曲昀卿， 張永生， 李英輝

(1．石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 a.電氣與電子工程系； b.資產(chǎn)管理中心，河北 石家莊 050081；2．河北傳媒學(xué)院 信息技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050081)

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故障診斷技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

曲昀卿1a， 張永生2， 李英輝1b

(1．石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 a.電氣與電子工程系； b.資產(chǎn)管理中心，河北 石家莊 050081；2．河北傳媒學(xué)院 信息技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050081)

在礦山機(jī)電設(shè)備常規(guī)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的故障診斷技術(shù).介紹了它的工作原理，分析了其在礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷和檢修中的作用.以礦井提升機(jī)檢測(cè)及故障診斷、礦用高壓異步電動(dòng)機(jī)故障診斷為例說(shuō)明了此技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程.

故障診斷；礦山機(jī)電設(shè)備；物聯(lián)網(wǎng)

對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的維護(hù)管理是提高礦山生產(chǎn)效率，保障安全生產(chǎn)的重要途徑.然而，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，礦山生產(chǎn)任務(wù)不斷加重.在這種背景下，一方面礦山機(jī)電設(shè)備的檢修和及時(shí)故障診斷的重要性日益凸顯，另一方面對(duì)故障診斷技術(shù)提出了更高的要求，即故障診斷既要盡量減少對(duì)正常生產(chǎn)的干擾，同時(shí)又要盡早、盡可能地準(zhǔn)確判斷當(dāng)前設(shè)備存在的問(wèn)題.而常規(guī)的定時(shí)檢修和狀態(tài)檢修技術(shù)已經(jīng)無(wú)法完全解決礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷與檢修問(wèn)題.基于此，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷技術(shù)，并且分析了其實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程.

1 定時(shí)故障檢修、狀態(tài)檢修以及基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度日益提高，在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用日益普遍，影響力也不斷提高，與此同時(shí)，設(shè)備運(yùn)行的成本也呈上升趨勢(shì).一旦機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，就會(huì)影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行，使企業(yè)蒙受一定的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)斐奢^為嚴(yán)重的人身傷亡事故，所以，應(yīng)對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備及系統(tǒng)的安全性及可靠性予以足夠的重視，對(duì)故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入的分析和研究，并在實(shí)踐中廣泛采用.

1.1 定時(shí)故障檢修

定時(shí)故障檢修是指根據(jù)機(jī)械設(shè)備的基本情況，尤其是保養(yǎng)和檢修說(shuō)明，制定檢修計(jì)劃，按照一定的周期對(duì)設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的檢修.其基本的工作流程如圖1所示.

圖1 定時(shí)故障檢修基本流程

由圖1可知，定時(shí)故障檢修通過(guò)檢修員領(lǐng)取檢修任務(wù)，按照一定的周期開(kāi)展巡視檢修，檢修完成后填報(bào)檢修記錄來(lái)實(shí)現(xiàn).這種方式對(duì)于礦山機(jī)電設(shè)備的故障排查有一定的作用，但是在檢修時(shí)需要中斷生產(chǎn)，并且無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障，實(shí)際效果并不理想.

1.2 狀態(tài)檢修

狀態(tài)檢修是一種以設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)為檢修依據(jù)的檢修方式.它是一種預(yù)防性檢修，能夠在故障發(fā)生之前以及故障發(fā)生的最初解決相關(guān)問(wèn)題.與定時(shí)故障檢修不同，狀態(tài)檢修需要建立在完備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障診斷的基礎(chǔ)上，能夠最大限度地確保設(shè)備的安全性、可靠性，同時(shí)也有助于延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行壽命，并且還能節(jié)約大量的設(shè)備維修費(fèi)用以及各方面的資源.其基本的運(yùn)行流程如圖2所示.

