基于新一代信息技术的矿用变频器故障诊断系统设计

季顺堂



基于新一代信息技术的矿用变频器故障诊断系统设计

季顺堂

(阳泉煤业(集团)平定东升兴裕煤业有限公司，山西 阳泉市 045200)

电气化、智能化逐渐成为煤矿开采的未来方向，而变频器的故障将直接影响整个控制系统甚至智能化生产的正常工作。从矿用变频器故障诊断系统的主要关键技术入手，通过总结新一代信息技术的主要特征，分别提出了基于物联网、新一代移动通信、云计算等技术解决监测数据采集、远程无线传输、结构优化与集成，以及关键信息快速挖掘的思路和方法。

变频器；故障诊断；新一代信息技术

近年来煤矿产量逐年增加，智能矿井等现代化技术飞速发展，智能化、机械化程度越来越高，矿井智能设备的控制技术及安全可靠性直接影响着矿井的正常生产，因此，故障诊断技术的发展也越来越受到人们的关注。

变频技术控制性能好，有良好的节能效果，近年来应用广泛，变频器作为电动机最重要的调速方式被广泛应用于井下皮带输送机、绞车、刮板输送机等。因为井下环境潮湿、粉尘大、设备集中，变频器作为复杂的电子系统极易受到干扰，发生故障，变频器一旦发生故障，轻则造成停产停工，重则导致人员伤亡，损失巨大。新一代信息技术以下一代通信网络、物联网、三网融合、新型平板显示、高性能集成电路和云计算为代表，在智能化、自动化领域将有巨大的应用空间，因此，利用新一代信息技术来设计变频器故障诊断系统，实时获取设备运行动态信息，对科学管理及煤矿安全生产将起到重要作用。

1 新一代信息技术的主要特征

变频器的故障诊断实际上是对变频器各零部件的状态信息的监测、采集、传输、处理、反馈的过程，主要在于信息数据的及时可靠。新一代信息技术重点应用于解决多种传感器自组网、数据交换、远程无线传输及海量数据集成、挖掘分析等问题，庞大的数据网络和信息处理可实现对于关键信息的快速捕捉及分析评价，并且将在信息处理过程中获取的新规律加入决策分析的参考库，有效地支撑决策分析过程。由市场应用可见，凭借其在数据采集、传输、分析中的重大优势，将在变频器故障诊断中起到巨大促进作用。新一代信息技术主要特征见表1。

表1 新一代信息技术主要特征见

由表1可知，新一代信息技术的主要使命就是通过连接众多的数据源，更加迅速地完成数据采集，并在海量的数据中提取有效数据，加以分析评价，形成规律以获取更加关键的信息，并提高数据处理能力。其主要技术的组成关系如图1所示。

根据图1，新一代信息技术以新一代通信技术为数据渠道，以物联网为数据源头获取信息数据，大数据技术来解决对海量数据的优化组织，进而通过云计算提取关键数据，控制核心根据关键数据信息作出决策反馈，即完成故障诊断。

图1 新一代信息技术组成结构

2 变频器故障诊断系统建立

2.1 基于物联网的数据监测系统

在以往的生产实践中，往往是在故障发生后，逐项检查问题，最后找出问题所在，方法以人工或半自动的监测为主，耗时长且诊断结果不准确不及时，基于物联网技术的无线传感器网络(WSN)技术可较好地解决这个问题。WSN技术通过在局部范围根据设备需求布设多种传感器及一处监控单元，以无线信息传输为渠道建立局域网，监控单元完成传感器信息数据的采集归纳，进而通过远程通讯网络将数据发送至监测中心服务器。监测系统如图2所示。

2.2 大容量数据远程无线传输网络系统

井下数据传输如采用Internet专线的形式可保证数据流的传输通畅，但存在架设不易、易遭破坏、维护困难等缺点，且建设成本高。GPRS是GSM技术支持的一种数据传输业务，具有实时高效传输、网络接入方便及费用较低等优点，且技术成熟，符合井下特殊条件。因此，利用GPRS网络，基于TCP/IP协议，以配置固定IP地址的方式，建立终端(WSN中的汇聚节点)与监测控制中心服务器的连接，实现变频器大容量的监测数据远程无线传输功能。监测控制中心完成数据存储，并对数据信息进行实时监控、监测预警。

图2 监测系统结构

2.3 基于云计算的数据挖掘系统

数据挖掘主要包括数据源组织、后端处理、数据仓库建立及应用分析等4个部分。数据源即传感器数据的采集监控单元，监测控制中心储存的数据仓库包含了通过传感器发回的井下重要设备变频器的各类参数，通过处理使冗杂的数据之间相互关联，以对大量信息的有效分析，对关键信息的快速挖掘。实现过程为：预处理和组织原始数据，对数据进行清洗、提取、转换及上传，形成数据仓库。基于此，利用云计算(如并行计算、OLAP联合分析及虚拟化技术等)进行数据深层次的关联特征挖掘工作。

综上，变频器故障诊断系统工作流程及新技术应用如图3所示。

图3 基于新一代信息技术的变频器故障诊断系统流程

3 结 语

变频器内部结构复杂，故障诊断技术及系统研发需要不断完善。文章研究了以物联网、下一代无线网络通信、大数据等技术为基础的变频器故障分析系统，利用网络平台构建变频器状态监控网络及故障诊断系统，使地面监控调度中心实现对井下重要设备的实时监控，及时发现事故苗头，防患于未然，为煤炭开采作业的安全、顺利、高效进行提供了基础保障。

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(2018−09−28)

季顺堂(1978—)，男，河北定兴人，助理工程师，研究方向为矿用机电设备使用与维护,Email: rruir123@163.com。