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1、矿井主通风机故障在线智能检测与诊断系统摘要：随着我国经济发展的日益蓬勃，矿山事业也迎来新的更多机遇，而在这样的形势下人们也对其安全运行提出更高要求，以确保生产质量与行业的健康发展。基于此，分析了该系统的排查流程、主要用到的硬件设备以及硬件设备的选型设计，创建了矿井主通风机故障排查系统硬件平台，并进行了试验验证。通过在潞安化工集团某矿主通风机故障排查中的应用，发现该系统运行稳定可靠，排查结果准确，能满足矿井主通风机日常故障的排查需要，具有一定的推广应用价值。关键词：矿井通风机；故障；排查系统引言为了保证矿井通风系统的正常运行，按照矿井安全管理要求，需要对矿井地面主通风机关键设备进行定期巡检，以及
2、时发现潜在故障，并进行排除，从而避免引发矿井安全事故。但传统的矿井地面主通风机故障检测主要是通过采用人工完成，利用人的视觉、听觉和嗅觉等对通风机进行故障检测，劳动强度大、巡检效率低，检测和识别精度低，容易引起误判，加之矿井地面主通风机环境比较恶劣，直接影响到巡检人员的安全。随着矿井对安全性要求的不断提高，对矿井地面主通风机故障进行智能化快速检精准检测技术进行相关研究显得尤为重要。1概述1.1 智能化通风系统的定义矿井智能化通风系统就是为了解决目前矿井通风系统调节过程中出现的问题。该系统通过对矿井下风量、风速以及风压的实时监测，根据矿井通风网络情况，自动地调节矿井主要通风设施的运行状态，从而保证
3、通风系统运行的安全性和经济性。与此同时，利用智能化通风系统可以实现对整个矿井通风系统的无人化管理，即很多管理都是通过计算机完成的。该系统的主要特点是：（1）可以实时地了解矿井通风系统的运行状态。由于很多传感器都实现了实时传输，可以及时了解井下各个巷道的通风状况。（2）整个管理实现了可视化。通过一些算法，可以将矿井通风系统中重要的参数及时地显示出来。（3）可以更大程度上避免通风安全事故的发生。在系统运行过程中采用了实时动态监测技术，一旦发现故障，则会立即报警，从而保证整个系统运行的安全性。1.2 系统工作原理（1）主风机工作时，主控PLC控制器通过第一瓦斯浓度检测传感器检测主通风机工作环境的瓦斯
4、浓度，通过第一瓦斯检测传感器、第一风压传感器和第一风量传感器实时监测主风道内瓦斯浓度、风压和风量，检测到瓦斯浓度超标时，通过主变频器调整主通风机的转速，增大风压和风量。（2）通过主叶轮轴承温度传感器检测主叶轮工作时轴承的温度，通过主电机轴承温度传感器检测主电机工作时轴承的温度，通过主电机轴承径向振动传感器检测主电机轴承沿直径方向的振动幅度，通过主电机轴承轴向振动传感器检测主电机轴承沿轴的方向的振动幅度。（3）通过主电机电流传感器检测主电机工作时的电流值，通过主电机电压传感器检测主电机工作时的电压值，主通风机工作时主控PLC启动主风门；副风机工作时系统监测原理与主风机监测原理相同。2通风系统智能
5、化应用现状智能化是未来矿井工作场所中的发展趋势。目前应用的机械化通风或监控设备在一定程度上还需要人工的参与。比如，对于某个节点，现有自动化机械装置只能简单采集有毒有害气体浓度及相关数据，并在超出安全标准时发出警报，使监控室的工作人员知情，之后的事只能由工作人员安排具体人员进入矿井进行补救或控制通风装置加大通风量，而缺乏更多更灵活的控制方式。即便已经使用机械化监控装置的矿井仍然存在大量监控节点未接入整体系统的情况，导致无法将局部与整体结合起来，某处监控不达标时只能从这个点解决，而无法扩展到面，无法得知其他节点的情况，仍旧需要人工具体检验，增加了人力成本的同时，也增加了危险指数，理想中的自动化监控
6、设备不仅可以大面积采集数据，还能自动分析并建立浓度或其他指标模型，从而灵活实施指令。因此，如果在矿井工作的通风系统种协同使用这种自动化装置，不仅可以减少人力浪费，还可以保证矿井工作中的稳定性和安全性，为井下作业人员提供更安全可靠的工作环境。3矿井通风机常见的机械故障及特点（1）转子轴错位。转子轴错位故障占所有故障风扇故障的70%以上，该故障主要产生在耦合部分，通常是由于安装误差、机械支撑后的变形、定心的变化和沉降基础的不均匀所致。（2）转子失衡。该故障是旋转机械常见的故障，由偏心质量和转子部件缺陷两个方面引起。常见故障原因为：转子叶片叶轮连接质量不均匀；机械安装叶轮叶片时产生误差，如校正后焊缝
