矿井主通风机的振动监测与智能诊断

摘要：矿用通风机为煤矿的关键设备，其轴承在高速旋转过程中受到交变应力的作用，容易发生磨损与失效，对矿井的生产安全造成威胁。对通风机轴承故障的失效形式、产生机理与特征参数进行分析，探究并计算了轴承各零件发生故障时的特征振动频率，并确定了以振动信号为依据的故障诊断方法，提出了一种故障诊断系统方案，通过振动采集设备对通风机轴承的振动数据进行监测，利用工控计算机进行故障诊断，并给出故障维修建议。

关键词：通风机;轴承故障;振动频率;故障诊断系统;

根据我国现状来看， 为了减少主通风机对矿区工作和生活的影响， 煤矿主通风机的安装位置都比较偏远， 煤矿采用现场值班司机定时巡查和矿井机电技术人员定期检修等方法来保证主通风机安全、可靠运行。现场值班人员对一些故障征兆不能及时发现， 由于专业知识有限， 当风机运行达到计划规定的时间或工作量时便强行进行维修， 过度维修造成浪费， 或者风机已经有故障征兆却因维修时间未到而得不到检修， 造成安全隐患。矿用主通风机是煤矿排除井下有害气体 （瓦斯、粉尘） 的唯一设备， 而主通风机在线监测系统是对主通风机的运行参数和故障做一个实时情况监测和记录。目前， 煤矿主通风机在线监测系统绝大部分都是安装在主通风机房现场的机电控制室内， 平时主要是由值班司机来进行通风机运行参数记录等工作， 有的煤矿也可以把数据实时传到矿井调度室， 但由于值班人员没有足够的经验来对数据进行分析， 不能及时发现故障征兆， 造成事故时有发生。

1 国内外现有技术、行业发展现状

随着计算机网络科技的迅猛进步， 远程监测和故障诊断技术得到了快速的发展应用。最早实现设备故障监测诊断网络化的是美国公司， 而随着技术的不断发展， 研究远程监测和故障诊断的也越来越多， 有非常多的企业在设备上安装了远程监测与故障诊断系统， 以此来监测设备运行状态。

国内众多高校都在进行工业设备的远程故障诊断技术研究工作， 并取得了一定的成果， 国外BENTLY， ENTEK， SOLTRAN等大公司也纷纷将他们的最新网络化设备状态监测产品推向中国市场。如今在国防军事工业， 大型电厂， 数控机床， 大型工程机械等行业， 远程故障诊断技术应用得越来越普遍。在煤矿设备系统领域， 也在研究煤矿大型设备的网络化故障诊断系统， 其技术已经走在了行业前列。

2 系统主要研究内容的提出

结合煤矿主通风机具体使用情况， 首先将正在使用的在线监测系统的软硬件进行升级改造， 使系统能与本研究的远程在线监测及故障诊断系统融合， 然后将现场监测数据打包处理后， 通过网络快速传回到诊断中心综合服务器， 数据可以安全可靠的进入诊断系统的数据库进行分析。同时在基于Web浏览器的交互网络中， 煤矿设备管理人员可以方便地查看设备运行情况， 并能通过网络与诊断中心交互。为了不断地提高系统对故障诊断预报的准确性和可靠性， 系统将根据现场使用情况和故障诊断情况不断优化， 升级改造。

（1） 主通风机远程在线监测及故障诊断的网络结构方案目前， 大部分煤矿使用的在线监测系统， 都支持与第三方远程通信， 支持多种通信协议， 如Modbus、Opc等， 可以方便地把监测数据上传到安全监测系统如KJ95、KJ98， 实现煤矿信息系统的整合。矿用主通风机远程在线监测及故障诊断系统的体系架构， 将根据矿井现有在线监测系统， 在煤矿主通风机现场安装网络版的在线监测系统， 在风机制造厂家建立一个远程监测及故障诊断中心综合服务器和工作站， 接受通过互联网来自现场的监测数据， 为煤矿企业提供远程技术支持和保障;

