煤矿大型设备的安全可靠运行是煤矿稳定高产的前提，也是煤矿安全生产的保障。煤矿现行的设备维修方式基本上是通过维修人员的凭直觉目测、敲击、触摸等手段判断，由于受人为因素影响，可靠性较差[1]。若能对设备进行状态监控与故障诊断，及时准确的识别核心零部件故障的微弱特征信号，必将为潜在故障预示和演化，寿命预测和制定维修策略提供技术支持。提高煤矿关键装备整体运行安全性和可靠性，实现由事后维修到预知维修的转变，避免意外停机及恶性事故发生，具有重大的经济效益和社会效益。
一、在线智能监测系统的组成及功能
（1）在线智能监测系统的组成
在线智能监测系统主要由主井提升机、副井提升机、地面压风机以及通风机等组成[2]，如图1所示。
①主井提升机
主井主机设备温度、振动传感器已安装，但仅限于数据显示及超限报警，无法做到故障预诊断。要全方面的实现主井主机设备在线监测及故障诊断，需在现有温度振动监测系统的基础上增加噪声监测及电机绕组红外热成像。故在主井车房电控室内增加一台远程PLC控制箱，主要用于现场温度和振动传感器、噪声传感器和电机绕组热成像等数据的采集并与提升机电控系统进行联锁。控制箱内控制单元采用一套西门子S7系列PLC，主要元器件均为知名品牌。
②副立井提升机
副井主机设备温度、振动传感器已安装，要实现副井主机设备在线监测及故障诊断，需在现有温度振动监测系统的基础上增加噪声监测及电机绕组红外热成像。故在副井车房电控室内增加一台远程PLC控制箱，主要用于现场温度和振动传感器、噪声传感器和电机绕组热成像等数据的采集并与提升机电控系统进行联锁。
③地面压风机
地面压风机共三台电机，在压风机电控室内增加一台远程PLC控制箱，主要用于现场温度和振动传感器、噪声传感器和电机绕组热成像等数据的采集并与压风机电控系统进行联锁。
④主扇通风机
通风机共两台电机，在通风机电控室内增加一台远程PLC控制箱，主要用于现场温度和振动传感器、噪声传感器和电机绕组热成像等数据的采集并与通风机电控系统进行联锁。
图1 在线智能监测系统的总体结构
（2）在线智能监测系统的功能
一是建立在线智能监测系统计算机平台，实现远程集控功能。信息中心在线智能监测系统硬件包含一台服务器及一台上位机，服务器对采集的温度、振动、噪声及红外热成像数据进行分析、存盘、综合处理，上位机系统负责图形显示、报警、打印，并可通过数据传送对PLC进行控制[3]。
二是服务器及上位机选用国际知名品牌计算机，配置使用目前主流配置。服务器及上位机具有灵活的通讯控制接口：支持多种通讯方式，允许连接至更高级别的过程控制系统。可安装所有主流的现场总线适配器，配备标准以太网通讯接口。
三是系统配置PLC互联网网关，能够实现西门子各系列PLC的内部变量的Web端和手机APP监控。具有以下功能：PLC互联网网关具有WIFI、4G、有线、无线等上网方式；Web端和手机APP具有图形、文字、动态显示功能；PLC远程下载，上传，监控PLC梯形图，支持串口，网口下载。任何能上网的电脑，可以实现组态软件远程监控。使用网页功能远程监控PLC，支持手机APP和电脑浏览器。可以实现PLC短信报警，短信查询，短信控制，报警拨号提醒。
四是系统可采集1024个监控点，可扩展。操控界面：界面友好，全汉字图形组态，支持动画技术、图形缩放技术、多级窗口技术等，数据、曲线实时显示，能进行多画面切换；能实时、准确地采集各子系统的数据，并以组态画面和组态图表的形式表现出来。
五是系统提供实时、历史报表曲线；具有强大的系统自诊断、故障预警及故报警功能，可准确判断设备故障类型、位置，并能提供图像和声音报警提示。
