煤矿机电设备的远程监控与故障诊断系统研究

煤矿机电设备的远程监控与故障诊断系统研究

苏现从

榆能集团榆神煤电榆树湾煤矿 陕西省榆林市 719000

摘要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。大型机电设备的监控与故障诊断是整个系统的一个重要组成单元，能为设备的正常运转提供有力的保证，对其研究有重大的现实意义。远程监控指本地计算机通过网络系统，实现的对远端生产过程的监视与控制，在必要的时候对远端的机电设备的生产过程进行干预与维护。远程监控与诊断包括远程监控技术与远程故障诊断技术，这两个方面既相互联系又相对独立，可单独对某个方面进行研究，也可以相互启发相互促进。建立远程监控系统，将大大优化生产作业的环境条件，降低作业人员的工作强度，提高矿井的整体智能化水平和生产效率，所以研究远程监控与故障诊断系统势在必行。本文就煤矿机电设备的远程监控与故障诊断系统展开探讨。

关键词：煤矿；机电设备；远程监控；故障诊断

引言

在煤矿生产过程中，需要用到大量的机电设备，例如通风设备、排水设备、开采设备和运输设备等。由于煤矿井下恶劣的环境（空间狭小、粉尘浓度高及湿度高）和繁重的任务，机电设备在日常使用过程中很容易出现一些故障。这些故障的出现不仅会影响煤矿生产的效率，还会影响开采的安全性。为此，在机电设备发生故障后，应该及时对设备进行故障监测和维修。

1矿山机电设备故障诊断原理

矿山机电设备故障诊断的第一个阶段是搭建矿山机电设备数学模型。这一环节的基础在于故障检修工作者在系统正常工作时对矿山机电设备的参数记录。当矿山机电设备发生故障时，故障检修工作者通过已有的矿山机电设备数学模型对比正常参数与故障参数。当两者差异显著时，就可以迅速锁定故障，为矿山机电设备故障诊断打下了良好的基础，提高了矿山机电设备故障诊断效率。矿山机电设备故障诊断的第二个环节是采集矿山机电设备的正常运行参数。对有效信息的获取永远是各项工作的前提条件。在采集了矿山机电设备运行参数、运行状况后，还要利用信息技术将其录入计算机进行分析、判别，在现代高科技的支持下提高矿山机电设备故障判断的准确率。矿山机电设备故障诊断的最后环节是分析、识别、转化信息。利用计算机技术对矿山机电设备的运行参数、运行状态进行分析、识别，然后将机器语言转化为人类语言，以便故障检修工作者对矿山机电设备故障工作的查验，为故障检修工作者下一步排除故障奠定基础。

2系统总体架构

如图 1 所示的机电设备远程监控与故障诊断系统的总体网络结构，主要由数据通信网络、现场监测诊断子系统、和远程诊断中心组成。现场监测诊断子系统由工控 PC 机、信息采集系统和相关软件系统组成。其主要功能是通过具有良好用户界面的诊断系统对设备运行状态进行在线实时监测和诊断，生成更具体的诊断结果案例和诊断结果报告，并实时对数据进行统计和分析。同时，可时监控信息实时进行采集、存储、处理和分析。经过分析之后，可以将采集到的信息转化为远程网络传输的形式，通过 Internet 将相关数据和诊断请求报告发送到远程诊断中心的服务器。远程诊断中心是由某一专业范畴的专家组成的虚拟诊断中心。它主要由远程诊断服务器和开发的远程诊断软件系统组成，以微软操作系统为运行环境。远程诊断专家并非必须为人 , 也可以是智能诊断专家系统。从图 1 可见，监测信息的传导方向为：现场监测 subsystem—企业 LAN—Internet—远程 Diagnostic Center—诊断专家，而诊断结果的传输方向则是反过来。远程故障诊断可以是按照一对一方式，也可以实现一对多方式。

