礦山機(jī)電設(shè)備智能故障檢測診斷技術(shù)的應(yīng)用

武慧敏

（山西焦煤西山煤電(集團(tuán))屯蘭礦 山西省太原市 030206）

開展礦山開采活動，企業(yè)為了保證良好開采效率，會使用機(jī)電設(shè)備。因為開采活動中，機(jī)電設(shè)備會長期運行，所以故障問題較為嚴(yán)重。設(shè)備故障不僅會對開采效率產(chǎn)生影響，同時會對開采工人等工作人員安全構(gòu)成極大威脅。所以，開采礦山時，要想不斷提高開采效率，應(yīng)該對故障進(jìn)行有效防控，同時解釋維修設(shè)備故障，進(jìn)而才可以保證開采活動持續(xù)開展?，F(xiàn)階段，智能故障診斷技術(shù)在機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛，該技術(shù)可以有效保證設(shè)備運行質(zhì)量與安全。

1 礦山設(shè)備智能故障診斷技術(shù)概述

該技術(shù)涵蓋傳感、計算機(jī)以及信息等多種現(xiàn)代技術(shù)，可以有效反映設(shè)備故障情況，并且能夠?qū)收线M(jìn)行提前預(yù)防。智能診斷技術(shù)可以準(zhǔn)確、全面地評價與分析設(shè)備故障原因與危害程度，所以則可以針對相關(guān)故障原因制定預(yù)防措施。對于設(shè)備故障應(yīng)該展開多重分析，比如：

（1）設(shè)備應(yīng)用目的。為了對故障情況進(jìn)行充分了解，應(yīng)該對設(shè)備應(yīng)用目的進(jìn)行全面了解，智能分析影響設(shè)備故障的主要因素。

（2）故障特征。應(yīng)該對故障特征進(jìn)行充分了解，充分分析故障可能發(fā)生的部位，通過對比特征確定故障。

2 智能故障診斷技術(shù)具體步驟

2.1 數(shù)據(jù)采集

故障診斷技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備中時，應(yīng)該全面分析與研究礦山設(shè)備自身情況以及工作環(huán)境等情況，并以此為基礎(chǔ)對故障原因、位置等級進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。因此，在智能檢測技術(shù)中，應(yīng)該將信息收集作為首要步驟，充分收集礦山設(shè)備在工作中的信號數(shù)據(jù)、環(huán)境要素以及運行參數(shù)等信息，展開全面監(jiān)測工作，同時認(rèn)真記錄這些數(shù)據(jù)，為后期故障預(yù)判提供良好保障。

2.2 處理數(shù)據(jù)

對于機(jī)械設(shè)備工作中產(chǎn)生的一些數(shù)據(jù)，工作人員并不能夠直接應(yīng)用采集數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行有效分析與利用，因此，需要科學(xué)處理信息數(shù)據(jù)，因為礦山設(shè)備在工作中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，而一些信息并沒有應(yīng)用價值，因此工作人員應(yīng)該有效甄別這些數(shù)據(jù)，為設(shè)備故障診斷工作提供良好保障。另外，對不同數(shù)據(jù)展開關(guān)聯(lián)處理，提取關(guān)鍵信息同時互相結(jié)合，進(jìn)而有效判斷機(jī)電設(shè)備的哪個零部件發(fā)生問題。

2.3 數(shù)據(jù)分析與識別

完成數(shù)據(jù)處理工作之后，應(yīng)該認(rèn)真開展分析與識別工作，以現(xiàn)階段實際情況角度分析，一般是針對不同工作環(huán)境與設(shè)備進(jìn)行的，設(shè)備不同其運行中出現(xiàn)的故障問題也會存在較大差異，并且同一設(shè)備在不同環(huán)境中損耗情況和工作體驗也會存在一定差異，此時應(yīng)該根據(jù)處理結(jié)果開展分析與識別活動，保證各種條件下礦山設(shè)備損耗以及故障分體進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，進(jìn)而有效防止出現(xiàn)嚴(yán)重的故障問題。

2.4 數(shù)學(xué)建模

對于智能故障檢測技術(shù)在礦山設(shè)備中的應(yīng)用，主要借助數(shù)學(xué)建模完成故障分析工作。開展診斷工作時，工作人員能夠準(zhǔn)確獲得設(shè)備工作信息，借助數(shù)學(xué)模型能夠?qū)⒃O(shè)備狀態(tài)與故障參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系充分展示出來，同時能夠?qū)收衔恢门c原因進(jìn)行有效判斷。

圖1：專家診斷系統(tǒng)

3 智能故障檢診斷技術(shù)應(yīng)用范圍與方法分析

3.1 應(yīng)用范圍

3.1.1 物理變化

機(jī)電設(shè)備在日常工作時，因為客觀因素影響會使得自身發(fā)生物理變化。比如，采煤機(jī)在工作時，因為磨損與使用過度問題，會造成采煤機(jī)右搖臂和左搖臂的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化。在信息技術(shù)廣泛應(yīng)用過程中，有效提高礦山設(shè)備中傳感器敏捷性，在各種工作環(huán)境與設(shè)備中均有著良好適用性，借助傳感器可以對礦山設(shè)備物理變化進(jìn)行實時監(jiān)測。

