CN112445196A - 基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***及方法 - Google Patents

基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明设计一种基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***，适用于矿井主扇风机控制***技术领域。包括故障判断模块、自愈决策模块，策略执行模块；当矿井风机发生故障时，调度中心会启用故障判断模块，该模块结合矿井风机的运行方式、风机参数等提供故障诊断结果，从而激活自愈决策模块，该模块根据故障诊断结果自动生成矿井风机恢复策略；能够对矿井风机各种故障进行自动判断，对各种事故进行预案的自动生成，提供故障恢复的策略，提供序列控制开关，自动闭环执行，为故障处理人员提供智能决策功能，提高矿井设备的运行效率，保障了矿井工作人员的生命安全。

Description

基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***及方法
技术领域
本发明涉及一种基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***及方法，尤其是一种矿井主扇风机控制***技术领域使用的基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***及方法。
背景技术
矿井通风***由主通风机和局部通风机组成，主要为井下不断提供新鲜空气，同时稀释、排除井下有毒、有害气体和矿尘，使之符合《煤矿安全规程》安全标准。同时矿井井下要有合理的通风***和健全的通风设施，使井下各工作场所有足够的风量和良好的作业环境，从而保证工人的身体健康和提高劳动效率，保证安全生产。矿井电网并入一体化调度***中是矿井管理运行的发展趋势，主扇风机自动监测***使维护工作效率提高，但维修和故障时紧急处理还是人工负责。
主扇风机的运行状态与调度***的融合。风机是矿井主要设备之一，把各矿井的主扇风机的运行情况接入调度***，在原有的风机的电流、功率等遥测参数的基础上，通过不同装置的数据采集增加风机运转信号，使得调度既能掌握电气信号，又可以通过物理信号检查风机的运转情况，因为物理数据的真实、变化更能直接反映风机的运转状态。调度端主控制计算机对采集数据进行分析计算并显示存储，从而对风机的运行状态进行连续的在线监测及故障判别，在此基础上，生成故障恢复策略与故障恢复执行策略，而以往的矿井风机发生故障后，需检修人员赶至现场查找故障原因并制定相应的检修方案，容易造成的矿井风机长时间停转，威胁了矿井工人的身体安全。
有鉴于此，有必要设计出一种适合于矿井风机的基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***，能够准确确定故障类型和故障原因，又可以自动生成故障恢复的应急预案供调度人员确认和恢复故障，此发明为风机的安全、高效运行提供科学依据，实现调控一体化应用，满足现实事故处理的需要。
发明内容
针对上述技术问题，提供一种对人工确认故障后查阅纸质的事故处理预案效率低下，实现快速定位故障，缩短故障判断及恢复时间，提高矿井风机运行的可靠性的基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***。
为实现上述技术目的，本发明基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***，其特征在于：它包括故障判断模块、自愈决策模块，策略执行模块；矿井风机运行过程受调度中心的实时监控，当矿井风机发生故障时，调度中心会启用故障判断模块，该模块结合矿井风机的运行方式、风机参数等提供故障诊断结果，从而激活自愈决策模块，该模块根据故障诊断结果自动生成矿井风机恢复策略，在调度或运行人员浏览电子版本的恢复策略后，根据调度或运行人员的指令提供人工执行或程序自动执行，执行自愈策略后矿井风机恢复到正常运行状态；
