1.2 通风机状态监测仪的发展趋势

随着传感器技术、网络技术的不断发展以及半导体技术的进步，通风机状态 监测仪的发展经历了以下三个阶段：

第一阶段：人工诊断。将通风机应用于煤矿生产的早期，往往以人的感觉和

经验等直接方式对通风机状态进行判断，这是利用简单的监测方法以期望获得最 接近实际的状态监测结果，受限于当时的机械加工工艺及人为疏忽，通风机往往 故障率很高，状态监测的准确性也难以保证。

第二阶段：独立式单机诊断系统。第一代监测仪由中央处理器及多个外围功 能模块组成，其特点就是独立和封闭，多个通风机状态监测仪之间无法交换数据， 彼此独立，且状态数据的判断方法多为限幅判断，监测效果比较一般，且监测结 果局限于系统内部。系统需要专人看管，若系统发生故障，需要人工报警。

第三阶段：分布式网络监控系统。通常通风机的地理选址一般都位于远离管 理中心、距离矿井近、地域分布广的方位，管理者通过工业以太网分布式多机互 联，各监测点的数据实时汇总，集中对各地的通风机进行操作，系统比较开放， 更是方便日后的功能拓展。在该种模式下，中心软件集中对状态数据进行分析， 算法往往复杂、准确，且可以实现故障的预警，极大地提高了煤矿通风机的自动 化管理水平和状态监测的准确性。

总结以上可知，从最初的人工诊断监测方式到采用分布式网络监控系统监测， 状态监测效果极大地改善了，这离不开各种工艺和技术的进步。[9，10]

1.3 论文研究内容

本课题借鉴前人对矿用通风机的机械振动和温度的故障检测方法, 将监测、 预诊断、紧急控制功能集于一体,通过对设备的状态监测，判断设备的故障产生 及恶化趋势。据此，本文主要研究内容如下：

(1)完成通风机监测仪的方案确立。监测仪组成结构如图 1-1。 (2)根据监测仪的监测需求搭建硬件平台，完成系统的调试、测试。

 通风机状态监测仪组成结构图

(3)设计煤矿通风机监测仪的运行流程（如图 1-2），实现各个状态参数的 采集、显示、上传、预处理及故障诊断与报警。

通风机 信号

检测反馈 干预

故障预测与诊断

 通风机状态监测仪工作示意图

2 通风机故障类型

目前国内煤矿生产通风系统中使用最多的是轴流式通风机，轴流式风机的工 作原理是电动机带动风机叶片旋转，压缩旋转叶片通道里的气体,形成轴向的气 压差，从而形成气流。通风机的机械转动构造决定了机械故障的不可避免，本设 计适用于直流无刷电机的状态监测。

通风机故障可分为机械故障和非稳定工况下的故障。机械故障大多数情况下 由振动引起，而非稳定工况下通风机性能将受到较大影响，通常表现为性能下降。

2.1 通风机机械故障文献综述

振动是通风机正常运行的最主要的安全威胁，由其引起的常见通风机机械故 障有：

（1）转子不平衡。其中一个特征频率为 1 倍频。其主要起因是零件有缺陷。 制造误差、装配误差、材料不均匀都是零件有缺陷的表现，转子的缺陷继而导致 了其他故障的发生。

（2）不对中。风机安装时很难做到转子传动轴线的严格同轴，且同样存在 载荷变化、联轴节差异、轴承的安装等差异化作用，最终导致轴系不对称甚至不 断恶化，从而造成平行不对中或角度不对中的振动。[3]

（3）机械松动。通风机装配部件中或因螺栓松动、软脚或过大的间隙，造 成机座松动，会在振动频谱中出现大量的谐波成分。