礦井主通風(fēng)機(jī)故障在線智能檢測與診斷系統(tǒng)

礦井主通風(fēng)機(jī)故障在線智能檢測與診斷

系統(tǒng)摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的日益蓬勃，礦山事業(yè)也迎來新的更多機(jī)遇，而在這樣的形勢下人們也對其安全運(yùn)行提出更高要求，以確保生產(chǎn)質(zhì)量與行業(yè)的健康發(fā)展。基于此，分析了該系統(tǒng)的排查流程、主要用到的硬件設(shè)備以及硬件設(shè)備的選型設(shè)計，創(chuàng)建了礦井主通風(fēng)機(jī)故障排查系統(tǒng)硬件平臺，并進(jìn)行了試驗驗證。通過在潞安化工集團(tuán)某礦主通風(fēng)機(jī)故障排查中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，排查結(jié)果準(zhǔn)確，能滿足礦井主通風(fēng)機(jī)日常故障的排查需要，具有一定的推廣應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)機(jī)；故障；排查系統(tǒng)引言為了保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，按照礦井安全管理要求，需要對礦井地面主通風(fēng)機(jī)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行定期巡檢，以及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，并進(jìn)行排除，從而避免引發(fā)礦井安全事故。但傳統(tǒng)的礦井地面主通風(fēng)機(jī)故障檢測主要是通過采用人工完成，利用人的視覺、聽覺和嗅覺等對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行故障檢測，勞動強(qiáng)度大、巡檢效率低，檢測和識別精度低，容易引起誤判，加之礦井地面主通風(fēng)機(jī)環(huán)境比較惡劣，直接影響到巡檢人員的安全。隨著礦井對安全性要求的不斷提高，對礦井地面主通風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行智能化快速檢精準(zhǔn)檢測技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究顯得尤為重要。1概述智能化通風(fēng)系統(tǒng)的定義礦井智能化通風(fēng)系統(tǒng)就是為了解決目前礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)的問題。該系統(tǒng)通過對礦井下風(fēng)量、風(fēng)速以及風(fēng)壓的實時監(jiān)測，根據(jù)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)情況，自動地調(diào)節(jié)礦井主要通風(fēng)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，從而保證通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。與此同時，利用智能化通風(fēng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)對整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)的無人化管理，即很多管理都是通過計算機(jī)完成的。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：（1）可以實時地了解礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。由于很多傳感器都實現(xiàn)了實時傳輸，可以及時了解井下各個巷道的通風(fēng)狀況。（2）整個管理實現(xiàn)了可視化。通過一些算法，可以將礦井通風(fēng)系統(tǒng)中重要的參數(shù)及時地顯示出來。（3）可以更大程度上避免通風(fēng)安全事故的發(fā)生。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中采用了實時動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，則會立即報警，從而保證整個系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。系統(tǒng)工作原理（1）主風(fēng)機(jī)工作時，主控PLC控制器通過第一瓦斯?jié)舛葯z測傳感器檢測主通風(fēng)機(jī)工作環(huán)境的瓦斯?jié)舛龋ㄟ^第一瓦斯檢測傳感器、第一風(fēng)壓傳感器和第一風(fēng)量傳感器實時監(jiān)測主風(fēng)道內(nèi)瓦斯?jié)舛取L(fēng)壓和風(fēng)量，檢測到瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時，通過主變頻器調(diào)整主通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，增大風(fēng)壓和風(fēng)量。（2）通過主葉輪軸承溫度傳感器檢測主葉輪工作時軸承的溫度，通過主電機(jī)軸承溫度傳感器檢測主電機(jī)工作時軸承的溫度，通過主電機(jī)軸承徑向振動傳感器檢測主電機(jī)軸承沿直徑方向的振動幅度，通過主電機(jī)軸承軸向振動傳感器檢測主電機(jī)軸承沿軸的方向的振動幅度。