所述故障判断模块，通过应用先进可靠的传感器实时监测风机机组运行中的风机、电动机、通风***的状态和运行参数；结合调度***监测信息（电网、供电线路、入井线路、开关设备等）、风机监测信息、风机定期巡检报告、以及诊断规则等，对矿井风机进行故障诊断；故障诊断是在风机的状态监测与信号分析处理的基础上进行的，通过故障诊断可实现对矿井风机故障的性质和程度、产生的原因或发生部位进行诊断，并对风机的故障发展趋势进行预测；例如当传感器监测到矿井风机轴承温度过高时，可得出风机可能存在以下致因：轴承箱盖与座的联接螺栓过紧或过松；滚动轴承损坏；轴承内圈与轴的配合过松或过紧；机轴与滚动轴承安装歪斜，前后两轴承不同心；轴瓦间隙过小，或两端局部接触；润滑油质不佳，或充填过多；***还可以根据设定的报警幅值、危险值等进行幅值报警及其变化趋势，故障停电及故障停机指示；***采用声光提示的报警方式，通过实时运行曲线的绘制，显示故障参数的趋势；
自愈决策模块，结合风机运行逻辑、风机模型、风机运行方式、风机参数和故障诊断结果，自动生成电子版本自愈策略并提供给调度和运行人员，自愈策略包含故障恢复策略和故障恢复执行策略；如上述监测到矿井风机轴承温度过高时，根据可能存在的故障，提供相应的恢复策略：调节螺栓的紧固力；更换滚动轴承；按过渡配合重新装配；重新安装机轴与滚动轴承，调整找正；重新调整轴瓦间隙；更换符合要求的润滑油；滚动轴承的注油量应为其容量的2/3；运行人员可以执行提供的故障恢复策略，使风机恢复正常状态；
策略执行模块，在调度或运行人员浏览电子版本的自愈控制策略后，根据调度或运行人员指令，提供人工执行或程序自动执行，执行自愈策略后，电网和风机运行到正常运行状态；风机控制方面，***能够实现手动和远程自动开停机、对变频器进行远程控制；相关设备控制方面，***能够实现导风风门、泄压风门的自动控制，***出现喘振故障时，泄压风门能够根据控制程序进行相应动作；***主、备风机能够实现自动切换；能够实现各种数据的记录、存储、查询和打印功能。
所述诊断规则包含故障类型和故障现象，故障类型与故障现象为1：N（N>=1）的关系；例如当矿井风机发生电动机电流过大温升过高的故障时，调度端监测到电流表指示电流过大，温度计指示温度过高，从而诊断该故障的可能致因：冷却空气不足，冷却空气温度过高，或短路吸风现象造成风量过大，联轴器联接不正，皮圈过紧或间隙不匀，有短路现象，及电机不清洁。
一种基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***进行矿井风机自愈的方法，其特征在于：包含以下步骤：
步骤一：***运行故障判断模块，结合矿井风机的运行方式、风机参数和风机诊断规则进行故障诊断，故障诊断结果含有故障结论信息、故障原始信息、故障涉及的保护配置；
步骤二：***运行自愈策略自动生成模块，结合矿井实际情况并提供给调度或执行人员，生成故障恢复执行策略；
步骤三: 所述调度、运行人员浏览电子版本的自愈策略，通过运行策略执行模块，使矿井风机恢复到正常运行状态；策略执行模块包含人工执行和程序自动执行两种方式，根据故障判断模块来选择对应的方式，如对泄压风门的自动控制等来解决矿井风机的喘振故障时，使用程序自动执行方式，如轴承粒子或滚道表面剥落而造成的轴承异响，应采用人工执行，通过更换轴承来解决故障问题。
有益效果：
（1）结合矿井风机的运行方式、风机参数和风机诊断规则进行故障诊断，监测参数较全面，通过传感器捕捉到的故障信息更及时准确，提高了风机故障分析的准确度；
（2）故障后自愈策略可以自动生成，提高了工作效率及智能化应用水平；
（3）结合矿井风机故障诊断和应急预案，能为调度员提供实时的可视化的矿井风机自愈策略，帮助调度员准确判断，部分故障也可由***下发控制命令，自动快速切除故障并使矿井风机恢复正常使用。如冷却空气不足导致的电动机电流过大温升过高时，***能够实现对导风风门、泄压风门的自动控制，从而使矿井风机恢复正常运行状态。
附图说明
图1是本发明基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***的结构框图。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施例做进一步说明：
如图1所示，本发明的一种基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***，其特征在于：它包括故障判断模块、自愈决策模块，策略执行模块。矿井风机运行过程受调度中心的实时监控，当矿井风机发生故障时，调度中心会启用故障判断模块，该模块结合矿井风机的运行方式、风机参数等提供故障诊断结果，从而激活自愈决策模块，该模块根据故障诊断结果自动生成矿井风机恢复策略，在调度或运行人员浏览电子版本的恢复策略后，根据调度或运行人员的指令提供人工执行或程序自动执行，执行自愈策略后矿井风机恢复到正常运行状态。
