崔俊強(qiáng)

（國(guó)能準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司 設(shè)備維修中心 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

隨著礦山機(jī)械不斷地更新?lián)Q代，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)將設(shè)備各個(gè)單元的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，故障診斷系統(tǒng)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，預(yù)判其是否正常，并給出故障的位置和現(xiàn)象，根據(jù)預(yù)報(bào)故障的趨勢(shì)提前制定應(yīng)對(duì)措施。礦山設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)是智能化礦山的體現(xiàn)。

1 設(shè)備故障診斷技術(shù)發(fā)展背景

設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展背景是與設(shè)備的維修方式緊密相連的?？梢詫⒐收显\斷技術(shù)發(fā)展背景按測(cè)試手段分為6 個(gè)階段：感官診斷、簡(jiǎn)易診斷、綜合診斷、在線監(jiān)測(cè)、精密診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)[1]。智能化礦山建設(shè)概念提出之前，設(shè)備的維修全靠維修人員主觀進(jìn)行判斷，準(zhǔn)確程度取決于維修人員的技能水平及經(jīng)驗(yàn)積累。20 世紀(jì)80 年代一直沿用點(diǎn)檢保養(yǎng)和預(yù)防性維修相結(jié)合的管理模式和維修方法，加強(qiáng)日檢和月檢等內(nèi)容，尤其是重點(diǎn)部位的檢查維護(hù)，按設(shè)備運(yùn)行時(shí)間和檢修規(guī)律進(jìn)行設(shè)備管理。20 世紀(jì)90 年代發(fā)展為依據(jù)設(shè)備可參照的狀態(tài)顯示，如：油位尺、溫度顯示、濾芯污染等，制定合理的檢修方案。新時(shí)代的設(shè)備故障診斷技術(shù)，基于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)收集的設(shè)備故障的特殊信號(hào)，運(yùn)用各種公式、函數(shù)等方法對(duì)其進(jìn)行分析、預(yù)判。設(shè)備自動(dòng)化、數(shù)據(jù)化、智能化是現(xiàn)代設(shè)備故障診斷技術(shù)的特點(diǎn)。

2 技術(shù)手段

1）技術(shù)定義。礦山設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)是指集計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理及分析技術(shù)、傳感器技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)于一體的綜合性先進(jìn)技術(shù)[2]。露天礦設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，基本架構(gòu)為局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、可視化界面，結(jié)合全時(shí)狀態(tài)采集和實(shí)時(shí)參數(shù)監(jiān)控2 大核心模塊，充分運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電鏟、鉆機(jī)、吊斗鏟、卡車等設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送回車間等辦公場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，具備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)獲取、靈活應(yīng)用的能力。

2）實(shí)現(xiàn)過(guò)程。全時(shí)狀態(tài)采集模塊，即對(duì)礦山設(shè)備的所有運(yùn)行動(dòng)作及軌跡進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。實(shí)時(shí)參數(shù)監(jiān)控模塊，即對(duì)礦山設(shè)備所收集的數(shù)據(jù)及自身系統(tǒng)進(jìn)行讀取，然后將各種參數(shù)以條狀圖、柱狀圖、線形圖、軌跡圖等直觀界面進(jìn)行顯示，并可以設(shè)置自動(dòng)預(yù)警功能。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為檢修人員提供技術(shù)支持，使礦山設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)數(shù)字化，提高工作效率。而且通過(guò)監(jiān)測(cè)，維修人員可提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備將要發(fā)生的故障，提前進(jìn)行維修保養(yǎng)，避免設(shè)備出現(xiàn)更大故障，減少維修成本，減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備出動(dòng)率。礦山設(shè)備管理也更加科學(xué)化、智能化。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全，全時(shí)狀態(tài)數(shù)字化平臺(tái)使用工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)與公司專網(wǎng)進(jìn)行連接組態(tài)，樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大、技術(shù)成熟、可靠性高，全封閉模塊化、自適應(yīng)可切換WAN／LAN 網(wǎng)口。所組建局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于拓展，為日后增加的檢測(cè)設(shè)備預(yù)留端口，易于進(jìn)行故障診斷與隔離，使網(wǎng)絡(luò)始終保持正常運(yùn)行狀態(tài)。此種傳輸方式完全與外網(wǎng)進(jìn)行隔離，可保證網(wǎng)絡(luò)安全。

