煤礦設(shè)備智能診斷技術(shù)研究應(yīng)用

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摘要：煤礦企業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化因其種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、負(fù)荷高、自動(dòng)化水平高，對(duì)合理使用和安全操作的要求十分嚴(yán)格。同時(shí)，井下環(huán)境的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性對(duì)于設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)構(gòu)成巨大威脅。設(shè)備一旦發(fā)生故障，不僅會(huì)迫使礦井停產(chǎn)，甚至危及作業(yè)人員人身安全。本文重點(diǎn)對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備智能診斷技術(shù)及應(yīng)用方法進(jìn)行了研究，對(duì)確保煤礦企業(yè)設(shè)備正常運(yùn)行具有借鑒和參考意義。

關(guān)鍵詞：礦井設(shè)備；設(shè)備故障；智能診斷

對(duì)礦井設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全面檢測(cè)和預(yù)警是煤礦機(jī)電設(shè)備管理的重中之重。結(jié)合電氣設(shè)備的“諧波診斷方法”分析技術(shù)，利用驅(qū)動(dòng)電氣在工作過(guò)程中不同部件故障特征和特征產(chǎn)生的對(duì)驅(qū)動(dòng)電流擾動(dòng)而引起電磁場(chǎng)變化的原理，利用礦用本安型諧波診斷設(shè)備，構(gòu)建基于諧波分析技術(shù)的礦井設(shè)備智能診斷系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)檢測(cè)及趨勢(shì)管理，減少日常維護(hù)及維護(hù)不到位的情況。

1主要研究?jī)?nèi)容

（1）建立符合實(shí)際情況的基于全生命周期管理的煤礦機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、檢修維護(hù)等規(guī)范管理。煤礦機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)以設(shè)備個(gè)體的生命周期為線索，將設(shè)備需求計(jì)劃、招標(biāo)采購(gòu)、到貨入庫(kù)、領(lǐng)用出庫(kù)等物資管理流程，與設(shè)備出庫(kù)后使用、維護(hù)保養(yǎng)、移交、維修、報(bào)廢、處置等設(shè)備、資產(chǎn)管理流程銜接起來(lái)，形成了以設(shè)備流動(dòng)的全部過(guò)程為導(dǎo)向，以設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)為跟蹤依據(jù)的全面跟蹤管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備各種基礎(chǔ)信息、技術(shù)參數(shù)建賬，技術(shù)資料歸檔、檢修維護(hù)、故障信息管理等功能。（2）采用諧波診斷儀對(duì)大型礦用電氣設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行診斷，采用設(shè)備巡點(diǎn)檢儀對(duì)煤礦中小設(shè)備及其旋轉(zhuǎn)部分進(jìn)行檢測(cè)，建立起全面的機(jī)電設(shè)備健康檔案庫(kù)。通過(guò)定期、連續(xù)檢測(cè)，積累個(gè)性數(shù)據(jù)，可對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行趨勢(shì)管理，也為設(shè)備維保、定期檢修提供參考?？梢哉_有效地揭示潛在故障的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移，智能地診斷出設(shè)備故障原因與故障嚴(yán)重程度，為應(yīng)急控制和維修管理提供準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)，從而節(jié)約維修費(fèi)用，避免重大事故發(fā)生。（3）通過(guò)對(duì)機(jī)電設(shè)備健康狀態(tài)的長(zhǎng)期檢測(cè)（6個(gè)月以上），建立起符合實(shí)際情況的機(jī)電設(shè)備巡點(diǎn)檢的標(biāo)準(zhǔn)體系和狀態(tài)檢修維護(hù)的管理體系，完善機(jī)電設(shè)備檢修維護(hù)管理制度，實(shí)現(xiàn)由定期檢修向狀態(tài)檢修、預(yù)知檢修的轉(zhuǎn)變，提升機(jī)電設(shè)備的管理水平。

2關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

因電氣設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、變頻器、變壓器、發(fā)電機(jī)等在不同狀態(tài)、不同工作狀態(tài)下，會(huì)產(chǎn)生不同的高次諧波，電氣設(shè)備中的高次諧波與設(shè)備部位、情況有密切關(guān)系，利用諧波分析技術(shù)能為電氣設(shè)備的檢測(cè)和管理提供依據(jù)。關(guān)鍵技術(shù)在于利用電氣設(shè)備產(chǎn)生的高次諧波及諧波含有率與設(shè)備故障位置及其程度的關(guān)系，針對(duì)煤礦設(shè)備設(shè)計(jì)礦用型諧波診斷儀，構(gòu)建基于諧波分析技術(shù)的“礦井設(shè)備智能診斷系統(tǒng)”。該關(guān)鍵技術(shù)包括三個(gè)方面：①高精度諧波信號(hào)采集及分析技術(shù)；②基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備異常診斷的智能診斷技術(shù)；③設(shè)備健康狀態(tài)預(yù)警和生成趨勢(shì)圖的技術(shù)。通過(guò)這些關(guān)鍵技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)諧波信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、處理、分析、診斷等功能。諧波檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)檢測(cè)方法的對(duì)比如表所示：

