摘要：随着市场经济的快速发展，矿山企业的发展也进入飞速攀升的阶段，矿山的安全关系到千家万户也关系到国家经济的发展，基于此，本文首先分析了 矿山机电设备发生故障的原因，接下来详细阐述了系统硬件和软件设计，最后对进行实验论证，希望给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：在线监测；故障诊断；传感器；故障维护
引言
矿山企业生产技术在不断提高，但由于生产设备的技术集成度较高，给操作人员的安全造成了极大的威胁，传统的设备管理维护手段已经无法胜任设备管理的要求，为了保证矿山企业经营成功，统计了现代企业故障维护和停产损失造成的成本损失，在现代企业中，故障维护和停产损失占生产成本的20%-30%，已经成为了最大的单个可控制的费用。对于矿山企业设备管理来说，维护管理是一项非常重要的工作。如果设备发生故障，会造成经济损失，还会危机工作人员的安全，引发严重的安全事故。为了预防设备故障，就需要企业采用新进的设备，以现代设备维护管理理论为指导，制定详细的维护计划，实施有效的维护。
1 矿山机电设备发生故障的原因分析
（1）设备运行负荷过大，机电设备在生产制造中都会对其核定功率与工作负载极限有一定的要求，而矿山开采往往需要大量高负荷的工作内容，对于一些常用机电设备的使用频率较高，机电设备在此环境下容易产生高负荷、超负荷的现象，长时间作用下就会对机电设备造成极大的损伤，从而引发各种故障问题。（2）机电设备运行能力下降，机电设备运行能力下降的原因有很多种，首先，设备在使用过程中由于时间长、负荷大出现内部构件过热，而矿山开采环境作用下，机电设备散热受到很大影响，如果得不到及时的处理就会由于设备过热而降低工作效率，甚至引发机电设备故障。其次，设备在安装过程中没有按照规范要求与安装标准进行作业，机电设备组装零件存在缺失或者替换使用的情况，由于矿山机电设备内部构造较为复杂，其中含有很多的零件，如果零件相互之间连接不紧密或配合关系发生变化，机电设备就会出现振动、异响，影响工作效率。
2系统硬件设计
（1）在线监测模块设计。依据系统需求，以每一个矿山机电设备为基本单位，监测系统对各个部件的振动幅度、温度等数据进行监测，因此在线监测系统中主要的硬件设备是矿用本安型振动分析仪、矿用本安型振动加速度传感器、矿用本安型数据采集分站。矿用本安型振动监测分析仪由三大部分组成：振动信号采集模块、数据处理模块、结果显示及存储模块。在数据处理模块中，其中最重要的部分就是DSP高速处理器，使用DSP处理器能够高效完成数据运算，并且根据振动分析仪的设定，完成对应精度数据的输出。矿用本安型振动监测分析仪的结果显示与存储是通过嵌入式LINUX环境下，使用ARM7处理器实现结果显示和存储模块，存储模块的内存可以使用外扩设备扩大。使用上述设备再通过SPI方法实现ARM与DSP之间高效快速的数据传输工作。（2）故障诊断模块设计。故障诊断系统数据来源就是在线监测系统对机电设备零部件状态信息采集。通过振动监测仪测量部件的振动峰峰值、频率量信号。再将采集的振动信号通过传感器传递到振动分析仪中，进行内置规范算法计算，主要对机电轴承连接损耗性大的部位进行重点分析诊断。振动分析仪的硬件指标考察包括：矿用本质安全型、供电电源、12路振动加速度电流输入接口型号、频率范围、1路频率信号输入接口性能、外壳防护等级等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本系统需要的硬件支持包括：电压DC16-24V，电流不大于600mA；振动峰峰值在0-20间；频率范围处于0.5-5000Hz；1路频率信号输入接口测量范围在0-1000Hz间，测量误差小于0.5%；其中1路RS485接口的传输速率要不低于5600bps，并且传输距离不小于3km；使用传输速率高于15Mbps的半双工TCP/IP电信号传输，并把故障诊断结果通过双色灯状态显示。
3 软件设计
软件系统的设计水平会直接影响实际操作的效果，对于矿区这种特殊的生产场所，就需要根据自身的需求和实际原则选择适用的软件。本次，针对系统硬件的设计情况，建立信息化工作平台，该平台可以在线监测，实现数据交互功能。该平台引入了组态Kingview6.55软件，是在计算机软件平台基础上开发的，自身的适应能力较强，空间较大，开发周期较短。企业可以按照实际需求进行组态设计。组态王可以提供界面仿真设计功能，并对数据监测结果进行直观的描述。组态王中的每个现实界面都有对应的脚本编辑界面，在与其他设备进行连接时，组态王能够发挥自身优势，与其他主流的智能板卡进行数据交换。操作过程中需要遵循以下几个原则；第一，需要借助组态王软件自身的图形库，或者导入制作好的模拟图形。按照工业现场设备的安装情况进行模拟仿真，确保数据的准确性。第二，组态王的数据词典有很多种类型的数据变量，可以同时监测多个对象，分配不同的变量。第三，在进行组合连接时，需要将可视化抽象图形连接成模拟动画的形式。该系统实现了动画模拟、报警和用户管理功能，充分考虑了系统故障发生的概率。至此，完成矿山机电设备在线监测与故障诊断系统的设计。
4实验论证
传统的信号处理方法是分别分析在时域和频域采集到的信号，这种办法在刻画故障信号的特征方面并不理想。而时频分析法能够同时提取时域信息和频域信息的功能，其目前的主要方法是短时傅立叶变换STFT以及小波变换和分形处理等。而能否对采集到的信号特征进行状态识别是轴承状态监测的关键所在，因此至关重要的就是采集到明显的以及有区别的特征，传统的傅立叶变换进行特征的采集的基础条件是平稳的信号，而对于非平稳的信号采集到的特征的效果就不理想。而小波分析法能够对非平稳信号进行滤波消除噪音而获取需要的信号便于获取有效特征，这相对于傅立叶变换法具有很大的进步，小波技术的一个重要方面就是小波滤波法，传统的滤波法在信号变换后熵增加，难以刻画出信号的非平稳特性，而且也不能获取信号的相关特性，但是小波滤波法则能够较好的完成这些，而小波闽值滤波法通过对小波分解后信号中的高频率小波系数进行阈值滤波，再结合包络解调技术对经过阈值滤波后高频信号获取其特征，包络解调技术能够消除信号中的高频载波有效提取包络，通过matlab编程可快速实现时域和频域的特征抽取结果。
结语
综上所述，矿业是我国经济发展的重要产业支柱，随着科学技术水平的提高，矿山机电设备也逐渐朝着自动化、智能化的方向发展，在实践操作中机电设备故障问题对矿山开采效率与质量所造成的影响是不容忽视的，在这种环境下加强矿山机电设备在线监测与故障诊断系统的研究与应用，能够提高机电设备运行的安全水平，希望通过文章的论述能够提高矿山机电设备自动管理的整体水平，保证矿山开采工作的顺利进行。
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论文作者:孔凡豪,孟令海
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/6
标签：机电设备论文; 在线论文; 信号论文; 矿山论文; 设备论文; 故障论文; 傅立叶论文; 《防护工程》2019年12期论文;