文/呂帥亨

隨著礦山開采深度和難度的加大，機電設(shè)備的長期穩(wěn)定運行越發(fā)重要。而由于這些設(shè)備工作在高負(fù)荷和惡劣的環(huán)境中，所以設(shè)備自身的磨損、機械損傷以及老化狀況堪憂，依靠常規(guī)維護檢修手段很難保證其運行狀態(tài)。因此，近年來基于計算機技術(shù)和信息技術(shù)的在線檢測和自動化故障診斷被應(yīng)用到這一領(lǐng)域。

1 礦山機電設(shè)備故障的發(fā)生機理

大型機電設(shè)備故障的發(fā)生一般體現(xiàn)為工況不穩(wěn)定或部分零部件損壞失靈等，從而導(dǎo)致停產(chǎn)或引發(fā)安全事故。而這通常要經(jīng)歷一個過程，分析這些故障的成因并對其進行跟蹤檢測和分析，從而才能掌握故障發(fā)生的規(guī)律，并隨時對設(shè)備的狀況做出準(zhǔn)確的判斷，做到對故障的預(yù)測、診斷以及預(yù)防。礦山所用的機電設(shè)備絕大部分被安裝在井下，因此環(huán)境中不僅存在粉塵、腐蝕性物質(zhì)等不利因素，設(shè)備本身的載荷波動也較大。因此，首先在振動、高溫和載荷的作用下，機械性磨損和損傷非常常見，尤其是傳動部分連接件的狀態(tài)很快就會出現(xiàn)惡化，導(dǎo)致相互之間的連接精度下降并發(fā)生運動干涉。其次，礦山機電設(shè)備的電氣線路和裝置工作在高電壓和高溫環(huán)境中，加之電力負(fù)荷波動明顯，因此其絕緣性能下降問題也比較突出，而這一問題會嚴(yán)重影響設(shè)備運行的可靠性。

2 實現(xiàn)礦山機電設(shè)備自動檢測與診斷的核心技術(shù)分析

2.1 基于計算機技術(shù)構(gòu)建數(shù)學(xué)分析模型

傳統(tǒng)的機電設(shè)備故障診斷和維修需要在停車狀態(tài)進行，而隨著自動監(jiān)測相關(guān)的信息、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的成熟，搭建在線檢測系統(tǒng)并基于實時數(shù)據(jù)信息進行狀態(tài)檢測，同時依據(jù)礦山設(shè)備運行原理、不同工況下的參數(shù)以及維修檔案信息等，可以通過軟件系統(tǒng)的運行自動分析機電設(shè)備的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其存在故障隱患的位置并采取預(yù)防性維護維修措施。而構(gòu)建數(shù)學(xué)分析模型是實現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)，需要針對特定礦山機電設(shè)備的運行特點，利用計算機軟件建立模型，從而將實時采集的各項參數(shù)進行處理，并且根據(jù)系統(tǒng)管理軟件設(shè)定發(fā)出預(yù)警，或者直接向自動控制裝置發(fā)出動作指令以確保生產(chǎn)安全。

2.2 通過傳感裝置采集機電設(shè)備以及環(huán)境相關(guān)參數(shù)

要想對礦山機電設(shè)備進行在線狀態(tài)檢測和故障分析，必須獲取能夠表征設(shè)備關(guān)鍵零部件或裝置狀態(tài)的參數(shù)以及周邊環(huán)境的相關(guān)信息，從而為進行分析和判斷提供全面的信息資源。目前，常見的技術(shù)是利用適合礦山工作環(huán)境的傳感裝置，將其安裝于設(shè)備的軸承等關(guān)鍵位置，采集設(shè)備運行速度、溫度以及電流等。通常這些裝置與檢測系統(tǒng)的檢測單元相連，從而把采集到的信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號并傳輸?shù)较到y(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行進一步處理，通過分析模型與故障信息庫進行擬合比對。