7、重量不一致，不准确，消除应力、变形也可能存在；压力变形或缺陷条件下进行叶轮运行。（3）转子弓形弯曲。转子的弓形弯曲是由于转子结构不合理，制造误差大，材质不均匀，转子长期存放不当或热态停机时未及时盘车，热稳定性差，长期运行后转轴自然弯曲加大等原因造成的永久性弯曲。在这种情况下，轴向可以产生更大的频率振动。油膜的旋转和振荡振动。该现象属于自激发振荡和振动现象，由于不同的纹理，导致油沿轴高速运动，液体之间的整体连接较差，从而对轴的高速旋转产生不利影响。（4）流体激荡。由风扇在不稳定区域引起的，它可以反击转子。这种现象被称为激增。振动频率主要基于超低频率，常伴有频率。由于进气和出口流量的变化，数据有很
8、大的周期性变化。气流噪声周期性地发生强烈的变化。4矿用主通风机故障在线检测与诊断系统技术方案4.1 位置诊断在提取出断层羽状结构后，利用神经网络实现断层羽状结构的识别。我们使用了多个神经网络，每个网络识别一种类型的信号。神经网络的输入为T，输出为初步诊断结论。采用D-S证据理论作为全局诊断，得到统一的诊断结果。这个结论是由一种信号得出的，所以这是局部诊断。径向基函数（radialbasisfunctionRBF）网络在系统动力学建模、模式识别和预测等方面得到了广泛的研究和应用。RBF网络建模的一个基本问题是实现一个模型结构简洁、具有良好泛化性能的网络。与传统的RBF网络相比，资源分配网络（Re
9、sourceallocationNetwork，RAN）可以对RBF动态网络进行分配，并建立更简洁的模型结构。第一层由只响应输入值空间的局部区域的单元组成。第二层汇聚了这些单元的输出，并创建了近似整个空间的输入输出映射的函数。利用RAN实现故障特征识别，输出是一个错误代码。在视图通常主要故障类型的风扇是转子不平衡，转子不对中，和叶片故障不平衡，输出代码的定义是（001），（010），（100）。这个输出是一个主要的结论，应该融合与其他网络的主要结论。4.2 设备检修管理功能（1）根据以日、周、月、年为周期的检修记录和任务对设备检修情况予以提醒。其中，日检修提醒会以日为单位在打开本菜单时自动弹出
10、。将检修的任务单分为两类：常规检修和状态检修。其中，常规检修主要是日常检修通风机；状态检修则是针对通风机的问题故障以及实时状态，对风机进行检修，其检修提醒内容包括未检修设备号、对设备的状态评估结果以及检修项目。此外，该功能还能根据待检设备所处的位置以及紧急与否给予优化检修线路参考。（2）检修历史查询。可通过输入编号、日期、检修员信息等信息来查找以往检修历史和检修工单。（3）检修工单。设立检修工单，并硬性要求负责检修的人员进行填写，并将其与相对应的检修任务书进行归总。填写维修工单的目的是达到全程跟进检修工作，并对相关工作过程进行记录。检修工单的投入和使用，有助于对检修历史无法查询的历史问题进行解
11、决，而且还有利于为企业积累设备检修经验。（4）检修帮助。所给出的案例分析可以根据不同型号设备的维修经验、相关知识和以往故障的分析情况通过检修自动形成。这些分析可帮助查询设备常见故障与解决措施。其和历史查询相比最大的优点和不同就是该功能需基于对以往数据的分析。4.3 软件系统设计矿井主通风机故障在线诊断系统软件部分是整个系统诊断的核心，通过硬件系统对振动信号等进行数据采集，随后通过软件系统进行故障诊断和分析，对故障特征进行高清在线监控。软件系统执行数据采集后的处理和分析过程，是整个在线检测系统的大脑。采用数据采集卡对信号进行采集，判断设备的运行状态，通过初始化采集卡和数据的转换，将物理信号转变为
