功能，进行Web应用设置，通过网络获取设备运行实时信息。以设备正常工作时各项运行参数，设置运行参数警报值，当设备实际运行参数超过设定值时，及时发出故障预警。根据信号特征值，综合故障专家知识库对故障类型、位置、程度进行判断，生成设备运行监测及故障诊断日志。在对设备运行数据进行存储、查询、分析及处理时，所用数据库为SQL数据库，并使用软件对数据库进行管理。通过系统软件，可以实现实时图示、实时显示、报表查询、报警查询、趋势分析、诊断分析等功能。采用图表等形式将使设备运行信息更加直观，为故障诊断提供可靠依据。
（5）设备安装及系统测试
在完成KJ707煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断系统设计后，根据设备运行监控及故障诊断需求，选择合适的监控位置设置监控装置，保证采集信号的精准性和全面性，并对监控装置进行安全防护处理。然后对系统进行测试，得到煤矿电气设备的振动、温度、电压等各参数。
5结语
结合计算机技术、传感器技术、信号处理技术等技术，利用网络平台构建煤矿电气设备状态监控网络及故障诊断系统，实现对设备运行状态的实时监控，发现设备故障隐患采取有效处理措施及预防措施，对保证煤矿电气设备的正常、稳定运行具有重要意义，为煤炭开采作业的顺利、高效进行提供了基础保障。
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作者：肖军 单位：西安航空学院