图 1 远程监控与诊断系统网络结构示意图

3智能监控系统软件结构

为了提高智能监控系统可靠性，将系统结构分为主、备 PLC 系统，在智能监控系统工作过程中，主、备 PLC 系统中的通信总线、CPU、电源等均独立运行。控制系统同时运行冗余、非冗余两种控制程序，当冗余程序运行时，仅有主 PLC 系统运行，而备PLC 仅接受主 PLC 数据。当主 PLC 系统出现故障后，智能监控系统智能跳转至备 PLC 系统，此时备PLC 系统将变成主 PLC 系统实现井下机电设备智能监控。主、备 PLC 系统转换包括电源、通信总线及CPU 等部件。现场工作人员可手动切换主、备 PLC 系统，从而便于对 PLC 系统进行硬件设备检查及运行参数调整等操作。

4远程故障诊断方法

远程故障诊断采用智能软件专家系统与实际专业人员相结合的办法。智能软件专家系统是利用专家的知识和经验建立的人机智能软件系统，以解决特定难题的技术。专家知识和经验包括整个特定的专业知识经验、对该专业问题的经验以及解决这些问题的方法。当专业人员解决问题时，通常使用在公开的知识库中找不到的个人经验方法。这种知识称为启发式，它使专家能够在需要时进行有效的猜测和推断，确定有希望的解决方案，并有效地处理错误和部分丢失的数据。基本专家系统由知识库和逻辑系统组成。一个完整的专家系统由知识库、逻辑系统、学习获取模块和解释模块组成。构建专家系统大致分为五个阶段。实际的诊断专家包括但不限于电气人员、通信人员、机械人员以及网络人员等，对于采煤机、提升机、胶带、水泵、刮板机以及风机等矿井重大机电设备的系统结构及历史故障原因有深刻的了解，通过对系统运行状态的实时在线监控，就能分析确定故障的部位与原因。

5矿山机电设备故障诊断技术分析

5.1仪器诊断技术和变频器通信模块

在利用仪器诊断技术进行矿山机电设备故障诊断时，变频器通信模块在故障诊断系统中有着重要地位。故障诊断系统通过变频器模块采集系统运行参数，并将搜集到的数据传送至通信模块显示屏中，以便故障检修工作者获取机器运行参数、运行电流参数以及变频器电压等信息，从而判别出机器的运行状态。变频通信模块机器过流保护、过载保护以及过压保护等优良功能，可准确探知机器故障区域，为故障检修工作者判别故障地点、分析故障原因、排除故障问题提供数据支持。

5.2对机电设备进行合理的拆解

为了保证对机电设备拆解的合理性，具体应该做好以下几方面工作：（1）选择合适的工具。很多情况下，机电设备的外壳比较重，依靠工人很难抬起，因此在拆解之前，除了准备好专用的扳手以外，还应该准备好相应的起重工具。（2）做好机电设备拆解部位的防尘工作。由于煤矿井下粉尘浓度较高，而一些机电设备属于精密设备，若进入大量灰尘，则会导致机电设备出现一些其他故障。为此，在拆解之前需要用塑料薄膜将拆解的部位盖住，以免灰尘进入。（3）按照机电设备的安装图纸进行拆解。由于机电设备都是采用某种方式卡入到保护壳内的，可能有些部位难以拆解，若暴力拆解，则可能引发设备的二次故障。为此，需要参照机电设备安装说明书中的步骤进行拆解。

5.3物联网状态检修技术

在应用物联网状态检修技术时，我们首先需要搜集矿山机电设备运行数据、运行参数、运行状态等实时信息，为后续的参数比对环节提供数据支持。当矿山机电设备运行参数与正常运行参数有显著差异时，对故障特征进行分析与判别，进而获取故障原因、故障程度与故障地点的准确信息，并制定有效的故障排除方案。

结语

远程监控是充分发挥利用高级专家的知识、高级管理人员的经验等对生产活动进行专业指导的有效方法。提高生产效率的关键是发挥人才的竞争力，然而如何高效地发挥技术专业人才和管理专业人才的作用、提供公平公正的平台是企业和社会面临的重大挑战。远程监控和专家诊断系统的建立，将使专家和管理人员的经验和知识，通过计算机网络指导生产，解决生产中可能出现的各种疑难杂症，从而提高系统稳定性和生产效率。

参考文献

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