采煤機的異常分析與診斷控制系統(tǒng)的研究

馬鈺杰

（西山煤電機電廠電修車間， 山西 太原 030053）

引言

采煤機作為煤礦井下三機之一，直接決定了煤炭的綜采效率和安全性，一旦采煤機出現(xiàn)故障將導致停機維修，不僅造成嚴重的經(jīng)濟損失，而且長時間停機后也容易產(chǎn)生威脅井下人員生命健康。為了最大限度確保采煤機工作的穩(wěn)定性，各煤炭生產(chǎn)企業(yè)均設置了專門的設備維修小組，每天利用停機時間對采煤機的運行情況進行全面檢修，更換截齒、電路檢查等。但由于每天停機時間有限，所有的檢修工作主要停留在外在可見的層面，并不能對采煤機深層次的問題進行檢查，只能夠是故障完全顯現(xiàn)以后再去排查、維修，完全無法滿足井下越來越高的綜采作業(yè)要求[1]。本文提出了一種采煤機異常分析與振動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠對采煤機運行過程中的關鍵狀態(tài)信息進行監(jiān)控和分析，對可能出現(xiàn)的故障進行預測和報警，直接鎖定故障源并將檢測、維修方案提供給維修人員，不僅能夠實現(xiàn)對故障的提前預防，而且能夠縮短對故障排查時間，極大提升了采煤機運行的穩(wěn)定性和可靠性，縮短了設備檢修時間，具有較高的應用推廣價值。

1 采煤機常見故障分類

采煤機是一種集機電液于一體的大型機電設備，整體結構復雜，因此建立采煤機異常分析與故障診斷控制系統(tǒng)的第一步是需要依據(jù)不同的結構，對采煤機常見的故障類別和所涉及的部件進行分類，作為故障分析與診斷系統(tǒng)的運算分析基礎，采煤機整體結構如1 所示。

采煤機的故障類別可分為機械故障、液壓故障和電氣故障三大類[2]。

1.1 機械故障

采煤機的機械故障主要包括傳動軸承故障、傳動齒輪故障、截齒磨損、傳動系統(tǒng)故障等，該類別的故障發(fā)生后主要表現(xiàn)為采煤機傳動機構的輸出轉矩不穩(wěn)定、截割阻力增加等，因此可通過對傳動電機輸出轉矩、工作電流、工作電壓等的監(jiān)控進行判斷。

圖1 采煤機整體結構示意圖

1.2 液壓故障

液壓故障主要是控制采煤機搖臂運行時出現(xiàn)定位不準、液壓油泄露、換向卡阻等，該類別的故障發(fā)生后主要表現(xiàn)為液壓系統(tǒng)的工作壓力變化、液壓油的流量變化等，可通過對液壓系統(tǒng)的工作壓力和流量的監(jiān)測進行判斷。

1.3 電氣故障

采煤機的電氣故障是最常見的故障類別，因采煤機機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的聯(lián)合運行全部依賴于電氣系統(tǒng)的調(diào)整，當出現(xiàn)電氣故障后，系統(tǒng)表現(xiàn)出控制失效等，該類別的故障可通過對傳輸控制信號和反饋信號的對比進行判斷。

2 采煤機的異常分析與診斷控制系統(tǒng)

采煤機的異常分析與診斷控制系統(tǒng)的核心是對采煤機的關鍵運行參數(shù)進行監(jiān)測、邏輯判斷、確定故障原因，其異常分析與診斷控制邏輯如下頁圖2 所示[3]。

由圖1 可知，該異常分析與診斷控制系統(tǒng)最關鍵的在于對采煤機運行參數(shù)的分析、判斷，為了確保對采煤機運行狀態(tài)判斷的準確性，該采煤機異常分析與控制系統(tǒng)采用了主成分分析法、隨機選擇法、方差選擇法、相關系數(shù)法、互信息法、卡方檢驗方法[4]，來實現(xiàn)對采煤機運行過程中運行狀態(tài)的綜合判斷，各種判斷方式將判斷結果傳輸?shù)絇LC 控制中心，對六種判斷結果進行進一步的組合分析，剔除偏離量最大的結果，對兩種最大概率的結果進行分析，并反饋給監(jiān)控單元，由監(jiān)控單元采集第二組分析數(shù)據(jù)進行分析，最終確認最終的輸出結果。

圖2 采煤機異常分析與診斷控制邏輯

3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡診斷及控制界面

人工神經(jīng)網(wǎng)絡結構[5]主要是通過對人腦的思維模式、推理能力的模擬來實現(xiàn)對問題的分析和解決，在利用神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)對采煤機的運行故障進行判斷時，依據(jù)各類傳感器設備所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信號對其進行分選，根據(jù)所預設的判定模型對各部分的整體運行狀態(tài)進行判斷，同時該神經(jīng)網(wǎng)絡診斷法還具有邏輯判斷功能，能夠對一段時間內(nèi)的各類數(shù)據(jù)進行分類、對信號狀態(tài)進行分析，輸出采煤機各部分運行診斷結果，實現(xiàn)提醒維護人員對采煤機運行欠佳的部分進行重點維護，有效提升采煤機運行的穩(wěn)定性和可靠性。

為了實現(xiàn)對采煤機異常診斷結果的有效識別，根據(jù)采煤機最常見的故障類別，針對性地設計了采煤機的終端顯示界面，能夠將異常分析與診斷的結果實時顯示在界面上，其顯示界面如圖3 所示。

圖3 異常分析與診斷系統(tǒng)顯示界面

4 結論

1）采煤機的故障類別可分為機械故障、液壓故障和電氣故障三大類；

2）采煤機異常分析與控制系統(tǒng)采用了主成分分析法、隨機選擇法、方差選擇法、相關系數(shù)法、互信息法、卡方檢驗方法，來實現(xiàn)對采煤機運行過程中運行狀態(tài)的綜合判斷，各種判斷方式將判斷結果傳輸?shù)絇LC 控制中心，能夠獲得最精確的分析結果；

3）神經(jīng)網(wǎng)絡診斷法還具有邏輯判斷功能，能夠對一段時間內(nèi)的各類數(shù)據(jù)進行分類、對信號狀態(tài)進行分析，輸出采煤機各部分運行診斷結果，實現(xiàn)提醒維護人員對采煤機運行欠佳的部分進行重點維護，有效提升采煤機運行的穩(wěn)定性和可靠性。