六是通过软件平台的整合，在上位机的整合界面上开发出一个综合的人机界面，可以切换到每个子系统，各子系统有分画面，即能全面了解系统的整体运行情况，也能详细了解单个子系统的具体运行工况，实现各系统协作、关联操作。
七是该系统可以与其他协同平台软件集成，并留有相应的可扩展空间，便于后续子系统的纳入，便于系统的升级，便于功能扩充和与其它平台应用系统的二次开发。通过软件平台的整合，达到各子系统协作、关联操作与集控中心联网。
二、煤矿大型固定设备在线智能监测系统的应用
（1）在线智能监测系统在提升机天轮及主轴中的应用及效果
通过对现有煤矿大型固定设备的电机、减速箱、滚筒、天轮轴承振动及温度数据的采集，实现对电机、滚筒、天轮等设备的状态监测与故障诊断。该软件主要包括数据采集、实时监测、故障报警、信号分析、离线诊断、数据存储等功能。采集的信号包括各轴承处的振动、温度信号、天轮偏摆的位移信号，以及天轮、主轴等处的声音信号[4]。采集到的信号能够通过仪表、数值、时域频域图等形式实时显示，并与设置的报警值进行对比，若超过报警值将进行报警。采集到的数据与故障数据能够通过数据库保存起来，方便专家进行离线的分析与诊断。在主轴、减速器、电机振动显示区，通过仪表、数值形式显示振动的有效值，当振动过大超过报警值或者振动趋势发生异变时，报警状态将变红，提醒工作人员检修。该设备监测与诊断系统如图2所示。
图2设备监测及诊断系统
在天轮监测界面中，天轮两侧轴承振动的幅值和峭度将以数值形式显示，振动幅值和峭度反映的是振动的大小。同时也实时显示振动的时域图和频域图，如图3所示，时域图表示振动在时间上的大小，频域图表示振动中各频域分量的大小。
图3天轮轴承时域图和频域图
在天轮监测界面和中，天轮偏摆时域图显示的是天轮运行时的偏摆量，天轮轴承温度图通过曲线图实时显示当前温度，监测结果对天轮有无故障进行判断，以及预计天轮正常运行的时间，如图4所示。
图4 天轮偏摆时域图
（2）在线智能监测系统在电机中的应用及效果
电机温度异常故障的主要原因：电机电气接线接触不良或老化导致电气接线温度异常；电机外壳由于铁心老化、散热不良导致外壳温度过高或温度不均匀；与电机连接的轴承、连轴器由于润滑不良[5]。
随着红外技术的不断发展，热像仪逐渐被应用于越来越多的工矿行业。温度是电机工作的重要指标，超过额定温度时每升高10℃，则电机的寿命将缩短一半。电机是企业维持正常生产的重要保证，使用红外热成像仪对电机进行检测是保证正常生产系统运行的重要措施。使用热成像分析软件将结果记录在报告中，包含热图和温度数据，这样可通过记录及时发现问题，发出报警信号，及时通知维修人员进行人工干预。
结语
在线智能监测系统在设备运行状态监测中起到重要作用，如果不能及时准确的诊断分析出机电设备可能出现的故障将会影响设备的正常运行。将在线智能监测系统加入故障预诊断功能，在煤矿大型固定设备的故障监测和诊断具有较高的应用价值。本文通过探讨了电机、天轮和主轴的故障，如振动剧烈、电机热缺陷等故障，能够及时发现故障问题，为后续维修提供了依据，保障了设备的正常运行。
参考文献
[1]尚泰祥,关小智,汪庆留.煤矿供电设备的安全防护与电气保护技术探究[J].冶金管理, 2022(15):3.
[2]王鹏.恒源煤矿主井提升机无人值守智能监控系统的研究和应用[J].能源技术与管理, 2018, 43(2):3.
[3]裴新宇.煤矿智能化远程集控系统分析[J].矿业装备, 2021.
[4]姜雪,王超,王绍芝、等.煤矿主井提升机滚筒与天轮故障监测系统[J].煤矿机械, 2020, 41(9):3.
[5]侯飞.煤矿通风机电机温度高故障研究与解决应用[J].当代化工研究, 2019(4):2.
