1、礦井主通風機監測與故障診斷系統探討    關鍵詞:礦井通風機;故障診斷;專家系統;模糊神經網絡;智能診斷礦山安全生產的關鍵設備主要是礦井通風機。隨著微電子和計算機技術的飛速發展及信號檢測水平的不斷提高,用計算機技術來完成對主要通風機的工作狀況進行實時監測和故障診斷報警是十分必要的。礦井通風機監測需要對電機功率、溫度環境、電機升溫、振動信號、軸承溫度、流量信號等多種參數進行實時監測。當故障發生時,根據通風機故障診斷系統進行故障診斷并對故障類型進行識別,迅速作出決策,發出故障報警及輸出結果,指示相關人員迅速采取相應的措施,避免或減輕因故障所造成的損失,以保證

2、安全生產。 一、系統設計及系統監控部位要求 (一)系統設計要求 1.實用性。要求系統提供友好的人機交互界面,操作和維護方便。 2.可靠性。要求系統具備長期和穩定的工作能力,以保證各項監測數據的實時準確可靠,減少人為因素的影響,提供可靠的現場數據支持。 3.集成性和可擴展性。要求系統具備良好的靈活性、兼容性、擴展性和可移植性。能為用戶提供良好的二次開發功能及能與其他管理信息系統進行信息融合。 (二)系統監控部位要求 主要工況參數包括:風壓、風量、風機軸承溫度、電機定子繞組溫度、電壓、電流、功率因數、功率和開關狀態等。具體要求如下: 1.數據采集和預處理。監控管理系統軟件從底層設備控制系統采集數據

3、,這些數據包括模擬變量、數字變量、報警量、I/O地址、對象屬性等,將數據轉換成數據庫所需要的格式,根據需求對數據庫進行寫操作。 2.監控功能。監控軟件中設置風機性能監測系統,實時監測風機負壓、全壓、流量、全壓效率和軸功率等全部氣動參數,以及電機軸承溫度、風機軸承溫度、風機機械振動等機械參數,完成風機綜合性能測試。 3.系統運行模擬圖動態顯示。為使系統內的報警能更快被確定及能更容易分析系統的運行狀況,系統通過組態軟件提供模擬圖動態顯示,包括生產廠房的平面圖及被控設備的系統示意圖。監控系統容許操作員通過菜單的選擇、文字的指令或圖像而得到不同系統的圖形示意圖或平面圖。有關的圖形是動態顯示,將壓力、溫

4、度、流量、狀態數據等在圖形的正確位置中,不斷以實時的數值及狀態顯示出來。 4.操作界面。在系統內每一個監控點,操作員在操作界面上可以以圖形方式或表格方式顯示監控點數據。可完成統計報表的查詢、打印,實現指定時間、指定設備對歷史數據進行查詢,并顯示數據曲線,以及將操作信息、設備信息、系統運行數據、故障信息建立歷史數據庫,以便進行分析管理。 二、實時監測與故障診斷系統的組成 該系統由引壓裝置、各類傳感器、變送器、濾配器、數據庫、操作臺和故障診斷決策系統組成。各環節的設計充分考慮了礦井通風環境的特點,引壓裝置能防塵堵塞測孔,濾配器對信號進行過濾、緩沖、穩壓、限壓以保護傳感器,并將信號分配至相應的傳感器

5、,傳感器將負壓、差壓信號經變送器轉換成電信號,操作臺接收電信號后,一方面巡回顯示各監測參數并輸入數據庫;另一方面將電信號轉換為數字信號,通過通訊線路傳到故障診斷決策系統,由故障診斷決策系統處理,最后顯示和打印監測結果,并提出處理方案。系統結構如圖1所示: 三、現場實時數據與采集 故障診斷智能系統實時數據庫中的現場數據必須同時具備實時性和準確性,否則,故障診斷智能系統就會造成誤診和漏診。無論是誤診還是漏診,都將造成損失,影響安全生產。這是因為,如果故障診斷智能系統誤診,把正常狀態診斷為發生了故障,就會造成不必要的停機;如果故障診斷智能系統漏診,把發生的故障診斷為正常狀態,則真正的故障得不到及時的

6、排除,就會發生重大的生產事故。根據系統的結構和工作特點,進行了認真細致的研究,很好地解決了將現場實時數據及時準確地寫入故障診斷智能系統實時數據庫這個難題。 故障診斷智能系統診斷故障的準確率不僅取決于智能系統本身的性能,而且取決于通風機異常信號的獲取及信號特征的提取。因此,智能系統的設計應是一個系統工程。數據采集方案、數據管理方式、信號分析及特征提取方法均需依據故障診斷系統的需要而定。 四、組合智能故障診斷系統 智能故障診斷系統包括了4種推理引擎和1個專家知識庫,如圖2所示。4種推理引擎分別是:專家規則推理引擎、模糊邏輯推理引擎、遺傳神經網絡推理引擎和小波網絡分析推理引擎。可以從下列方面來解釋系

7、統構成的科學性: 1.人工神經網絡的知識處理所模擬的是人的形象思維與創造性思維機制;在人類的自身思維過程中,經驗思維、邏輯思維和創造性思維是缺一不可的,并且三者非常巧妙地互相結合而形成一個有機的整體。 2.模糊診斷是根據模糊集合征兆空間與故障狀態空間的某種影射關系,由征兆來診斷故障。 3.由于神經網絡具有原則上容錯、結構拓撲、魯棒、聯        想、推測、記憶、自適應、自學習、并行處理復雜模式的功能,使其能在實際中存在著大量的多故障、多過程、突發性故障、龐大復雜系統的檢測與診斷中發揮出較大作用。 4.小波變換具

8、有良好的時頻局部化特性和對信號自適應變焦、多分辨率分析的能力,它不需要對象的數學模型,對輸入信號的要求較低,計算量也不大,可以進行在線實時故障檢測,靈敏度高,克服噪聲能力強,小波網絡具有對任意函數或信號有良好的逼近性能。 五、結語 礦井通風機智能監控系統在某礦山試用, 從現場使用情況看,效果良好,運行平穩可靠,系統巡回監測,時時控制。當發生異常情況時,系統自動轉入診斷模式,并對故障進行識別、分類,容錯模塊針對不同的故障源和故障特征,對故障進行補償、削弱和消除。整個過程都在計算機控制下自動進行,同時礦井通風機參數變化過程采用窗口圖形顯示,為用戶提供了一個良好的監視環境,此系統具有一定的推廣應用價值。 參考文獻 1朱海濤,等.羊場灣煤礦通風機監控系統的設計與實現J.工業控制計算機,2006,(19). 2VitturiS.DP-Ethernet:The Prefabs DP Protocol Implemented on Ethern