3采用的研究方法和技術(shù)路線

3.1研究方法

吸收國(guó)內(nèi)外各種設(shè)備狀態(tài)維修與檢測(cè)設(shè)備及系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)基于RFID技術(shù)和振動(dòng)診斷技術(shù)的設(shè)備巡檢點(diǎn)檢儀，引入利用驅(qū)動(dòng)電氣在工作過(guò)程中不同部件故障特征和老化特征產(chǎn)生對(duì)驅(qū)動(dòng)電流擾動(dòng)而引起電磁場(chǎng)變化原理設(shè)計(jì)的諧波診斷儀。設(shè)備巡點(diǎn)檢儀可以智能地診斷出設(shè)備可能存在的不對(duì)中、不平衡、配合松動(dòng)、裝配不當(dāng)以及軸承疲勞損傷等潛在故障，適用于煤礦通風(fēng)機(jī)、皮帶輸送機(jī)、水泵等重要機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷分析?？梢哉_有效地揭示潛在故障的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移，智能地診斷出設(shè)備故障原因與故障嚴(yán)重程度，為應(yīng)急控制和維修管理提供準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)，從而節(jié)約維修費(fèi)用，避免重大事故發(fā)生。諧波診斷儀可以對(duì)各種驅(qū)動(dòng)電氣，包含各種電機(jī)、發(fā)電機(jī)、變頻器、變壓器、工業(yè)電容、UPS、大功率電池組已經(jīng)工業(yè)輸電電纜等進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)僅需使用諧波傳感器對(duì)設(shè)備電源母線進(jìn)行信號(hào)采集，諧波診斷儀將自動(dòng)記錄、分析采得的諧波信號(hào)，輸出設(shè)備狀態(tài)報(bào)告，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)以及以后的設(shè)備維護(hù)提出建議。上述兩種設(shè)備配合基于全生命周期煤礦機(jī)電設(shè)備管理軟件系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)以及故障前期診斷的現(xiàn)場(chǎng)管理，以提高煤礦機(jī)電維護(hù)人員工作效率，為保障設(shè)備完好率和設(shè)備連續(xù)不斷運(yùn)行提供管理手段。通過(guò)定期、連續(xù)檢測(cè)，積累個(gè)性數(shù)據(jù)，可對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行趨勢(shì)管理，也為設(shè)備維保、定期檢修提供參考。

3.2技術(shù)路線

機(jī)電設(shè)備健康狀態(tài)檢測(cè)主要是實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，是識(shí)別設(shè)備(機(jī)器或機(jī)組)運(yùn)行狀態(tài)的一門綜合性應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)，它主要研究設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化在診斷信息中的反映；通過(guò)測(cè)取設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，并結(jié)合其歷史狀況對(duì)所測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理分析，特征提取，從而定量診斷(識(shí)別)設(shè)備及其零部件的運(yùn)行狀態(tài)(正常、異常、故障)，進(jìn)一步預(yù)測(cè)將來(lái)狀態(tài)，最終確定需要采取必要對(duì)策的一門技術(shù)。主要內(nèi)容包括監(jiān)測(cè)、診斷(識(shí)別)和預(yù)測(cè)三個(gè)方面。具體技術(shù)結(jié)構(gòu)關(guān)系如下圖：

3.3機(jī)電設(shè)備健康狀態(tài)檢測(cè)管理信息系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)軟件部分：實(shí)現(xiàn)在煤礦統(tǒng)一軟件產(chǎn)品平臺(tái)上將各個(gè)與設(shè)備管理有關(guān)的各個(gè)方面、層次的管理制度規(guī)范化，數(shù)據(jù)信息格式規(guī)范化，并充分考慮現(xiàn)有資源情況，充分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；（2）系統(tǒng)硬件部分：包括礦用本安型諧波診斷儀及相關(guān)附件，礦用本安型設(shè)備點(diǎn)檢儀（以及相關(guān)附件）和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)示；點(diǎn)檢儀部分提供點(diǎn)檢任務(wù)管理和數(shù)據(jù)采集功能，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備標(biāo)示部分安裝在現(xiàn)場(chǎng)。系統(tǒng)框架圖如下：系統(tǒng)主要功能模塊包括機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)信息管理、設(shè)備樹(shù)管理、臺(tái)賬管理、跟蹤管理、移交管理、申領(lǐng)管理、維修管理、報(bào)廢管理、處置管理、折舊管理；設(shè)備日常維修管理、保養(yǎng)管理、故障管理、巡點(diǎn)檢管理、諧波檢測(cè)管理、預(yù)警管理與設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)分析等功能。