3.1.2 壓力與溫度參數(shù)

若是礦山設(shè)備發(fā)生故障問題，則設(shè)備壓力以及溫度一定會出現(xiàn)變化，借助智能技術(shù)開展設(shè)備故障判斷工作過程中，能夠通過采集壓力參數(shù)與溫度參數(shù)，深入分析設(shè)備故障問題。

3.1.3 性能參數(shù)

機(jī)電設(shè)備主要是性能發(fā)生改變之后而發(fā)生故障問題，礦山設(shè)備工作過程中，因為設(shè)備老化問題而使得設(shè)備轉(zhuǎn)速以及功率等情況性能不斷降低，進(jìn)而引發(fā)性能故障問題。若是設(shè)備性能發(fā)生變化，則其標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)與工作性能均會出現(xiàn)變化，借助智能技術(shù)能夠詳細(xì)分析設(shè)備的性能變化情況，從而提高故障診斷準(zhǔn)確性。

3.2 診斷方法

3.2.1 壓力與溫度診斷法

在礦山設(shè)備中的軸承、齒輪以及其他零部件的故障診斷中較為常用，在以上采用的智能故障檢測方法。若是礦山設(shè)備發(fā)生故障問題，工作人員可以對比模型數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)故障原因判斷工作。雖然該方法適用范圍較小，但是其檢測診斷結(jié)果非常精準(zhǔn)，主要優(yōu)勢就是檢測成本低，檢測結(jié)果準(zhǔn)確。

3.2.2 參考診斷

礦山設(shè)備發(fā)生故障問題的原因非常復(fù)雜，可能是因為不同原因造成，所以檢測與診斷設(shè)備故障過程中，應(yīng)該仔細(xì)排查設(shè)備故障。確定故障部位與原因之后，應(yīng)該積極總結(jié)原因，提高故障數(shù)據(jù)系統(tǒng)性。若是在后期開采中再次出現(xiàn)此種故障，則可以對比數(shù)據(jù)庫與故障數(shù)據(jù)，借助排除法有效提高結(jié)果精準(zhǔn)性，進(jìn)而確定故障位置。

3.2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

該技術(shù)主要是對礦山設(shè)備中數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)樣本轉(zhuǎn)化，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，若是礦山設(shè)備發(fā)生故障，則從設(shè)備故障特征剛出現(xiàn)時進(jìn)行比較，借助網(wǎng)絡(luò)分析方法確定最終故障。此種網(wǎng)絡(luò)分析方式已經(jīng)獲得實踐證明，故障診斷準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性較為突出。然而受到科技發(fā)展以及成本的因素影響，該項技術(shù)沒有獲得廣泛應(yīng)用，但是該技術(shù)是礦山設(shè)備診斷的主要發(fā)展方向。

4 礦山設(shè)備中智能故障診斷技術(shù)應(yīng)用

4.1 礦井綜采面的刮板輸送機(jī)故障診斷技術(shù)

在礦山開采的運輸系統(tǒng)中，綜采面的刮板輸送設(shè)備具有重要作用，該機(jī)電設(shè)備有效提高綜采面連續(xù)生產(chǎn)穩(wěn)定性。刮板輸送機(jī)在開采工作中的主要主張就是斷鏈問題。而斷鏈的影響因素較多，比如刮板跳槽、溜槽錯位以及異物卡拌等問題。當(dāng)前各個礦場為了對斷鏈位置進(jìn)行準(zhǔn)確識別以及有效判斷，主要通過機(jī)械傳動與機(jī)頭傳動系統(tǒng)中速度傳感器開展識別工作，數(shù)據(jù)不夠豐富，僅僅能夠?qū)﹄p鏈斷鏈進(jìn)行檢測，對于日常工作中的斷鏈故障中，是先發(fā)生單鏈斷鏈之后再發(fā)生雙鏈斷鏈故障的過程中無法進(jìn)行有效判斷。通過智能故障診斷技術(shù)，將一定數(shù)量的張力傳感器安裝到刮板鏈條中，并借助無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測刮板機(jī)鏈條中各個分段的張力情況，借助識別某個鏈條張力情況進(jìn)行識別，實現(xiàn)該鏈條運行狀態(tài)確定任務(wù)。之后根據(jù)機(jī)尾與機(jī)頭中激光與速度傳感器并利益神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)對鏈條實際狀態(tài)進(jìn)行識別甄別，同時準(zhǔn)確發(fā)出控制信號，保證刮板機(jī)在日常運行中可以獲得良好的故障預(yù)警以及保護(hù)。

