矿山机电设备自动在线监测与故障诊断系统

矿山机电设备自动在线监测与故障诊断

系统

摘要：现阶段，国内矿山勘测设备管理和故障预防措施仅仅是依靠维修诊断，而这种方式仍会造成一定的损失，因此实现机电设备自动在线监测与故障诊断越

来越重要。通过系统需求分析设计系统结构框架，并通过硬件和软件设计,完成

自动在线监测与故障诊断系统的全部设计。本文就结合矿山生产的实际情况对机

电设备运行中在线监测与故障诊断系统的应用展开探讨。

关键词：机电设备管理；自动在线监测；故障诊断系统

引言：

煤矿机电设备是保障矿井安全开采的关键，尤其是提升系统的机电设备。基

于科技进步发展和工业生产水平的改进，矿井提升设备不断研发，以实现更大程

度的自动化和复杂性。故障发生直接影响安全性并导致大规模的经济损失和伤亡。最近，对矿井机电设备的可靠性和安全性越来越高的要求，需要高效复杂的故障

诊断技术。依靠人工行动以解决操作问题或进行日常维护已经越来越困难。有效

解决方案是建立一种基于物联网的提升设备智能化系统，其中包含远程监控和故

障诊断系统。通过对煤矿机电设备智能系统的开发模式和远程故障监测系统的关

键技术研究，实现了远程故障监测系统在实际工程中的实践应用。

1矿山机电设备发生故障的原因分析

由于矿山开采所处环境较为复杂，机电设备在运行过程中需要面对恶劣的工

作环境，并且负荷较大的机电设备相比其他设备更容易产生故障问题，通过对以

往机电设备故障进行分析，造成设备故障的原因主要有以下几方面：

（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，第一，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。第二，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矿山机电设备在线监测与故障诊断系统

2.1系统架构

矿山机电设备在线监测与故障诊断系统主要目的是为了实现机电设备故障的

警示、预防、维护工作，通过对矿山机电设备常见故障进行分析，对整体和局部

部门进行温度、振动频率等方面的监测，能够降低故障问题的发生。从理论角度

出发在线监测与故障诊断系统功能主要体现在设备运行状态的实时监测，在机电

设备出现故障的时候能够实现自动报警处理、在设备运行状态下各方面达到临界

点的时候给予警告提醒、针对设备故障问题自动在线诊断，确定故障部位、评估

故障程度，为设备维修提供全面、准确的指导和参考信息。在传统机电设备管理

的基础上加入在线监测与故障诊断系统模块，能够实现设备运行状态的实时监测、评估设备性能，通过对运行数据的收集、比对，以数据波动为依据风险设备异常

现象，切实提高机电设备故障的诊断、维修水平。

2.2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。

2.3系统软件设计

软件的设计体现在应用于层，其主要的功能是分析和组织收集和共享数据，

并以直观的形式向用户表示这些数据。高效的数据处理功能必须对矿井机电设备

监控数据实时处理。此外，根据相应的算法对开采数据潜在值进行预测，以执行

矿井机电设备远程监控和管理。必须开发应用层以实现大数据存储。在分析过程

中使用大量的历史数据，这需要应用层包括历史数据搜索功能，避免软件的冗余

设计。终端应该能够在视觉上播放矿山机电设备当前工作条件，绘制相应的历史

曲线，响应与矿井正常工序相关的活动，并保存相应的操作活动记录，开发了远

程监控和诊断系统来满足上述要求。

3矿山机电设备在线监测与故障诊断的实例分析

矿山开采过程中所应用到的机电设备较多，比如：提升机、采掘机或其他电

机设备，针对不同的机电设备故障诊断方法也不尽相同。

（1）提升机，提升机在应用过程中经常出现松绳故障，当机械运行出现差

异达到一定极限就有可能引发安全事故，为了降低由此造成的影响，可以在提升

机设备适当位置安装霍尔传感器装置，并在天轮边缘密集排列小磁钢，利用传感

器实现松绳差的实时测量，在出现偏离或者故障现象是及时做出预警。