3.4設(shè)備管理流程

（1）首先建立煤礦機(jī)電設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備、高壓電纜等的集中管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)所檢測(cè)設(shè)備的基本信息、技術(shù)參數(shù)臺(tái)賬、檢修維護(hù)信息、故障記錄等集中管理；（2）選取主要類別機(jī)電設(shè)備，如主副井提升機(jī)、變頻器、主排水泵電機(jī)和水泵、主扇、局扇、瓦斯抽放泵站、壓風(fēng)機(jī)、工作面刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾電機(jī)、割煤機(jī)電機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī)、皮帶電機(jī)、減速機(jī)、高壓電纜作為檢測(cè)設(shè)備對(duì)象，建立設(shè)備技術(shù)參數(shù)臺(tái)賬和檢測(cè)周期；（3）對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、趨勢(shì)跟蹤，根據(jù)設(shè)備檢測(cè)報(bào)告在檢修時(shí)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)驗(yàn)證，建立設(shè)備檢測(cè)臺(tái)賬、健康檔案、對(duì)比分析報(bào)告以及檢修檔案；（4）提交諧波法診斷儀及點(diǎn)檢儀在煤礦設(shè)備健康狀態(tài)檢測(cè)的詳細(xì)成果報(bào)告。

4主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

研究方法和成果進(jìn)一步提升機(jī)電管理水平，降低維修成本，滿足礦井安全生產(chǎn)需要，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、高效的目標(biāo)。（1）依據(jù)診斷儀所給出的檢修時(shí)間、檢修項(xiàng)目，可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的檢修維護(hù)，顯著降低設(shè)備備件的庫(kù)存量，減少設(shè)備定期檢修工時(shí)、節(jié)約維修人工費(fèi)20%以上，節(jié)約維修費(fèi)用20萬(wàn)元以上；（2）使用諧波診斷儀對(duì)大型電氣驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)診斷及趨勢(shì)管理，可以大幅降低各生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)備的非正常停機(jī)時(shí)間，如果每月減少20小時(shí)的非正常停機(jī)時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)數(shù)千噸煤炭，增加產(chǎn)值500萬(wàn)元以上；（3）連續(xù)的設(shè)備健康狀態(tài)檢測(cè)及設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)管理，可以預(yù)測(cè)故障與隱患，指導(dǎo)進(jìn)行提前排除，降低因設(shè)備不確定性故障造成的安全事故的發(fā)生次數(shù)等。

5效益分析

礦井設(shè)備的智能診斷系統(tǒng)使用非接觸式信號(hào)測(cè)量探頭，可以對(duì)遠(yuǎn)距離設(shè)備、遮擋或水下設(shè)備等進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)中的諧波檢測(cè)儀體積小、重量輕、攜帶方便，可大大降低維護(hù)工人工作強(qiáng)度。系統(tǒng)大大促進(jìn)礦井設(shè)備安全和人員安全，使操作人員避免一些相對(duì)危險(xiǎn)的環(huán)境；系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，不需專家分析，可以快速直接生成詳細(xì)報(bào)告。檢測(cè)能同時(shí)檢測(cè)礦井設(shè)備電氣部分和機(jī)械部分，并在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下完成檢測(cè)，不需要停機(jī)檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)提前對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)預(yù)警和生成趨勢(shì)圖。提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并預(yù)警，避免突發(fā)事故，并指導(dǎo)維修，對(duì)生產(chǎn)不造成影響；系統(tǒng)通過(guò)長(zhǎng)期的檢測(cè)可以建立設(shè)備健康管理檔案庫(kù)，為設(shè)備長(zhǎng)期跟蹤和預(yù)警提供可靠依據(jù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理，提高了煤礦機(jī)電管理水平，增長(zhǎng)了煤礦經(jīng)濟(jì)效益。促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)。

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作者：許夫鵬 高峰 單位：兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