（2） 远程在线监测系统的软、硬件与原有的网络版融合、优化煤矿主通风机现场应用的在线监测系统， 具有与煤矿监控系统的网络通信功能， 当与远程在线监测及故障诊断系统融合后， 其软硬件结构都有一定的变化， 应更多考虑与远程诊断中心的数据通信功能， 整个系统的软硬件架构应进行综合考虑， 优化提高;

（3） 主通风机现场监测数据的传输主通风机现场一般都很偏远， 很少有互联网连通， 风机在线监测系统采集存储了大量现场参数， 必须将这些参数传输到远程监测及故障诊断中心服务器进行分析和判别， 因此必须研究和考虑多种数据传输方案， 可根据现场的实际情况， 对传输方案进行选择;

（4） 各种数据库的建设与检索远程监测及故障诊断中心每天要通过互联网接收大量从煤矿主通风机现场传回的数据， 不仅需要把这些分门别类的数据进行存储和检索， 分类入库， 同时还需要诊断中心服务器的工程数据库与自建网站的数据库的数据安全可靠的进行交互;

（5） 客户端与诊断中心的数据传输、即时交互技术诊断中心根据现场的数据， 经过系统的诊断和风机技术专家人工的判断， 得出的结果及时回馈给客户， 同时， 客户可从其他网络客户端访问诊断中心的网站， 与诊断系统本身或技术专家进行交流互动。

3 发展研究系统的重要意义

随着国家政策及各个煤矿的整合， 大型煤矿不断增多， 煤矿产量日益扩大、井工开采深度不断延伸、煤层瓦斯含量不断增大， 对煤矿主通风机安全可靠运行的要求越来越高。目前煤炭行业通过内部挖潜增效， 减少设备维修频次， 保证设备安全可靠运行， 减少煤炭企业成本， 提高企业效益。矿用主通风机远程监测及故障诊断系统， 是将风机现场的监测数据， 通过互联网传回到风机制造厂家的诊断中心， 通过诊断中心服务器提供的智能化故障诊断系统和具有丰富经验的风机设计制造专家来判断现场主通风机的运行情况， 给出针对性的建议和指导。另外， 通过远程监测及故障诊断系统的应用， 可将主通风机的定期预防维修制度过渡为预知维修制度， 降低了维修成本， 提高了煤矿企业效益。

（1） 缩短了设备故障诊断时间， 提高了风机的管理水平， 可将主通风机的定期预防维修制度过渡为预知维修制度， 节约了人力物力， 降低了维修成本， 提高了煤矿企业效益;

（2） 避免主通风机重大事故的发生。主通风机大的故障发生之前， 会有比较明显的征兆， 诊断中心的诊断系统和技术专家能提前判断出来并通知进行处理， 避免了故障的扩大， 减少了损失;

（3） 诊断中心通过网络技术可获得多个煤矿用户的主通风机监测数据， 多用户可进行并行诊断和集中诊断处理， 降低了诊断系统的研发运营成本， 提高了产品的竞争力;

（4） 基于网络技术的矿用主通风机远程监测及故障诊断系统的建立， 解决了煤矿企业专业知识匮乏及专业人员稀缺的问题， 又利于风机制造厂家或研究机构更准确、更有效地得到煤矿现场主通风机的运行信息， 以便改进制造工艺， 提高风机的质量。

4 结语

矿用主通风机远程监测及故障诊断系统的研究， 大大提高矿用主通风机的管理水平， 改善主通风机的维修制度， 降低维修成本， 提高煤矿企业效益， 避免了主通风机重大事故的发生， 为煤矿的安全生产做出贡献。同时， 该系统有利于风机制造厂家和研究机构更准确、更有效地得到煤矿现场主通风机的运行信息， 有利于改进制造工艺， 提高风机的质量， 该系统也将产生巨大的社会效益。

参考文献：

[1] 董明洪.矿用主通风机远程监测及故障诊断系统研究[J].煤矿机械，2018，39（7）：161-162.