圖2 狀態(tài)檢修流程

狀態(tài)檢修是根據(jù)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)開(kāi)展的檢修，與定時(shí)檢修相比，它更有針對(duì)性，也能更好地維護(hù)機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性.但是，狀態(tài)檢修仍無(wú)法完全解決對(duì)生產(chǎn)的干擾以及故障診斷的及時(shí)性問(wèn)題.

1.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修

物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID(射頻識(shí)別)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的“Internet of Things”.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及信息傳感設(shè)備，按照一定的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)物與物之間、物與人之間以及人與人之間的相互連接的網(wǎng)絡(luò).物聯(lián)網(wǎng)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層三個(gè)層次.其中，感知層利用各種傳感設(shè)備，采集相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)層是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各種網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)，是整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)，用于支撐整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳播；應(yīng)用層則主要包括數(shù)據(jù)分析、處理以及業(yè)務(wù)分析和管理.

物聯(lián)網(wǎng)能夠基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)物物相連，通過(guò)連接各種傳感器，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)信息的采集、處理及應(yīng)用.通過(guò)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)物與物之間、物與人之間以及人與人之間的信息交換和通訊、所有物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理及控制.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在狀態(tài)檢修中的應(yīng)用，能夠有效地解決傳統(tǒng)狀態(tài)檢修技術(shù)對(duì)生產(chǎn)的干擾以及故障診斷的及時(shí)性問(wèn)題.其工作流程如圖3所示.

圖3 基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修工作流程

該工作流程不需要中斷機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)，能夠通過(guò)傳感器獲取機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的基本情況，然后判斷設(shè)備是否存在故障，如果存在，則對(duì)其進(jìn)行檢修；如果不存在，則不進(jìn)行檢修.

2基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用原理

物聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)檢修技術(shù)的主要依據(jù)是各類傳感器技術(shù)的使用，主要包括RFID技術(shù)、紅外感應(yīng)技術(shù)等.它將礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的基本信息進(jìn)行采集，然后與礦山機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果運(yùn)行參數(shù)與正常數(shù)據(jù)相比，沒(méi)有差異或者差異在正常范圍內(nèi)，則說(shuō)明該機(jī)電設(shè)備沒(méi)有任何故障；反之，則說(shuō)明該機(jī)電設(shè)備存在一定的問(wèn)題.如果是后者，則需要詳細(xì)分析采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)以及分析診斷技術(shù)，構(gòu)建狀態(tài)檢修專家系統(tǒng)，分析提煉出機(jī)電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的早期征兆以及特征，并且對(duì)機(jī)電設(shè)備容易發(fā)生故障的故障點(diǎn)、故障深度以及發(fā)生故障之后的故障發(fā)展趨勢(shì)做出較為準(zhǔn)確的判斷，從而確保機(jī)電設(shè)備能夠得到更好的維修及保養(yǎng).其工作原理如圖4所示.

圖4 基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修技術(shù)的工作原理

感知層通過(guò)在機(jī)電設(shè)備、礦山安裝的多個(gè)基于無(wú)線通信技術(shù)、RFID技術(shù)的感知節(jié)點(diǎn)，采集礦山機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，然后通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將上述信息傳遞到礦井、工作站以及集控站的網(wǎng)絡(luò)層，對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，通過(guò)應(yīng)用層進(jìn)行分析比對(duì)，根據(jù)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行故障診斷和安全監(jiān)控，如果有必要可以通過(guò)繼電保護(hù)以及安全自動(dòng)裝置及時(shí)中斷機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行，等待維修.

基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修技術(shù)，能夠最大限度地減少因?yàn)楣收显\斷而造成的機(jī)電設(shè)備停止使用的時(shí)間，同時(shí)延長(zhǎng)機(jī)電設(shè)備的使用壽命，有效地降低機(jī)電設(shè)備的維修或者修復(fù)成本.