4）智能化發(fā)展方向。礦山設(shè)備全時(shí)狀態(tài)數(shù)字化平臺(tái)的運(yùn)行，是由“業(yè)務(wù)到數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)到業(yè)務(wù)”的轉(zhuǎn)變，是技能型崗位到科技型崗位的轉(zhuǎn)型。它直接驗(yàn)證了數(shù)字化在設(shè)備管理與維修中的重要作用，也展示了企業(yè)在數(shù)字化、信息化發(fā)展路上的探索與發(fā)展。平臺(tái)的建立，不止在于當(dāng)前的功能和限制，將來(lái)還可打造遠(yuǎn)程可視化點(diǎn)檢模塊，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)結(jié)構(gòu)件、易損件自動(dòng)化視頻巡檢、留痕；礦山設(shè)備智能化中低壓配電系統(tǒng)升級(jí)改造，故障自動(dòng)識(shí)別判斷、自動(dòng)檢測(cè)處理。礦山設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)未來(lái)要做的不僅要讀懂電鏟的“大腦”、“肢體”，還要時(shí)刻掃描“經(jīng)脈”、甚至電鏟的全時(shí)運(yùn)行“CT”。

3 礦山設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的過(guò)程及方法

1）選擇狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備或儀器。測(cè)試技術(shù)是自動(dòng)化和信息化的基礎(chǔ)和前提[3]。實(shí)現(xiàn)礦山設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，必須有采集信號(hào)的傳感器、接收器、轉(zhuǎn)換器等儀器設(shè)備，包括后臺(tái)的診斷系統(tǒng)、預(yù)警裝置等。監(jiān)測(cè)儀器的選擇必須參照設(shè)備被檢部位或原件的信號(hào)特性進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、整理、分析。比如，使用無(wú)線溫度測(cè)量?jī)x測(cè)量運(yùn)轉(zhuǎn)部件的溫度；使用位置傳感器測(cè)量銷子等部件的移位情況；使用頻譜儀測(cè)試基準(zhǔn)頻率是否正常；使用波形發(fā)生器采集軸承振動(dòng)波形，以此推斷將要發(fā)生故障的部位和原因。

2）確定監(jiān)測(cè)位置與制定參數(shù)。系統(tǒng)根據(jù)各被測(cè)參數(shù)特性選擇不同傳感器，并安裝在相應(yīng)部位以獲取故障信號(hào)[4]。參考設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)方式及特點(diǎn)，在最佳測(cè)量位置安裝傳感裝置，如實(shí)反映設(shè)備狀態(tài)信息。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置不局限于1 個(gè)，為了信息的完整性、準(zhǔn)確性，避免漏報(bào)或誤報(bào)，可設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。礦山設(shè)備保養(yǎng)手冊(cè)或維修手冊(cè)會(huì)為關(guān)鍵部位標(biāo)注建議數(shù)值及量化單位，結(jié)合工作實(shí)際及工作經(jīng)驗(yàn)，為設(shè)備測(cè)量部位制定測(cè)量數(shù)據(jù)及量化單位等參數(shù)。

3）輸入分析周期。根據(jù)采礦設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律及特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)周期可以按天、周、月進(jìn)行設(shè)置等。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)磨損或危險(xiǎn)預(yù)警時(shí)，適當(dāng)縮短設(shè)備監(jiān)測(cè)周期，以使得故障能及早發(fā)現(xiàn)。在此周期內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)綜合分析并計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)平均值，在趨勢(shì)圖會(huì)顯示其變化規(guī)律。

