礦山機電設備自動在線監測與故障診斷系統

祝銘一

（福州職業技術學院，福建 福州350000）

隨著工業強度的增加，設備運行強度增大，故障發生可能性也越來越大，且一旦發生損失嚴重。因此為保障生產安全，機電設備管理系統的要求也不斷提高。

通過對機械設備的各個部件或對其整體進行狀態監測來判斷設備的運行是否正常，及時發現故障征兆；通過實時自動監測檢查設備的老化損壞程度，做出預防警報，及時采取應對措施。旨在不影響設備的正常運行情況下，判定可能發生故障的位置，進行故障預報，提供有效的預防方案，以下是對礦山機電設備自動在線監測與故障診斷系統的設計。

1 系統結構框架

圖1 系統結構圖

礦山機電設備自動在線監測與故障診斷系統的實現，憑借對礦山機電設備整體和局部部件的運行溫度及振動頻率監測。理論上要實現以下功能：對設備運行狀態進行實時監測；設備處于故障狀態進行報警處理、設備處于臨界狀態發出警告；對已經發生的設備故障進行在線診斷，評估故障嚴重程度，做出維修指導。其系統結構圖如圖1所示。

在機電設備管理的基礎上增加在線監測系統和故障診斷系統模塊，通過監測設備運行狀態，實時評估機電設備的性能，并通過運行數據的波動，及時發現設備異常。使用礦山機電設備自動在線監測與故障診斷系統，還可以對已經發生的機電設備故障進行快速診斷分析。

2 系統硬件設計

（1）在線監測模塊設計。依據系統需求，以每一個礦山機電設備為基本單位，監測系統對各個部件的振動幅度、溫度等數據進行監測，因此在線監測系統中主要的硬件設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、礦用本安型數據采集分站。礦用本安型振動監測分析儀由三大部分組成：振動信號采集模塊、數據處理模塊、結果顯示及存儲模塊。在數據處理模塊中，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據運算，并且根據振動分析儀的設定，完成對應精度數據的輸出。礦用本安型振動監測分析儀的結果顯示與存儲是通過嵌入式LINUX環境下，使用ARM7處理器實現結果顯示和存儲模塊，存儲模塊的內存可以使用外擴設備擴大。使用上述設備再通過SPI方法實現ARM與DSP之間高效快速的數據傳輸工作。

（2）故障診斷模塊設計。故障診斷系統數據來源就是在線監測系統對機電設備零部件狀態信息采集。通過振動監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，進行內置規范算法計算，主要對機電軸承連接損耗性大的部位進行重點分析診斷。

振動分析儀的硬件指標考察包括：礦用本質安全型、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、外殼防護等級等。本系統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，并把故障診斷結果通過雙色燈狀態顯示。

3 軟件設計

因為礦山機電作業中，可能出現需要進行遠程求助的情況，因此系統選用B/S結構。使用B/S系統結構時，發出數據訪問請求，web服務器會對請求發出驗證指令，通過驗證后才能查詢數據庫。在線監測系統和故障診斷系統通過整體的設備管理系統進行互聯。每個在線監測管理子系統監測單獨的設備，所有的監測數據通過CAN總線網絡模式匯集到集控中心處理機中，通過集控中心的數據處理完成設備故障診斷、實現報警功能。

4 實驗論證分析

為驗證設計的機電設備自動在線監測與故障診斷系統有效性，進行實驗論證。實驗對象為同一個礦山的兩臺同型號的挖掘設備，一種使用新系統進行自動在線監測和故障診斷，另一種使用傳統機電設備管理系統進行排查診斷。通過人為設置三種故障，對比兩種方式排查故障的效率。實驗論證結果如圖2所示。

圖2 實驗論證結果圖

由圖2實驗結果可知，使用新系統排查故障比使用傳統的機電設備管理方法耗時少，且可以更快處理故障，使用本文設計的機電設備自動在線監測與故障診斷系統可以大大提高機電設備的故障診斷效率。

5 結語

本文對現階段我國礦山勘測機電設備管理的新需求進行分析，通過系統硬件設計和軟件設計完成礦山機電自動在線監測與故障診斷系統整體設計。并且經過實驗論證證明了該系統的有效性。希望本文設計的系統經過更加詳細的改良可以投入礦山機電設備自動管理中，為我國的礦山勘測開采工作安全和效率提供保障。