（3）通過主電機(jī)電流傳感器檢測主電機(jī)工作時的電流值，通過主電機(jī)電壓傳感器檢測主電機(jī)工作時的電壓值，主通風(fēng)機(jī)工作時主控PLC啟動主風(fēng)門；副風(fēng)機(jī)工作時系統(tǒng)監(jiān)測原理與主風(fēng)機(jī)監(jiān)測原理相同。2通風(fēng)系統(tǒng)智能化應(yīng)用現(xiàn)狀智能化是未來礦井工作場所中的發(fā)展趨勢。目前應(yīng)用的機(jī)械化通風(fēng)或監(jiān)控設(shè)備在一定程度上還需要人工的參與。比如，對于某個節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)有自動化機(jī)械裝置只能簡單采集有毒有害氣體濃度及相關(guān)數(shù)據(jù)，并在超出安全標(biāo)準(zhǔn)時發(fā)出警報，使監(jiān)控室的工作人員知情，之后的事只能由工作人員安排具體人員進(jìn)入礦井進(jìn)行補(bǔ)救或控制通風(fēng)裝置加大通風(fēng)量，而缺乏更多更靈活的控制方式。即便已經(jīng)使用機(jī)械化監(jiān)控裝置的礦井仍然存在大量監(jiān)控節(jié)點(diǎn)未接入整體系統(tǒng)的情況，導(dǎo)致無法將局部與整體結(jié)合起來，某處監(jiān)控不達(dá)標(biāo)時只能從這個點(diǎn)解決，而無法擴(kuò)展到面，無法得知其他節(jié)點(diǎn)的情況，仍舊需要人工具體檢驗，增加了人力成本的同時，也增加了危險指數(shù)，理想中的自動化監(jiān)控設(shè)備不僅可以大面積采集數(shù)據(jù)，還能自動分析并建立濃度或其他指標(biāo)模型，從而靈活實施指令。因此，如果在礦井工作的通風(fēng)系統(tǒng)種協(xié)同使用這種自動化裝置，不僅可以減少人力浪費(fèi)，還可以保證礦井工作中的穩(wěn)定性和安全性，為井下作業(yè)人員提供更安全可靠的工作環(huán)境。3礦井通風(fēng)機(jī)常見的機(jī)械故障及特點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)子軸錯位。轉(zhuǎn)子軸錯位故障占所有故障風(fēng)扇故障的70%以上，該故障主要產(chǎn)生在耦合部分，通常是由于安裝誤差、機(jī)械支撐后的變形、定心的變化和沉降基礎(chǔ)的不均勻所致。（2）轉(zhuǎn)子失衡。該故障是旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見的故障，由偏心質(zhì)量和轉(zhuǎn)子部件缺陷兩個方面引起。常見故障原因為：轉(zhuǎn)子葉片葉輪連接質(zhì)量不均勻；機(jī)械安裝葉輪葉片時產(chǎn)生誤差，如校正后焊縫重量不一致，不準(zhǔn)確，消除應(yīng)力、變形也可能存在；壓力變形或缺陷條件下進(jìn)行葉輪運(yùn)行。（3）轉(zhuǎn)子弓形彎曲。轉(zhuǎn)子的弓形彎曲是由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不合理，制造誤差大，材質(zhì)不均勻，轉(zhuǎn)子長期存放不當(dāng)或熱態(tài)停機(jī)時未及時盤車，熱穩(wěn)定性差，長期運(yùn)行后轉(zhuǎn)軸自然彎曲加大等原因造成的永久性彎曲。在這種情況下，軸向可以產(chǎn)生更大的頻率振動。油膜的旋轉(zhuǎn)和振蕩振動。該現(xiàn)象屬于自激發(fā)振蕩和振動現(xiàn)象，由于不同的紋理，導(dǎo)致油沿軸高速運(yùn)動，液體之間的整體連接較差，從而對軸的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生不利影響。（4）流體激蕩。由風(fēng)扇在不穩(wěn)定區(qū)域引起的，它可以反擊轉(zhuǎn)子。這種現(xiàn)象被稱為激增。振動頻率主要基于超低頻率，常伴有頻率。由于進(jìn)氣和出口流量的變化，數(shù)據(jù)有很大的周期性變化。氣流噪聲周期性地發(fā)生強(qiáng)烈的變化。4礦用主通風(fēng)機(jī)故障在線檢測與診斷系統(tǒng)技術(shù)方案位置診斷在提取出斷層羽狀結(jié)構(gòu)后，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)斷層羽狀結(jié)構(gòu)的識別。我們使用了多個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)識別一種類型的信號。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入為T，輸出為初步診斷結(jié)論。采用D-S證據(jù)理論作為全局診斷，得到統(tǒng)一的診斷結(jié)果。這個結(jié)論是由一種信號得出的，所以這是局部診斷。徑向基函數(shù)（radialbasisfunctionRBF）網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)動力學(xué)建模、模式識別和預(yù)測等方面得到了廣泛的研究和應(yīng)用。RBF網(wǎng)絡(luò)建模的一個基本問題是實現(xiàn)一個模型結(jié)構(gòu)簡潔、具有良好泛化性能的網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)的RBF網(wǎng)絡(luò)相比，資源分配網(wǎng)絡(luò)（ResourceallocationNetwork，RAN）可以對RBF動態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分配，并建立更簡潔的模型結(jié)構(gòu)。第一層由只響應(yīng)輸入值空間的局部區(qū)域的單元組成。