礦山機(jī)電設(shè)備自動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

祝銘一

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州350000）

隨著工業(yè)強(qiáng)度的增加，設(shè)備運(yùn)行強(qiáng)度增大，故障發(fā)生可能性也越來越大，且一旦發(fā)生損失嚴(yán)重。因此為保障生產(chǎn)安全，機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)的要求也不斷提高。

通過對機(jī)械設(shè)備的各個部件或?qū)ζ湔w進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測來判斷設(shè)備的運(yùn)行是否正常，及時發(fā)現(xiàn)故障征兆；通過實(shí)時自動監(jiān)測檢查設(shè)備的老化損壞程度，做出預(yù)防警報(bào)，及時采取應(yīng)對措施。旨在不影響設(shè)備的正常運(yùn)行情況下，判定可能發(fā)生故障的位置，進(jìn)行故障預(yù)報(bào)，提供有效的預(yù)防方案，以下是對礦山機(jī)電設(shè)備自動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

礦山機(jī)電設(shè)備自動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，憑借對礦山機(jī)電設(shè)備整體和局部部件的運(yùn)行溫度及振動頻率監(jiān)測。理論上要實(shí)現(xiàn)以下功能：對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；設(shè)備處于故障狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警處理、設(shè)備處于臨界狀態(tài)發(fā)出警告；對已經(jīng)發(fā)生的設(shè)備故障進(jìn)行在線診斷，評估故障嚴(yán)重程度，做出維修指導(dǎo)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在機(jī)電設(shè)備管理的基礎(chǔ)上增加在線監(jiān)測系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)模塊，通過監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時評估機(jī)電設(shè)備的性能，并通過運(yùn)行數(shù)據(jù)的波動，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。使用礦山機(jī)電設(shè)備自動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，還可以對已經(jīng)發(fā)生的機(jī)電設(shè)備故障進(jìn)行快速診斷分析。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）在線監(jiān)測模塊設(shè)計(jì)。依據(jù)系統(tǒng)需求，以每一個礦山機(jī)電設(shè)備為基本單位，監(jiān)測系統(tǒng)對各個部件的振動幅度、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，因此在線監(jiān)測系統(tǒng)中主要的硬件設(shè)備是礦用本安型振動分析儀、礦用本安型振動加速度傳感器、礦用本安型數(shù)據(jù)采集分站。礦用本安型振動監(jiān)測分析儀由三大部分組成：振動信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、結(jié)果顯示及存儲模塊。在數(shù)據(jù)處理模塊中，其中最重要的部分就是DSP高速處理器，使用DSP處理器能夠高效完成數(shù)據(jù)運(yùn)算，并且根據(jù)振動分析儀的設(shè)定，完成對應(yīng)精度數(shù)據(jù)的輸出。礦用本安型振動監(jiān)測分析儀的結(jié)果顯示與存儲是通過嵌入式LINUX環(huán)境下，使用ARM7處理器實(shí)現(xiàn)結(jié)果顯示和存儲模塊，存儲模塊的內(nèi)存可以使用外擴(kuò)設(shè)備擴(kuò)大。使用上述設(shè)備再通過SPI方法實(shí)現(xiàn)ARM與DSP之間高效快速的數(shù)據(jù)傳輸工作。

（2）故障診斷模塊設(shè)計(jì)。故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源就是在線監(jiān)測系統(tǒng)對機(jī)電設(shè)備零部件狀態(tài)信息采集。通過振動監(jiān)測儀測量部件的振動峰峰值、頻率量信號。再將采集的振動信號通過傳感器傳遞到振動分析儀中，進(jìn)行內(nèi)置規(guī)范算法計(jì)算，主要對機(jī)電軸承連接損耗性大的部位進(jìn)行重點(diǎn)分析診斷。

振動分析儀的硬件指標(biāo)考察包括：礦用本質(zhì)安全型、供電電源、12路振動加速度電流輸入接口型號、頻率范圍、1路頻率信號輸入接口性能、外殼防護(hù)等級等。本系統(tǒng)需要的硬件支持包括：電壓DC16-24V，電流不大于600mA；振動峰峰值在0-20間；頻率范圍處于0.5-5000Hz；1路頻率信號輸入接口測量范圍在0-1000Hz間，測量誤差小于0.5%；其中1路RS485接口的傳輸速率要不低于5600bps，并且傳輸距離不小于3km；使用傳輸速率高于15Mbps的半雙工TCP/IP電信號傳輸，并把故障診斷結(jié)果通過雙色燈狀態(tài)顯示。

3 軟件設(shè)計(jì)

因?yàn)榈V山機(jī)電作業(yè)中，可能出現(xiàn)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程求助的情況，因此系統(tǒng)選用B/S結(jié)構(gòu)。使用B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時，發(fā)出數(shù)據(jù)訪問請求，web服務(wù)器會對請求發(fā)出驗(yàn)證指令，通過驗(yàn)證后才能查詢數(shù)據(jù)庫。在線監(jiān)測系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)通過整體的設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)。每個在線監(jiān)測管理子系統(tǒng)監(jiān)測單獨(dú)的設(shè)備，所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)模式匯集到集控中心處理機(jī)中，通過集控中心的數(shù)據(jù)處理完成設(shè)備故障診斷、實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

4 實(shí)驗(yàn)論證分析

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的機(jī)電設(shè)備自動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。實(shí)驗(yàn)對象為同一個礦山的兩臺同型號的挖掘設(shè)備，一種使用新系統(tǒng)進(jìn)行自動在線監(jiān)測和故障診斷，另一種使用傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行排查診斷。通過人為設(shè)置三種故障，對比兩種方式排查故障的效率。實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果圖

由圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，使用新系統(tǒng)排查故障比使用傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備管理方法耗時少，且可以更快處理故障，使用本文設(shè)計(jì)的機(jī)電設(shè)備自動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)可以大大提高機(jī)電設(shè)備的故障診斷效率。

5 結(jié)語

本文對現(xiàn)階段我國礦山勘測機(jī)電設(shè)備管理的新需求進(jìn)行分析，通過系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)完成礦山機(jī)電自動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。并且經(jīng)過實(shí)驗(yàn)論證證明了該系統(tǒng)的有效性。希望本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)經(jīng)過更加詳細(xì)的改良可以投入礦山機(jī)電設(shè)備自動管理中，為我國的礦山勘測開采工作安全和效率提供保障。