2.3 構(gòu)建礦山機電設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是機電設(shè)備故障檢測與診斷的核心，目前根據(jù)所用技術(shù)原理的不同，既可以構(gòu)建具有自診自檢功能的智能化專家系統(tǒng)，也能基于一般故障檢測理論建立與數(shù)學(xué)分析模型相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。前者運用了人工智能技術(shù)讓礦山機電設(shè)備的檢測系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，可以基于日常數(shù)據(jù)信息的采集分析不斷獲得進行故障分析和預(yù)測的經(jīng)驗，從而隨著應(yīng)用時間的延伸可以更精準(zhǔn)的預(yù)測設(shè)備的故障點和發(fā)生時間。而且通過在管理軟件和監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的預(yù)警和自動控制模塊，可以在發(fā)現(xiàn)故障隱患時向相關(guān)人員發(fā)出預(yù)警信息，并在被檢測對象參數(shù)的數(shù)值超出整定值時，自動采取故障隔離和修復(fù)措施等。

3 在線檢測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在礦山運輸設(shè)備中檢測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

運輸設(shè)備在礦山日常生產(chǎn)中必不可少，而其故障的發(fā)生不僅會影響生產(chǎn)效率，也會極大的威脅人員安全。因此，目前相關(guān)科研機構(gòu)開發(fā)出了提升機和皮帶運輸機專用的檢測與故障診斷裝置和儀器。首先，用于提升機的檢測系統(tǒng)可以實時檢測鋼絲繩等核心構(gòu)件的工況，通過傳感器采集鋼絲繩兩端天車的轉(zhuǎn)速，當(dāng)其差值達到設(shè)定整定值時自動預(yù)警。其次，針對皮帶運輸機易發(fā)故障，在其皮帶和滾筒軸承處安裝檢測裝置，運用無損探傷和溫度等數(shù)字參數(shù)分析技術(shù)，對設(shè)備的工況進行分析，以便及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并采取維護措施。

3.2 采掘設(shè)備的故障檢測與診斷系統(tǒng)

采掘設(shè)備是礦山生產(chǎn)中最重要的設(shè)備，其運行狀態(tài)是否可靠不僅關(guān)乎生產(chǎn)安全，也決定了資源的利用效率。因此，針對其運行特點研發(fā)的檢測系統(tǒng)軟硬件已經(jīng)開始應(yīng)用，系統(tǒng)的硬件包括布設(shè)在其控制箱、搖臂以及變頻器等處的傳感裝置、控制裝置以及進行數(shù)據(jù)集中處理和實時監(jiān)控的計算機與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這一系統(tǒng)可以對設(shè)備的核心零部件狀態(tài)、各部分構(gòu)件的運行工況進行動態(tài)檢測，并且根據(jù)需要為管理人員提供分析報告。

3.3 風(fēng)機與電機等生產(chǎn)設(shè)備的檢測

風(fēng)機和異步電機也是非常重要的礦山機電設(shè)備，前者目前有專用的檢測和故障診斷儀器，能夠?qū)ζ錉顟B(tài)進行快速檢測分析。而異步電機則是所有礦山機電設(shè)備的動力來源，其可靠性是保證礦山日常生產(chǎn)安全和效率的基礎(chǔ)。目前，針對大功率的礦山用異步電機，部分電機廠商會提供配套的檢測和故障診斷系統(tǒng)。基于對電機漏電電流、磁通量等電氣參數(shù)以及機械連接部位溫度、扭矩等數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，通過相應(yīng)的軟件系統(tǒng)完成故障的分析和預(yù)測，保證電機在高效和穩(wěn)定的工況下運行。

4 結(jié)束語

由于礦山機電設(shè)備的運行環(huán)境比較特殊，因此雖然目前市場上各類在線檢測系統(tǒng)的軟硬件解決方案非常豐富，但是真正適用于礦山機電設(shè)備的傳感等檢測裝置選擇并不多。因此，在應(yīng)用在線檢測和故障診斷技術(shù)時需要根據(jù)既有產(chǎn)品和使用經(jīng)驗謹(jǐn)慎選擇。