矿山电气设备在线监测与故障诊断系统高彦昭 --中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

矿山电气设备在线监测与故障诊断系统高彦昭

发表时间：2021/6/16 来源：《探索科学》2021年5月作者：高彦昭

[导读] 在矿产资源开采过程中涉及输送机、通风机、变压器等大量电气设备，任何电气设备一旦发生故障将严重影响到矿山工作的进展，甚至引发安全事故。为提高矿山电气设备的可靠性和安全系数，研究开发了矿山电气设备在线监测与故障诊断系统，以振动检测仪为硬件核心，利用振动加速度传感器和数据采集分站进行滚动轴承的数据采集，利用时域分析、频域分析以及包络分析方法对振动信号进行分析和处理，实现实时监控、数据查询、报警处理以及故

内蒙古赤峰安德检测检验有限公司高彦昭 024000

摘要：在矿产资源开采过程中涉及输送机、通风机、变压器等大量电气设备，任何电气设备一旦发生故障将严重影响到矿山工作的进展，甚至引发安全事故。为提高矿山电气设备的可靠性和安全系数，研究开发了矿山电气设备在线监测与故障诊断系统，以振动检测仪为硬件核心，利用振动加速度传感器和数据采集分站进行滚动轴承的数据采集，利用时域分析、频域分析以及包络分析方法对振动信号进行分析和处理，实现实时监控、数据查询、报警处理以及故障诊断等功能。
关键词：矿山电气设备；在线监测；故障诊断；系统
        矿山开采工作中涉及了包括了变压器、输送机、提升机在内的众多大型电气设备，这些电气设备的安全、稳定运行是矿产工作有序开展的重要保障。滚动轴承是大部分电气设备中的核心部件，也是较易损坏的部件。
        1矿山电气设备安全管理的重要性
        矿山企业电气设备安全管理因其所在企业工作环境的特殊性，一直备受注视，尤其因近年来我国矿山安全事故频发，矿山企业电气设备安全管理已经成为人们对矿产资源开发方面关注的重点。由于矿山电气设备故障引起的事故，在众多矿山企业安全事故中占有很高的比例。只有加强对矿山电气设备的管理，才能很好地保证矿山企业正常顺利运行。矿山电气设备安全事故的发生，不仅对生产人员及安全设备造成伤害，更有诱发瓦斯爆炸之类重大事故的可能，给矿山企业安全生产造成严重影响。因此矿山电气设备的安全管理在矿山企业生产过程中应得到足够的重视与支持。矿山电气设备作为矿山工程建设、开采的重要设施，其安全管理在这个设备工作工程中必须坚持贯彻始终，以确保矿产资源开采过程安全、顺利进行。
        2当前矿山设备管理中存在的问题
        2.1矿山电气设备安全管理重视流于表面
        国内众多矿企，特别是中小型矿企首要关注的往往是生产效能，对在安全生产过程中有着重要影响的电气设备安全问题，许多的矿山企业管理层重视不足。这些管理人员普遍认为矿山电气设备管理只是辅助性的保管工作，其管理做的好或坏均不会给企业带来太大的影响。事实上，电气设备安全管理在矿山安全生产过程中应该一直密切重视，其对保障和维护矿山电气设备是否安全正常运行有着最直接的影响。相关管理层对于电气设备安全管理的重视不足、对电气设备安全管理措施不完善等因素，均为矿区安全生产埋下了重大安全隐患。
        2.2电气设备陈旧，资源不能充分利用
        我国众多的矿山企业为了追求经济效益最大化，对设备的投入上基本是能省则省。过于利益化的做法直接导致了国内矿山企业电气设备的更新换代缓慢，不少的老旧设备仍然在进行高负荷运行，不能及时得到调整与更新，再加上相关管理制度的不健全，为矿山企业安全生产过程带来了不少安全隐患。因为多数矿山企业的轻投入、重产出，而矿山开采设备往往需要成套购入，一次性投资太大，矿山企业为追求经济效益而投入不足的现象普遍存在，利益的驱使让老旧化矿山设备超负荷使用状态愈发严重。
        3矿山电气设备在线监测与故障诊断系统总体架构
        设计的在线监测与故障诊断系统主要面向某矿业集团的10个大型矿产设备。系统需要实时监测10个设备的运行参数，因此需要建立统一管理平台，完成各个设备的数据采集、传输、存储以及故障诊断。采用三级分层结构，包括设备层、控制层和管理层。各个监测点只管理各自监控的设备，设备之间通过CAN总线进行数据传输，将采集到的数据信息通过以太网传输到工控机上进行管理和记录。
        4矿山电气设备在线监测与故障诊断系统硬件设计
        在线监测与故障诊断系统由数据采集、数据传输、参数监控以及故障诊断四大部分组成。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