12、可以识别的电信号，通过对状态信息进行判断，从而得出设备的参数情况。PIC8622采集卡控制模块读取采集卡的设置参量，根据状态参量进行控制。此外，数据采集卡不仅能完成数据的采集，而且对数据进行处理和重构，最终系统的输出数据能够满足监测和故障诊断的要求。4.4 智能化算法智能化通风系统除了需要芯片，还需要各种智能化算法，可以说，智能化算法是实现智能化的关键。常用的智能化算法主要有人工神经网络、混沌、各种群算法。但是如何利用这些智能化算法来解决通风过程的一些问题，需要进行大量的实践检验。通过矿井下安装的各种传感器可以检测到风量的变化，这反映到矿井主通风机上就是工况点变化，而如何根据风量的变化对工况点
13、进行调整主要风量增加或减少的量，这些都是需要通过智能化算法计算来确定的。在调整矿井通风系统时，很多时候需要考虑矿井通风阻力的变化。为了获得矿井通风阻力，需要找到一种合理的矿井通风网络求解方法。通过对矿井通风阻力与通风网络的关系进行学习，找到最佳的风量调整方案。根据确定的方案对风量和通风机的工况点进行调节，从而保证通风的安全性和效率。此外，在通风系统运行的过程中，还需要根据监测的风量变化情况对通风系统的安全性进行评价，这需要采用一些智能化算法来完成。由于矿井通风系统的参数比较多，难以通过简单的算法进行评价。4.5 构建高效矿井下通风系统为了达到矿井下通风系统优化效果，企业应积极构建全新的井下高效
14、通风模式，提高通风系统的整体运行性能。在实际优化中，矿井企业应组织专人做好矿井通风系统组件的巡查和性能监控，确保矿井下通风技术优化顺利实施。在高效通风系统的应用中，井下管理人员需要合理的选择通风设备，充分考虑通风设备的维修便捷性与厂商信誉度，并且确保设备具有较高性能。在进行矿井下通风设备的检修与评估环节中，应积极构建科学的管理体系，定期对矿井下通风设备易损件和系统内老化环节进行更换，尤其应重视矿井下通风系统的保养修复管控，避免影响矿井下通风系统运行效果，提高设备运行稳定性。4.6 通风机日常维护管理制度为了保障通风机的可靠安全运行，需要根据实际情况制定日常维护管理制度。具体内容应该重点包含以下
15、几点：第一，非通风机机组人员不得操作通风机设备，即便本设备操作人员应该在多方确认，保障安全的情况下才可以对设备进行操作；第二，为了保障工作面的安全，通风机风筒与工作面之间的距离不宜过大，通常需要控制在5m范围以内；第三，巡检时需要对风筒的位置和方向进行检查，确保正确，检查风筒是否存在破裂、脱节等故障问题，风筒是否存在堵塞的问题；第四，考虑到轴承运行过程中会产生明显的摩擦，为了降低轴承磨损，对轴承需要每间隔1个月向内部注入润滑油脂，注入量为轴承空腔的50%左右。4.7 风机故障诊断和预警系统煤炭开发工程可以进行大量风机事故数据分析，通过采用问题树方法，建立风机事故的自动巡查诊断系统，这个体系主要
16、是结合监测网络收集的风机运行信息为依据，对其中出现的异常信息进行逐层分解，判断风机运行的事故性质，从而采取相应的事故排除措施。在对矿井下通风设备的风机进行故障诊断工作时，当风机出现机械故障状态时，就能够通过对SQL数据库分析得到各种事故状态下风机正常运行的诊断信号，同时将转换成特点故障信号波形，将数据保存在数据库中，在整个风机工作流程中，就能够很有效地完成风机运行信号检测，而倘若出现了信号异常情况，系统会发出警报，同时和数据库中的故障频谱进行匹配，准确的确定风机故障类型。结语通风机的工作性质决定了设备必须连续不间断工作，而矿井工作环境恶劣，所以通风机运行时比其他设备更容易出现故障问题。为了提升
17、通风机运行的可靠性，必须强化日常的维护和保养工作，对容易出现的故障问题进行深入分析，找到问题的原因，并总结实践经验提出针对性的解决措施。参考文献1王岗.矿井开采安全事故原因及对策J.当代化工研究，2021（5）：21-2吴亚南.异步电机矢量控制技术在矿井通风机监测和调节系统中的应用J.机械管理开发，2021，36（7）：284-285.3霍晋保.矿井通风机安全监测数据传输系统设计研究J.机械管理开发，2020，35（12）：35-37.4任勇.煤矿主扇风机运行故障的识别及处理措施J.机械管理开发，2020（11）：132-133.5顼波.基于PLC的煤矿主扇通风系统的研究与设计J.机械工程与自动化，2020（3）：189-191.