4）診斷標(biāo)準(zhǔn)。露天采礦設(shè)備在規(guī)定的時(shí)期內(nèi)、規(guī)定條件下，每項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)都會(huì)有最優(yōu)的運(yùn)行范圍，只要不超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，都可以完成規(guī)定的運(yùn)行能力。任何泵類產(chǎn)品都有一定的使用范圍，不在許可的適用范圍內(nèi)運(yùn)行，都有可能引起故障[5]。采礦設(shè)備種類多，生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)不同、效能不同等，同時(shí)考慮設(shè)備運(yùn)行年限與磨損程度不同，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定需符合實(shí)際。所以不同的設(shè)備所選用評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)也是有差別的。

5）數(shù)據(jù)整理與趨勢(shì)分析。數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線收發(fā)裝置傳輸?shù)较到y(tǒng)，系統(tǒng)按照類別進(jìn)行整理，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，后臺(tái)可根據(jù)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定預(yù)警值。并在明顯位置進(jìn)行預(yù)警顯示。以各類參數(shù)為依據(jù)，建立柱狀圖、曲線圖、餅圖、雷達(dá)圖等圖表，直觀展示被監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)。通過(guò)趨勢(shì)圖可實(shí)時(shí)查看設(shè)備技術(shù)狀況和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并分析設(shè)備故障發(fā)展趨勢(shì)，以此制定合理檢修計(jì)劃或調(diào)整狀態(tài)監(jiān)測(cè)方式、分析。

4 故障診斷的評(píng)判方法

礦山設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障，只要提前發(fā)現(xiàn)并處理是不影響設(shè)備正常運(yùn)行的，屬于正常的維護(hù)保養(yǎng)。很多故障產(chǎn)生的機(jī)理不同，所表露的現(xiàn)象也不同，所以需要采用不同的方法進(jìn)行識(shí)別。

1）信息類比診斷法。將所采集的設(shè)備實(shí)時(shí)信息短時(shí)間內(nèi)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，與之前設(shè)備正常運(yùn)行狀況下的數(shù)據(jù)做對(duì)比，形成設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)分析。

2）模擬試驗(yàn)診斷法。對(duì)一些未知或無(wú)法確定的故障機(jī)理和特征的設(shè)備部件，可以等比例制作模型，通過(guò)模型進(jìn)行模擬動(dòng)作試驗(yàn)，積累有關(guān)數(shù)據(jù)并總結(jié)各參數(shù)之間的定量關(guān)系。

3）函數(shù)診斷法。往往設(shè)備故障不能直接監(jiān)測(cè)結(jié)果，而是通過(guò)其他參數(shù)的監(jiān)測(cè)反映到函數(shù)關(guān)系上，得出設(shè)備故障趨勢(shì)。

4）參數(shù)變量診斷法。改變測(cè)試單元操作參數(shù)，測(cè)量記錄新參數(shù)造成的其他信號(hào)變化，根據(jù)單元運(yùn)行機(jī)理，判斷設(shè)備故障性質(zhì)。

5）模糊邏輯診斷法。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)。

6）故障樹(shù)分析診斷法。以故障樹(shù)的形式建立邏輯因果關(guān)系圖，故障樹(shù)圖每級(jí)相互聯(lián)系。在故障樹(shù)圖中最基礎(chǔ)的構(gòu)造單元為故障發(fā)生的最初原因、影響程度和發(fā)生概率。

7）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由大量的、同時(shí)也是很簡(jiǎn)單的處理單元（或稱神經(jīng)元）廣泛地互相連接而形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因此，在智能化故障診斷技術(shù)領(lǐng)域里，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用研究主要用于2 個(gè)方面：①?gòu)哪Ｊ阶R(shí)別角度，應(yīng)用具有感知器結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或各種聯(lián)想記憶模型實(shí)現(xiàn)征兆集到故障集之間的非線性特征映射關(guān)系；②從專家系統(tǒng)的角度，建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷專家系統(tǒng)[6]。