第二層匯聚了這些單元的輸出，并創(chuàng)建了近似整個空間的輸入輸出映射的函數(shù)。利用RAN實現(xiàn)故障特征識別，輸出是一個錯誤代碼。在視圖通常主要故障類型的風(fēng)扇是轉(zhuǎn)子不平衡，轉(zhuǎn)子不對中，和葉片故障不平衡，輸出代碼的定義是（001），（010），（100）。這個輸出是一個主要的結(jié)論，應(yīng)該融合與其他網(wǎng)絡(luò)的主要結(jié)論。設(shè)備檢修管理功能（1）根據(jù)以日、周、月、年為周期的檢修記錄和任務(wù)對設(shè)備檢修情況予以提醒。其中，日檢修提醒會以日為單位在打開本菜單時自動彈出。將檢修的任務(wù)單分為兩類：常規(guī)檢修和狀態(tài)檢修。其中，常規(guī)檢修主要是日常檢修通風(fēng)機(jī)；狀態(tài)檢修則是針對通風(fēng)機(jī)的問題故障以及實時狀態(tài)，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修，其檢修提醒內(nèi)容包括未檢修設(shè)備號、對設(shè)備的狀態(tài)評估結(jié)果以及檢修項目。此外，該功能還能根據(jù)待檢設(shè)備所處的位置以及緊急與否給予優(yōu)化檢修線路參考。（2）檢修歷史查詢?？赏ㄟ^輸入編號、日期、檢修員信息等信息來查找以往檢修歷史和檢修工單。（3）檢修工單。設(shè)立檢修工單，并硬性要求負(fù)責(zé)檢修的人員進(jìn)行填寫，并將其與相對應(yīng)的檢修任務(wù)書進(jìn)行歸總。填寫維修工單的目的是達(dá)到全程跟進(jìn)檢修工作，并對相關(guān)工作過程進(jìn)行記錄。檢修工單的投入和使用，有助于對檢修歷史無法查詢的歷史問題進(jìn)行解決，而且還有利于為企業(yè)積累設(shè)備檢修經(jīng)驗。（4）檢修幫助。所給出的案例分析可以根據(jù)不同型號設(shè)備的維修經(jīng)驗、相關(guān)知識和以往故障的分析情況通過檢修自動形成。這些分析可幫助查詢設(shè)備常見故障與解決措施。其和歷史查詢相比最大的優(yōu)點(diǎn)和不同就是該功能需基于對以往數(shù)據(jù)的分析。軟件系統(tǒng)設(shè)計礦井主通風(fēng)機(jī)故障在線診斷系統(tǒng)軟件部分是整個系統(tǒng)診斷的核心，通過硬件系統(tǒng)對振動信號等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，隨后通過軟件系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和分析，對故障特征進(jìn)行高清在線監(jiān)控。軟件系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集后的處理和分析過程，是整個在線檢測系統(tǒng)的大腦。采用數(shù)據(jù)采集卡對信號進(jìn)行采集，判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過初始化采集卡和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，將物理信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢宰R別的電信號，通過對狀態(tài)信息進(jìn)行判斷，從而得出設(shè)備的參數(shù)情況。PIC8622采集卡控制模塊讀取采集卡的設(shè)置參量，根據(jù)狀態(tài)參量進(jìn)行控制。此外，數(shù)據(jù)采集卡不僅能完成數(shù)據(jù)的采集，而且對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和重構(gòu)，最終系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)能夠滿足監(jiān)測和故障診斷的要求。智能化算法智能化通風(fēng)系統(tǒng)除了需要芯片，還需要各種智能化算法，可以說，智能化算法是實現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。常用的智能化算法主要有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、混沌、各種群算法。但是如何利用這些智能化算法來解決通風(fēng)過程的一些問題，需要進(jìn)行大量的實踐檢驗。通過礦井下安裝的各種傳感器可以檢測到風(fēng)量的變化，這反映到礦井主通風(fēng)機(jī)上就是工況點(diǎn)變化，而如何根據(jù)風(fēng)量的變化對工況點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整———主要風(fēng)量增加或減少的量，這些都是需要通過智能化算法計算來確定的。在調(diào)整礦井通風(fēng)系統(tǒng)時，很多時候需要考慮礦井通風(fēng)阻力的變化。為了獲得礦井通風(fēng)阻力，需要找到一種合理的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)求解方法。通過對礦井通風(fēng)阻力與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系進(jìn)行學(xué)習(xí)，找到最佳的風(fēng)量調(diào)整方案。根據(jù)確定的方案對風(fēng)量和通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證通風(fēng)的安全性和效率。此外，在通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，還需要根據(jù)監(jiān)測的風(fēng)量變化情況對通風(fēng)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行評價，這需要采用一些智能化算法來完成。