所述故障判断模块，通过应用先进可靠的传感器实时监测风机机组运行中的风机、电动机、通风***的状态和运行参数。结合调度***监测信息（电网、供电线路、入井线路、开关设备等）、风机监测信息、风机定期巡检报告、以及诊断规则等，对矿井风机进行故障诊断。故障诊断是在风机的状态监测与信号分析处理的基础上进行的，通过故障诊断可实现对矿井风机故障的性质和程度、产生的原因或发生部位进行诊断，并对风机的故障发展趋势进行预测。例如当传感器监测到矿井风机轴承温度过高时，可得出风机可能存在以下致因：轴承箱盖与座的联接螺栓过紧或过松；滚动轴承损坏；轴承内圈与轴的配合过松或过紧；机轴与滚动轴承安装歪斜，前后两轴承不同心；轴瓦间隙过小，或两端局部接触；润滑油质不佳，或充填过多。***还可以根据设定的报警幅值、危险值等进行幅值报警及其变化趋势，故障停电及故障停机指示。***采用声光提示的报警方式，通过实时运行曲线的绘制，显示故障参数的趋势。
自愈决策模块，结合风机运行逻辑、风机模型、风机运行方式、风机参数和故障诊断结果，自动生成电子版本自愈策略并提供给调度和运行人员，自愈策略包含故障恢复策略和故障恢复执行策略。如上述监测到矿井风机轴承温度过高时，根据可能存在的故障，提供相应的恢复策略：调节螺栓的紧固力；更换滚动轴承；按过渡配合重新装配；重新安装机轴与滚动轴承，调整找正；重新调整轴瓦间隙；更换符合要求的润滑油；滚动轴承的注油量应为其容量的2/3。运行人员可以执行提供的故障恢复策略，使风机恢复正常状态。
策略执行模块，在调度或运行人员浏览电子版本的自愈控制策略后，根据调度或运行人员指令，提供人工执行或程序自动执行，执行自愈策略后，电网和风机运行到正常运行状态。风机控制方面，***能够实现手动和远程自动开停机、对变频器进行远程控制。相关设备控制方面，***能够实现导风风门、泄压风门的自动控制，***出现喘振故障时，泄压风门能够根据控制程序进行相应动作；***主、备风机能够实现自动切换。能够实现各种数据的记录、存储、查询和打印功能。
所述诊断规则包含故障类型和故障现象，故障类型与故障现象为1：N（N>=1）的关系。例如当矿井风机发生电动机电流过大温升过高的故障时，调度端监测到电流表指示电流过大，温度计指示温度过高，从而诊断该故障的可能致因：冷却空气不足，冷却空气温度过高，或短路吸风现象造成风量过大，联轴器联接不正，皮圈过紧或间隙不匀，有短路现象，及电机不清洁。
一种基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***进行矿井风机自愈的方法，包含以下步骤：
步骤一：***运行故障判断模块，结合矿井风机的运行方式、风机参数和风机诊断规则进行故障诊断，故障诊断结果含有故障结论信息、故障原始信息、故障涉及的保护配置；
部分故障判断规则如下表所示：
Figure 883526DEST_PATH_IMAGE001
步骤二：***运行自愈策略自动生成模块，结合矿井实际情况并提供给调度或执行人员，生成故障恢复执行策略；
步骤三: 所述调度、运行人员浏览电子版本的自愈策略，通过运行策略执行模块，使矿井风机恢复到正常运行状态。策略执行模块包含人工执行和程序自动执行两种方式，根据故障判断模块来选择对应的方式，如对泄压风门的自动控制等来解决矿井风机的喘振故障时，使用程序自动执行方式，如轴承粒子或滚道表面剥落而造成的轴承异响，应采用人工执行，通过更换轴承来解决故障问题。
具体实施案例
此处以矿井风机喘振故障为例，矿井风机一旦风机故障判断模块可以对矿井风机喘振故障进行检测，从而生成预警方案。目前常见的矿井风机喘振预警方案包括轴位移监测以及基于喘振边界线预警方案，这两种方案都是通过时域分析及时对喘振进行准确预警。基于喘振边界线的风机预警方案中，通风机的工况可以通过其性能曲线和***阻力特性曲线非常直观地表现出来。轴位移通风机喘振预警方案最大的优势在于方便采用仪器监测和微机处理。所以，在结合这二者优点的基础上，提出了综合预警方案。通过预警方案可以对喘振发生的趋势进行识别和分析，通风机还未发生喘振时就可以发出预警，为及时消除喘振隐患提供保证。
只要风机故障判断模块发出通风机喘振的报警信号，调度***就可以立刻调用自愈策略自动生成模块生成自愈策略。及时采用对应的措施促使通风机在最短时间内推出喘振工作区域。具有变频调速或者动叶可调功能的通风机，可以降低转速或者调小动叶来降低风机侧的负压来促使通风机退出喘振工作区域，但是必须保证通风量不出现剧烈波动。此外，设置有水平对空风门的通风***，可以调整其开度来降低风机侧的等效风阻，从而增加风机通风量，促使风机工作点迅速降低到报警点以下，保证风机持续稳定运行。