5 礦山設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷具體流程

1）采集信號(hào)數(shù)據(jù)。將傳感器采集到的設(shè)備各類運(yùn)行參數(shù)傳輸回主機(jī)。

2）使用分析儀器對(duì)所收集的信號(hào)進(jìn)行分析處理。尤其與常態(tài)發(fā)生量變的特征信息，直觀反映故障狀態(tài)、性質(zhì)、類型和程度。

3）進(jìn)行故障診斷。需要技術(shù)人員的理論知識(shí)、工作經(jīng)驗(yàn)以及診斷技術(shù)方法相結(jié)合完成，主要確定發(fā)生故障的原因，并判斷故障類型和發(fā)生部位。

4）針對(duì)診斷出的故障制定防治措施。這也是礦山設(shè)備采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的目的。

6 礦山設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷意義

1）礦山設(shè)備采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)可實(shí)現(xiàn)以下功能：檢測(cè)評(píng)價(jià)設(shè)備運(yùn)動(dòng)、缺陷、磨損、劣化和故障狀態(tài)；確定設(shè)備故障性質(zhì)、類型、程度、部位及發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測(cè)設(shè)備可靠性程度；確定故障來(lái)源，提出整改措施[7]。

2）狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的應(yīng)用，必須對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)原理、運(yùn)行特點(diǎn)、歷史故障、維修記錄等內(nèi)容了解和掌握；采集數(shù)據(jù)的儀器要適宜被測(cè)物體的特性，制定合理的操作規(guī)程，確保測(cè)取數(shù)據(jù)真實(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；測(cè)取信號(hào)要結(jié)合設(shè)備的其它工作參數(shù)（如水溫、油溫、壓力、速度、聲音等），進(jìn)行有效的綜合診斷。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)為設(shè)備預(yù)防性維修提供了可靠的理論依據(jù)，保證了設(shè)備最優(yōu)正常維護(hù)。

3）狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)可以有效地防止機(jī)械事故的發(fā)生，并減少維修費(fèi)用的支出，在安全生產(chǎn)和設(shè)備效益方面都有著重要意義。建立監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)信、可靠性、實(shí)用性、有效性、擴(kuò)展性。功能設(shè)計(jì)不但要預(yù)判設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障并分析應(yīng)對(duì)的處置策略，還要提前預(yù)判上游物料及介質(zhì)流變化并分析應(yīng)對(duì)的生產(chǎn)策略[8]。

4）礦山設(shè)備檢修保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，與檢修維護(hù)人員工作的經(jīng)驗(yàn)息息相關(guān)，同時(shí)也離不開(kāi)理論數(shù)據(jù)的判斷。將設(shè)備故障處理于萌芽狀態(tài)，分析可能造成故障的原因，從根本上杜絕故障的發(fā)生，設(shè)備檢修全部歸集于計(jì)劃內(nèi)維護(hù)保養(yǎng)，使設(shè)備能動(dòng)率最大化。檢修人員不斷積累經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)更先進(jìn)的理論知識(shí)，創(chuàng)造更多新型技術(shù)。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)礦山設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的過(guò)程及方法、故障診斷的評(píng)判方法、礦山設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷具體流程和意義的研究與分析，礦山設(shè)備維持最佳運(yùn)行效果、企業(yè)達(dá)到高級(jí)管理水平的重要手段是對(duì)礦山設(shè)備的動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)其完成故障診斷和預(yù)測(cè)。露天煤礦設(shè)備智能化將以數(shù)字孿生為核心、數(shù)據(jù)整合為基礎(chǔ)，基于統(tǒng)一的數(shù)字空間，形成集可視化高度融合的生產(chǎn)指揮調(diào)度平臺(tái)、可靠安全監(jiān)測(cè)及設(shè)備保障平臺(tái)、高效率信息化管理平臺(tái)為一體的智慧礦山操作系統(tǒng)，以此驅(qū)動(dòng)科學(xué)決策、精益管理、業(yè)務(wù)全景展示。