由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)比較多，難以通過簡單的算法進(jìn)行評價。構(gòu)建高效礦井下通風(fēng)系統(tǒng)為了達(dá)到礦井下通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化效果，企業(yè)應(yīng)積極構(gòu)建全新的井下高效通風(fēng)模式，提高通風(fēng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能。在實際優(yōu)化中，礦井企業(yè)應(yīng)組織專人做好礦井通風(fēng)系統(tǒng)組件的巡查和性能監(jiān)控，確保礦井下通風(fēng)技術(shù)優(yōu)化順利實施。在高效通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用中，井下管理人員需要合理的選擇通風(fēng)設(shè)備，充分考慮通風(fēng)設(shè)備的維修便捷性與廠商信譽(yù)度，并且確保設(shè)備具有較高性能。在進(jìn)行礦井下通風(fēng)設(shè)備的檢修與評估環(huán)節(jié)中，應(yīng)積極構(gòu)建科學(xué)的管理體系，定期對礦井下通風(fēng)設(shè)備易損件和系統(tǒng)內(nèi)老化環(huán)節(jié)進(jìn)行更換，尤其應(yīng)重視礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的保養(yǎng)修復(fù)管控，避免影響礦井下通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行效果，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。通風(fēng)機(jī)日常維護(hù)管理制度22.22.為了保障通風(fēng)機(jī)的可靠安全運(yùn)行，需要根據(jù)實際情況制定日常維護(hù)管理制度。具體內(nèi)容應(yīng)該重點(diǎn)包含以下幾點(diǎn)：第一，非通風(fēng)機(jī)機(jī)組人員不得操作通風(fēng)機(jī)設(shè)備，即便本設(shè)備操作人員應(yīng)該在多方確認(rèn)，保障安全的情況下才可以對設(shè)備進(jìn)行操作；第二，為了保障工作面的安全，通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒與工作面之間的距離不宜過大，通常需要控制在5m范圍以內(nèi)；第三，巡檢時需要對風(fēng)筒的位置和方向進(jìn)行檢查，確保正確，檢查風(fēng)筒是否存在破裂、脫節(jié)等故障問題，風(fēng)筒是否存在堵塞的問題；第四，考慮到軸承運(yùn)行過程中會產(chǎn)生明顯的摩擦，為了降低軸承磨損，對軸承需要每間隔1個月向內(nèi)部注入潤滑油脂，注入量為軸承空腔的50%左右。風(fēng)機(jī)故障診斷和預(yù)警系統(tǒng)煤炭開發(fā)工程可以進(jìn)行大量風(fēng)機(jī)事故數(shù)據(jù)分析，通過采用問題樹方法，建立風(fēng)機(jī)事故的自動巡查診斷系統(tǒng)，這個體系主要是結(jié)合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)收集的風(fēng)機(jī)運(yùn)行信息為依據(jù)，對其中出現(xiàn)的異常信息進(jìn)行逐層分解，判斷風(fēng)機(jī)運(yùn)行的事故性質(zhì)，從而采取相應(yīng)的事故排除措施。在對礦井下通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)機(jī)進(jìn)行故障診斷工作時，當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)機(jī)械故障狀態(tài)時，就能夠通過對SQL數(shù)據(jù)庫分析得到各種事故狀態(tài)下風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的診斷信號，同時將轉(zhuǎn)換成特點(diǎn)故障信號波形，將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，在整個風(fēng)機(jī)工作流程中，就能夠很有效地完成風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號檢測，而倘若出現(xiàn)了信號異常情況，系統(tǒng)會發(fā)出警報，同時和數(shù)據(jù)庫中的故障頻譜進(jìn)行匹配，準(zhǔn)確的確定風(fēng)機(jī)故障類型。結(jié)語通風(fēng)機(jī)的工作性質(zhì)決定了設(shè)備必須連續(xù)不間斷工作，而礦井工作環(huán)境惡劣，所以通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時比其他設(shè)備更容易出現(xiàn)故障問題。為了提升通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性，必須強(qiáng)化日常的維護(hù)和保養(yǎng)工作，對容易出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行深入分析，找到問題的原因，并總結(jié)實踐經(jīng)驗提出針對性的解決措施。參考文獻(xiàn)[1]王崗.礦井開采安全