Claims (3)

1.一种基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***，其特征在于：它包括故障判断模块、自愈决策模块，策略执行模块；矿井风机运行过程受调度中心的实时监控，当矿井风机发生故障时，调度中心会启用故障判断模块，该模块结合矿井风机的运行方式、风机参数等提供故障诊断结果，从而激活自愈决策模块，该模块根据故障诊断结果自动生成矿井风机恢复策略，在调度或运行人员浏览电子版本的恢复策略后，根据调度或运行人员的指令提供人工执行或程序自动执行，执行自愈策略后矿井风机恢复到正常运行状态；
所述故障判断模块，通过应用先进可靠的传感器实时监测风机机组运行中的风机、电动机、通风***的状态和运行参数；结合调度***监测信息、风机监测信息、风机定期巡检报告、以及诊断规则等，对矿井风机进行故障诊断；故障诊断是在风机的状态监测与信号分析处理的基础上进行的，通过故障诊断可实现对矿井风机故障的性质和程度、产生的原因或发生部位进行诊断，并对风机的故障发展趋势进行预测；例如当传感器监测到矿井风机轴承温度过高时，可得出风机可能存在以下致因：轴承箱盖与座的联接螺栓过紧或过松；滚动轴承损坏；轴承内圈与轴的配合过松或过紧；机轴与滚动轴承安装歪斜，前后两轴承不同心；轴瓦间隙过小，或两端局部接触；润滑油质不佳，或充填过多；***还可以根据设定的报警幅值、危险值等进行幅值报警及其变化趋势，故障停电及故障停机指示；***采用声光提示的报警方式，通过实时运行曲线的绘制，显示故障参数的趋势；
自愈决策模块，结合风机运行逻辑、风机模型、风机运行方式、风机参数和故障诊断结果，自动生成电子版本自愈策略并提供给调度和运行人员，自愈策略包含故障恢复策略和故障恢复执行策略；如上述监测到矿井风机轴承温度过高时，根据可能存在的故障，提供相应的恢复策略：调节螺栓的紧固力；更换滚动轴承；按过渡配合重新装配；重新安装机轴与滚动轴承，调整找正；重新调整轴瓦间隙；更换符合要求的润滑油；滚动轴承的注油量应为其容量的2/3；运行人员可以执行提供的故障恢复策略，使风机恢复正常状态；
策略执行模块，在调度或运行人员浏览电子版本的自愈控制策略后，根据调度或运行人员指令，提供人工执行或程序自动执行，执行自愈策略后，电网和风机运行到正常运行状态；风机控制方面，***能够实现手动和远程自动开停机、对变频器进行远程控制；相关设备控制方面，***能够实现导风风门、泄压风门的自动控制，***出现喘振故障时，泄压风门能够根据控制程序进行相应动作；***主、备风机能够实现自动切换；能够实现各种数据的记录、存储、查询和打印功能。
2.如权利要求1所述的基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***，其特征在于：所述诊断规则包含故障类型和故障现象，故障类型与故障现象为1：N（N>=1）的关系；例如当矿井风机发生电动机电流过大温升过高的故障时，调度端监测到电流表指示电流过大，温度计指示温度过高，从而诊断该故障的可能致因：冷却空气不足，冷却空气温度过高，或短路吸风现象造成风量过大，联轴器联接不正，皮圈过紧或间隙不匀，有短路现象，及电机不清洁。
3.一种使用权利要求1所述基于调度应急预案的矿井风机自愈决策支持***的自愈的方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一：***运行故障判断模块，结合矿井风机的运行方式、风机参数和风机诊断规则进行故障诊断，故障诊断结果含有故障结论信息、故障原始信息、故障涉及的保护配置；
步骤二：***运行自愈策略自动生成模块，结合矿井实际情况并提供给调度或执行人员，生成故障恢复执行策略；
步骤三: 所述调度、运行人员浏览电子版本的自愈策略，通过运行策略执行模块，使矿井风机恢复到正常运行状态；策略执行模块包含人工执行和程序自动执行两种方式，根据故障判断模块来选择对应的方式，如对泄压风门的自动控制等来解决矿井风机的喘振故障时，使用程序自动执行方式，如轴承粒子或滚道表面剥落而造成的轴承异响，应采用人工执行，通过更换轴承来解决故障问题。
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