利用振动加速传感器和温度传感器对设备滚轴运转情况及设备温度进行检测；利用矿本安振动监测分析仪对信号数据进行采集、放大和转换，将数据通过以太网传送到数据服务器上，最终实现在线监测与故障诊断。
        4.1核心部件设计
        系统的硬件设计以MHK18矿用本安型振动检测仪为核心。振动检测仪适用于煤矿井下机械设备常规振动的测量，特别是往复机械中的振动测量。对各种设备的点检、巡检、定期检验，能方便地进行各种机械设备振动的状态监测和故障诊断。主要功能内置剪切式压电加速度传感器，频率范围宽；配备不同尺寸的探头，适应不同工况现场；液晶屏加背光方式，可在光线不足环境下使用；20小时续航时间，具备电量提示功能；无操作延时自动关机；数据存储功能。振动检测仪能够检测信号的振动峰值、振动频率以及故障，实现对信号的智能处理。
        4.2数据采集设计
        系统的数据采集主要由KS16矿用本安型振动加速度传感器和LH516-S矿用本安型数据采集分站组成KS16矿用本安型振动加速度传感器主要是用于测量轴承的振动，主要是安装在各种旋转机械装置的轴承盖上，将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，能够直接与记录显示和采集仪器连接，简化了测试系统提高了测试的精度和可靠性。振动加速器利用其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。工业操作振动的测量一般的灵敏度考虑在50mV/g，100mV/g和200mV/g的加速度传感器，然而对传感器的频率范围则必须根据不同的测量对象进行选择。
        5系统软件设计
        滚动轴承的振动信号由内、外部因素共同作用形成，内部因素包括自身结构和运转方式等，外部因素包括其他设备或部件对轴承的振动作用。内、外部因素共同作用使得滚动轴承的振动信号复杂随机，将特征信号从全部振动信号中提取出来是利用振动信号分析进行故障监测和诊断基础。对振动信号进行时域分析。滚动轴承的损坏程度越高，振动越强烈，时域分析指标越高。
        采用信号峰值来检测信号振动强度，一般振动越强，峰值越高，滚动轴承磨损也越严重。在时域分析中引入峭度系数K来反映函数图像的曲度，峭度系数可以监测到早期故障。对振动信号进行频域分析。通过傅立叶变换将时域信号的横坐标从时间变为频域信息，得到振动信号的频域信息。分析振动信号的频率信息，可以准确定位滚动轴承故障的具体位置。
        对振动信号进行包络分析。包络分析可以确定局部故障类型，特别是对磨损故障和开裂故障具有显著效果。当滚动轴承发生表面磨损或开裂时，由于表面碰撞会产生脉冲信号，与轴承部件的原有频率相互作用从而引起共振，通过包络法进行分析共振信号，提取故障特征频率。
        6系统的功能实现
        将系统数据采集器监测到的图像和信号数据转化为HTML格式文件，利用图像界面实现web远程监控。根据系统的具体要求对每个单元点的参数分别进行设置，分析振动信号的特征，结合故障专家数据库进行故障类型、故障位置的判断，将诊断结果返回到终端显示器，同时向系统进行报警。同步显示功能能够显示设备的轴承的环境温度、振动参数等，对超出预设值的信号进行报警提示。统计查询功能可以统计和导出监测数据，为信号分析提供数据支持。诊断功能采用时域分析、频域分析以及包络分析方法对信号进行判别，从而得出诊断报告。
        7结语
        根据矿山电气设备特点设计的在线监测与故障诊断系统，实现了对矿用电气设备信息的实时监控、数据查询、报警处理以及故障诊断等功能，实现了对大型电器设备的实时监控以及故障的及时诊断处理，有效提高了电气设备运行的稳定性和安全性。矿山电气设备在线监测与故障诊断系统的开发和利用对提高生产效率，保障矿产工作的安全性具有十分重要的意义。
参考文献
[1]李敏昕.煤矿防爆电气设备的管理措施探讨[J].科技资讯，2011，20.
[2]王记生.当前煤矿电气设备安全管理存在的问题和对策[J].城市建设理论研究，2013，2.
[3]刘岩.浅谈煤矿电气设备管理要点[J].煤炭技术，2011，9