2.2 在常見(jiàn)礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

2.2.1 礦井提升機(jī)檢測(cè)及故障診斷

在礦山生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)有著非常重要的作用.當(dāng)?shù)V井提升機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，不僅影響生產(chǎn)，而且還影響經(jīng)濟(jì)效益.隨著基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修技術(shù)的不斷發(fā)展，礦井提升機(jī)的故障排查變得越來(lái)越容易.

提升機(jī)可能出現(xiàn)的故障主要包括硬故障、軟故障兩種，其中，硬故障指的是由于特定參數(shù)超限所導(dǎo)致的故障，保護(hù)裝置負(fù)責(zé)解決此種故障；軟故障涉及到一系列的變量，主要是軟件問(wèn)題.這兩類故障都可以通過(guò)在提升機(jī)以及在提升機(jī)運(yùn)行的工作站上安裝傳感器，檢測(cè)提升機(jī)當(dāng)前的負(fù)載情況、運(yùn)行速度、工作電壓、電流等，如果有條件，還可以采用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研發(fā)的KJ46型礦井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)以及ASCC型全數(shù)字提升機(jī)控制系統(tǒng)等，對(duì)提升機(jī)當(dāng)前運(yùn)行的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)無(wú)線通信節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)，再通過(guò)專家分析系統(tǒng)比對(duì)提升機(jī)當(dāng)前運(yùn)行的狀況與正常運(yùn)行狀況之間的差異，如果出現(xiàn)顯著差異，則立即根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)變化情況判斷其出現(xiàn)的故障，并且維修.

2.2.2 礦用高壓異步電動(dòng)機(jī)檢測(cè)及故障診斷

以煤礦生產(chǎn)為例，其水泵、提升機(jī)、壓風(fēng)機(jī)以及排風(fēng)扇等設(shè)備的拖動(dòng)均依賴于6 kV高壓異步電動(dòng)機(jī).高壓異步電動(dòng)機(jī)的工作狀況直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)是否能夠持續(xù)，是否能夠保證生產(chǎn)的安全.基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修技術(shù)通過(guò)在礦用高壓異步電動(dòng)機(jī)周邊安裝溫度傳感器，在其供電部分安裝電壓、電流傳感器、諧波傳感器以及放電傳感器，較為輕松地獲取礦用高壓異步電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，然后感知層將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層；網(wǎng)絡(luò)層再將數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層；應(yīng)用層根據(jù)接收的數(shù)據(jù)，與專家診斷系統(tǒng)中的高壓異步電動(dòng)機(jī)的正常工作參數(shù)以及電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)的早期征兆與特征進(jìn)行比對(duì)，查看其是否存在故障.如果存在故障，則通過(guò)繼電保護(hù)以及其他的安全保護(hù)裝置切斷高壓異步電動(dòng)機(jī)的供電，待修；如果不存在故障，則不影響其正常工作.

3 結(jié)語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修技術(shù)是融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)以及傳感器技術(shù)的一項(xiàng)綜合性故障診斷技術(shù)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)該領(lǐng)域的研究較早，并已經(jīng)取得了一定的成果.隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)谖锫?lián)網(wǎng)的故障診斷技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越普遍.

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責(zé)任編輯：金 欣

Fault diagnosis technology in mine electrical and mechanical equipment

QU Yun-qing1a， ZHANG Yong-sheng2， LI Ying-hui1b

(1a.Department of Electrics and Electronics; b.Asset Management Center，Shijiazhuang Vocational Technology Institute，Shijiazhuang，Hebei 50081，China;2.School of Information Technology，Hebei Media Institute，Shijiazhuang，Hebei 050081，China)

Based on the routine inspection of mine mechanical and electrical equipment，a fault diagnosis technology is proposed with IOT (internet of things) technology.This paper analyzes the fault diagnosis and maintenance of the mechanical and electrical equipment.

fault diagnosis; mine mechanical and electrical equipment; IOT

2015-11-02

曲昀卿(1978-)，女，河北石家莊人，石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授.

1009-4873(2015)06-0033-03

TD407

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