摘要：为了使电气设备在煤矿井下恶劣的环境中正常、稳定地运行，基于对矿井电气监控及诊断系统的定义，在常用故障诊断方法的基础上，开发设计了一种新型矿井电气设备监控网络及故障诊断系统。通过对系统运行流程、结构、软件、硬件及安装调试的设计，使该系统实现电气设备运行状态的实时监测和故障诊断，做到早发现、早处理，从而提高了运行效率，保证了矿井的高效生产。
关键词：矿井电气设备；监测；故障诊断
引言
电气设备是煤矿正常开采的基本保障。矿井工作环境恶劣，粉尘质量浓度及空气湿度大，长时间在这种环境中电气设备的性能将会受到影响，而且故障率较高，影响矿井正常生产。因此，实时监控矿井电气设备运转情况并对故障及时处理，是保证电气设备正常运转的重要技术手段。日益发展的计算机技术能够为该技术的实现提供保障。基于此，开发设计了一种新型矿井电气设备监控网络及故障诊断系统。
1.电气设备的特点
煤矿电气控制电路是控制煤矿电气设备的，煤矿电气设备所处的矿井条件决定了他们的特点，主要有以下三点：
1.1具有非常小的体积。由于矿井的空间不大，所以电气设备的体积设计的也比较小，以便于节省空间方便采煤工作的正常进行。
1.2可以轻易的移动。矿井的采煤作业地点需要随着进行煤炭开采过程的顺序不断的移动，而不是一成不变、固定的。所以煤矿电气设备不能只固定在一个位置，而是要能够方便移动。
1.3要有比较坚固的外壳。煤矿电气设备的坚固的外壳是为了避免采煤作业期间发生石头或者是煤块掉落，电气设备被掉落物砸坏的。
2.电气设备监控网络及故障诊断系统
矿井电气设备监控网络是将矿井电气设备和传感器技术、计算机技术、信号处理技术相结合，构建的自动化、信息化监控网络系统。该系统可对电气设备的运行状态进行实时监控，并基于监控数据对工作状态进行判定，准确识别故障隐患。通过该系统，可以采用在线技术获得电气设备在正常工作状态下的运行参数和数据，然后将这些数据传输至状态专家系统进行分析，尽早发现设备运转中的问题和隐患预防，给维修提供参考。
3.常用故障诊断方法
目前，矿井电气设备故障诊断方法主要采用振动检测方法和温度诊断法。
3.1振动检测方法。该方法操作简单，利用检测工具可对故障进行快速检测，采用的工具通常有简易诊断仪和精密诊断系统。由于精密诊断系统可更精确地测得所要的结果，因此目前较常用。其基本原理是通过检波器精准呈现电气设备的振动信号，并根据该信号对设备故障进行判断。
3.2温度检测方法。遇到运行故障时电气设备通常会升温，所以将升温作为故障诊断。通过对电气设备运行时温度变化的监控，将检测数据自动绘制成图表，与正常状态下的数据做对比，直观地掌握设备温度变化及异常情况。温度最高的位置通常是故障的引发点，因此能够准确定位设备故障【1】。
4.电气设备监控网络及故障诊断系统的开发
4.1 系统运行流程
该系统主要包括4部分，即信号采集、处理分析、故障诊断以及评估决策，其流程如图1所示。首先用设备传感器对电气设备的运行参数进行采集，主要参数包括温度、振动和压力，然后将所采集的信号进行放大、滤波、A/D 转换等处理，实现故障信号采集。将不同信号分类，提取数据特征值并对其进行分析处理。利用所得数据特征值、设备运行参数及其故障间的逻辑关系，结合数据特征值，对是否存在故障进行判断，从而确定故障严重程度、位置及类型等。结合井下环境及设备实际
图 1 系统运行流程
运行状态等信息，对故障变化趋势进行预测，根据诊断结果，判断并确定设备是否需要进行维修。
4.2 系统整体结构设计
系统监控结构如图2所示。该系统包含3个层次，分别为设备层、控制层和管理层。根据电气设备监控需求和矿井生产规模可将系统分为多个监控点，通过CNA总线法能够将全部监控单元连接为整体，从而保证信息能够及时传输。将监控信息通过网络传输至控制中心并呈现在显示屏上，并利用计算机分析处理所有信息。信号数据监控系统采用B/S结构，该结构分布性强且形式简单，通过Web网络还可不受时间和空间的限制查看数据，保证设备运行数据的时效性。
图2 系统监控结构
4.3 系统硬件组成
该系统中主要硬件设备如下：振动加速度传感器、隔爆兼本安不间断多路电源、数据采集分站、温度传感器、振动检测装置、矿用隔爆兼本安型不间断电源箱、温度变送器、本安交换机以及接线盒信号线缆、电源电缆等。其中数据采集分站、振动加速传感器和振动检测装置是主要硬件。振动检测装置分析采集的振动频率、振动最大值等信息，从而准确诊断电气设备故障。此外，根据国家振动标准，将振动烈度信息融合在振动检测装置中，能够依据电气设备振动加速度判断故障情况。数据采集分站可实现对电气设备的电压、温度和振动等信息的监测、采集、传输和显示，实现电气设备运行情况的监测及诊断。
4.4 系统软件设计
以OPC技术为基础构建系统控制平台，实现对该新型系统的软件设计开发，主要包括3部分，分别为服务器、组、项，将这3个系统接入至集控中心平台。操作界面利用以太网构成，将采集到设备运行信息转化成HTML文件，并根据故障诊断功能及设备状态监控网络，进行Web应用设置，通过网络获取设备实时运行信息。运行参数报警值通过设备正常工作时各项运行参数进行参考设置，若监测参数超过设定参数则会发出预警。以信号特征值为基础，综合故障专家知识库判断故障程度、位置及类型，建立设备故障诊断及运行监测日志。在进行查询、存储、处理及分析设备运行数据库时，采用 SQL 数据库，运用软件管理数据库。采用该软件，可以实现实时显示、实施图示、报警查询、报表查询、诊断分析和趋势分析等功能【2】。
4.5 设备安装及系统测试
完成该系统的开发设计后，根据故障诊断及设备运行监控需求，以保证所采集信号的全面、准确为原则，选择合适的监控地点安装监控装置，并对系统进行安全防护处理，再测试系统运行情况，得到电气设备的电压、温度、振动等各参数。
结语
为了使矿井电气设备在井下恶劣的工作环境中正常、稳定地运行，设计开发了一种新型矿井电气设备监控网络及故障诊断系统。
（1）对新型矿井电气设备监控网络及故障诊断系统进行定义，运用传感器技术、计算机技术、信号处理技术等，构建自动化、信息化的监控网络系统，实现电气设备运行状态的实时监控和故障诊断。
（2）对振动检测和温度检测目前常用的2种故障诊断方法、原理进行了分析，为系统的设计开发打下了基础。
（3）根据井下电气设备的实际要求，从系统整体流程、系统整体结构设计、系统硬件设计、软件设计及安装调试等方面出发，开发设计了新型矿井电气设备监控网络及故障诊断系统。
参考文献：
[1]李鹏洲.矿井机械电气设备自动化调试技术初探[J].机械研究与应用，2016，29（03）：170-171+180.
[2]呂勐.矿井电气设备防爆措施研究[J].门窗，2015（02）：239+241.
论文作者:张慧
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/15
标签：电气设备论文; 矿井论文; 系统论文; 故障诊断论文; 故障论文; 设备论文; 网络论文; 《基层建设》2018年第34期论文;