地面大型設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的研究應(yīng)用

賈曉偉

（山西省晉城煤業(yè)集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦， 山西 晉城 048000）

引言

煤礦風(fēng)機(jī)、瓦斯泵站等地面大型設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定，一直是“智慧礦山”項(xiàng)目攻關(guān)的課題之一。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化運(yùn)行的前提，通過(guò)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)設(shè)備潛在故障，實(shí)現(xiàn)防患于未然。隨著當(dāng)前煤礦智能化、無(wú)人化的不斷普及，設(shè)備故障診斷開(kāi)始與“互聯(lián)網(wǎng)+”不斷接軌，逐漸形成了“單機(jī)自診斷+礦井局域網(wǎng)異地診斷+設(shè)備廠(chǎng)家遠(yuǎn)程云診斷”的三級(jí)故障診斷模式[1]。基于該模式搭建監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的連續(xù)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，制定科學(xué)的運(yùn)維策略，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)積累，不斷優(yōu)化設(shè)備運(yùn)維、管理模型，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)。

1 研究?jī)?nèi)容

對(duì)大型風(fēng)機(jī)、瓦斯泵增加在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，建立完備的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷大數(shù)據(jù)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備故障早期預(yù)警，從而避免重大設(shè)備事故發(fā)生，減少事故發(fā)生次數(shù)及危害程度；能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)預(yù)知維修、故障溯源，達(dá)到精準(zhǔn)維修；依靠診斷平臺(tái)，提高設(shè)備管理水平。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

建立了基于風(fēng)機(jī)、瓦斯泵站等地面大型設(shè)備的遠(yuǎn)程故障系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

如圖1所示，系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)所需要的傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)應(yīng)用管理器、狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析軟件等，通過(guò)集團(tuán)環(huán)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程專(zhuān)家、集團(tuán)層、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)等多層次故障會(huì)診和數(shù)據(jù)共享，提升系統(tǒng)的反應(yīng)可靠性。

3 系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)

基于Visual Studio2008開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)，其基本開(kāi)發(fā)情況見(jiàn)表1。

圖1 大型設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)架構(gòu)圖

表1 遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)開(kāi)發(fā)情況表

該模式采用模塊化結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)多對(duì)象多層結(jié)構(gòu)的有效開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)功能性和邏輯性較強(qiáng)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的自定義功能擴(kuò)展，架構(gòu)簡(jiǎn)單易操作[2]。本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)信息瀏覽、設(shè)備管理、故障診斷、實(shí)時(shí)工況、系統(tǒng)管理等5大模塊功能，見(jiàn)下頁(yè)表2。

4 故障診斷

該平臺(tái)核心是基于人工智能的實(shí)時(shí)診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，即結(jié)合該領(lǐng)域?qū)＜业膶?zhuān)業(yè)知識(shí)或現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行專(zhuān)業(yè)分析，并模擬專(zhuān)家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)決策，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家級(jí)水平的現(xiàn)場(chǎng)交互。其實(shí)質(zhì)是基于大數(shù)據(jù)分析交互的計(jì)算機(jī)程序，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表2 平臺(tái)主要功能表

圖2 故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)包括知識(shí)庫(kù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，故障推理機(jī)及面向?qū)＜摇⒂脩?hù)的雙通道人機(jī)交互接口[3]。由設(shè)備廠(chǎng)家結(jié)合設(shè)備歷史故障情況建立初始知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，操作人員在使用時(shí)也可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行定期更新。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過(guò)電控系統(tǒng)的檢測(cè)功能板進(jìn)行快速匹配檢索，從知識(shí)庫(kù)中迅速獲得故障提示及解決方案；對(duì)暫無(wú)提示的，也可以對(duì)知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)新增條目操作，不斷充實(shí)故障處理知識(shí)庫(kù)的相關(guān)儲(chǔ)備。

5 應(yīng)用實(shí)例

5.1 測(cè)點(diǎn)布置

以地面瓦斯泵站主風(fēng)機(jī)為例，對(duì)軸流風(fēng)機(jī)和旋風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)布置分別如圖3、圖4所示。

軸流風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)分布：電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承座處（水平），電機(jī)驅(qū)動(dòng)端（水平垂直軸向），風(fēng)機(jī)管道軸承座處（水平垂直），風(fēng)機(jī)管道葉片處（水平垂直）。1臺(tái)風(fēng)機(jī)共計(jì)振動(dòng)8個(gè)測(cè)點(diǎn)，工藝量參數(shù)約20個(gè)。

對(duì)旋風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)分布：風(fēng)道外殼水平垂直4組，布置在風(fēng)道支撐電機(jī)和風(fēng)機(jī)的位置。1臺(tái)風(fēng)機(jī)共計(jì)8個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，約20個(gè)工藝量參數(shù)。

圖3 軸流風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)分布圖

圖4 對(duì)旋風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)分布圖

5.2 診斷流程

2017年7月12日14時(shí)15分左右，A礦地面3號(hào)瓦斯抽放泵站1號(hào)風(fēng)機(jī)突然無(wú)計(jì)劃切換至2號(hào)風(fēng)機(jī)，故障原因未知。此時(shí)系統(tǒng)將故障現(xiàn)象“無(wú)計(jì)劃切換”傳輸至地面集控，云終端出現(xiàn)“PLC控制器速度比較故障”，實(shí)時(shí)工況模擬量PLCSPEED參數(shù)為0。操作人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻對(duì)應(yīng)鏈接，進(jìn)入故障判斷邏輯，并結(jié)合故障分析快速鎖定設(shè)備故障點(diǎn)，認(rèn)定故障原因?yàn)椤白冾l控制故障”，并針對(duì)該故障制定具體解決方案。此故障現(xiàn)任操作人員最終確認(rèn)為PM端子松動(dòng)，緊固后重啟變頻器并手動(dòng)將風(fēng)機(jī)切回1號(hào)，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，系統(tǒng)將本次故障存檔備案。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)抽放泵站風(fēng)機(jī)的故障處理可知，利用集團(tuán)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和礦局域網(wǎng)搭建設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)主風(fēng)機(jī)、瓦斯泵站等地面大型設(shè)備進(jìn)行24 h實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，遇到故障時(shí)能夠及時(shí)反應(yīng)，結(jié)合故障參數(shù)快速查找原因并制定故障處理措施，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化、智能化運(yùn)行提供參考。