4.2 高壓異步電動機(jī)故障檢測

在以往礦山開采活動中，異步電動機(jī)故障是引發(fā)安全問題的主要故障之一。所以，還需要充分開展電動機(jī)故障檢測與診斷工作。在信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域過程中，異步電動機(jī)故障診斷技術(shù)也得到進(jìn)一步發(fā)展，不僅會應(yīng)用到常見的局部放電以及磁通檢測手段，還會采用故障專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開展異步電動機(jī)診斷工作，能夠充分強(qiáng)化信息識別與處理的能力，進(jìn)而有效提高檢測以及診斷質(zhì)量和效率。現(xiàn)階段，機(jī)電設(shè)備在故障初期階段，故障數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，屬于一種分纖箱的映射關(guān)系，而通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以有效觀察此種非線性現(xiàn)象，進(jìn)而對電動機(jī)故障原因展開及時、有效的檢測、分析以及判斷。

通過應(yīng)用故障專家系統(tǒng)，能夠充分提高設(shè)備檢測工作的全面性與專業(yè)性。電動機(jī)一些故障表現(xiàn)出隱蔽性和復(fù)雜性，維修人員無法進(jìn)行有效判斷，其他檢測手段難以進(jìn)行提前預(yù)測，診斷效率無法滿足維修要求，然而專家系統(tǒng)能夠以電動機(jī)工作原理為切入點展開全面檢測工作，能夠?qū)崿F(xiàn)對電動機(jī)故障問題進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而充分保證診斷效果。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖1。

信號實時收集以及處理單元主要涵蓋信號收集以及信號預(yù)處理兩個部分。信號收集借助傳感器把振動、轉(zhuǎn)速、溫度、電流以及電壓等診斷數(shù)據(jù)充分收集上來，借助A/D 轉(zhuǎn)換，同時向信號預(yù)處理單元輸送信號。該單元可以對信號展開線性化與濾波處理，之后向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行儲存，系統(tǒng)能夠隨時調(diào)用。

實時數(shù)據(jù)庫，主要對電動機(jī)的動態(tài)信息進(jìn)行儲存，為規(guī)則處理機(jī)進(jìn)行電動機(jī)是否存在故障征兆、故障征兆類型等方面的判斷提供良好依據(jù)。知識儲存庫涵蓋兩種生產(chǎn)式的規(guī)則。

（1）對電動機(jī)動態(tài)信息和故障征兆因果關(guān)系進(jìn)行表述。

（2）對故障原因和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層、故障征兆和網(wǎng)絡(luò)輸出層的因果關(guān)系進(jìn)行表述。

對于轉(zhuǎn)換規(guī)則處理機(jī)，主要借助知識庫與實時數(shù)據(jù)庫中相關(guān)信息，促使專家系統(tǒng)中的邏輯信息轉(zhuǎn)化為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸出與輸入數(shù)值。導(dǎo)入處理機(jī)能夠?qū)ι窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸入層所有節(jié)點進(jìn)行賦值處理。導(dǎo)出機(jī)能夠?qū)敵鰧铀泄?jié)點輸出值進(jìn)行提取。推理單元屬于該專家系統(tǒng)中核心內(nèi)容，屬于一種知識庫，主要借助網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值矩陣相關(guān)方式，對故障征兆以及原因展開非線性映射處理。專家、用戶與系統(tǒng)之間進(jìn)行交互，進(jìn)而交換信息，促使電動機(jī)故障問題得到有效處理。

4.3 建立機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)庫

采用智能技術(shù)開展機(jī)電設(shè)備故障診斷工作時，數(shù)據(jù)庫的地位非常重要，能夠確保診斷活動順利開展。以現(xiàn)階段實際角度分析，診斷專家系統(tǒng)主要是以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)實現(xiàn)構(gòu)建，專家系統(tǒng)可以充分分析數(shù)據(jù)庫中一些信息，進(jìn)而才能夠?qū)υO(shè)備運行問題進(jìn)行準(zhǔn)確、快速地判斷，也是后期建立解決方法以及分析模型的重要保障。在礦山設(shè)備的故障診斷中，智能技術(shù)的應(yīng)用通常體現(xiàn)在智能系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)能力，即可以促使礦山設(shè)備在智能化數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)過程中接觸一些全新數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而保證各種條件中的故障診斷要求得到充分滿足，智能檢測系統(tǒng)在不斷工作中可以對故障發(fā)生時間與位置展開持續(xù)分析，而通過這些數(shù)據(jù)可以構(gòu)建健全經(jīng)驗信息庫，進(jìn)而在出現(xiàn)故障問題時能夠?qū)ζ湮恢糜行Т_定，并且對于故障隱患也能夠制定相應(yīng)方法進(jìn)行預(yù)防，有效控制故障發(fā)生以及影響范圍。相比于傳統(tǒng)檢測方法，通過監(jiān)控系統(tǒng)和管理軟件結(jié)合的方法可以有效提高自動控制、預(yù)警技術(shù)等融合程度，及系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)備中零部件故障問題進(jìn)行自動判斷，同時自動采取有效措施進(jìn)行處理。

5 結(jié)語

要想保證礦山開采不斷實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展目標(biāo)，提高開采活動安全性，應(yīng)該注意設(shè)備檢修工作，不斷加大智能檢測技術(shù)的應(yīng)用，以不斷提高故障檢測有效性與及時性，保障設(shè)備問題得到及時處理，進(jìn)而保證礦山設(shè)備穩(wěn)定運行。