煤礦設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

黨夢(mèng)宇 ，辛 宇

（1.陜北礦業(yè)張家峁礦業(yè)公司，陜西神木 719316；2.韓城礦業(yè)公司下峪口煤礦，陜西下峪口 715405）

0 引言

伴隨我國煤礦機(jī)電設(shè)施應(yīng)用的規(guī)模越來越大，機(jī)電設(shè)施的效用在煤礦生產(chǎn)過程中發(fā)揮著極為關(guān)鍵的效用。當(dāng)機(jī)電設(shè)施出現(xiàn)異常，會(huì)給煤礦單位帶來不可預(yù)計(jì)的經(jīng)濟(jì)損耗，還會(huì)影響相關(guān)工作人員的生命安全，所以怎樣預(yù)先檢測(cè)出機(jī)電設(shè)施的故障，是當(dāng)前急待處理的難題。振動(dòng)作為評(píng)估機(jī)電設(shè)施運(yùn)作過程中穩(wěn)固程度的關(guān)鍵參數(shù)之一，相關(guān)工作人員利用振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過傳感器監(jiān)測(cè)機(jī)電設(shè)備運(yùn)作期間表現(xiàn)出來的振動(dòng)情況，就能夠預(yù)判機(jī)電設(shè)備功能是否正常。通過煤礦機(jī)電設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步解析及處置功能，監(jiān)測(cè)設(shè)施運(yùn)作狀態(tài)信息，然后再獲取設(shè)施振動(dòng)信號(hào)的信息，協(xié)助技術(shù)工作者預(yù)先預(yù)判機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)是否正常，防止因?yàn)檎駝?dòng)導(dǎo)致機(jī)電設(shè)施出現(xiàn)異常，從而給企業(yè)帶來一系列的問題。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障診斷技術(shù)就是指相關(guān)的工作人員通過針對(duì)性的檢測(cè)手段以及現(xiàn)代化技術(shù)手段，對(duì)設(shè)備提供，明確其局部或整機(jī)能否順利運(yùn)作。除此之外，利用監(jiān)測(cè)技術(shù)還能對(duì)設(shè)施隱含故障的發(fā)展提供預(yù)先性的預(yù)報(bào)，評(píng)估潛在故障的發(fā)展態(tài)勢(shì)，尋找引發(fā)故障的因素、產(chǎn)生部位，最終再提出針對(duì)性的措施建議。

1 煤礦設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)述

煤炭行業(yè)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)系統(tǒng)作為煤炭領(lǐng)域?yàn)樵O(shè)施維護(hù)管控提供的一個(gè)新型化模式，它通常就依據(jù)設(shè)施的現(xiàn)實(shí)運(yùn)作情況，對(duì)設(shè)施狀態(tài)以及未來狀態(tài)態(tài)勢(shì)予以判斷及預(yù)測(cè)，同時(shí)再綜合企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)實(shí)狀況提供針對(duì)性的運(yùn)維計(jì)劃。有關(guān)從業(yè)者將先進(jìn)的信息技術(shù)、現(xiàn)代維護(hù)理論當(dāng)做關(guān)鍵依托，采取基于Web 技術(shù)處理預(yù)案，完成設(shè)施維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化以及智能化的目標(biāo)。其靈活地綜合了點(diǎn)檢信息、歷史維護(hù)信息、狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息，同時(shí)綜合當(dāng)下維護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)實(shí)狀況，避免當(dāng)下存在的維修技術(shù)弊端，有效處理設(shè)施管控的孤島模式，進(jìn)而積極維護(hù)企業(yè)中生產(chǎn)設(shè)施，整合及改善維護(hù)資源，完成所有煤礦設(shè)備的運(yùn)行養(yǎng)護(hù)控制。

2 煤礦設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)的性能

2.1 系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

①在表現(xiàn)層方面，作為煤礦設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)對(duì)外的重要組成部分，表示層需要接收用戶的實(shí)際請(qǐng)求，將請(qǐng)求傳達(dá)給業(yè)務(wù)邏輯層的業(yè)務(wù)主體，同時(shí)再回收從業(yè)務(wù)層傳遞出來的信息，用于完成用戶以及煤礦設(shè)施維修系統(tǒng)的互動(dòng)交流。用戶要想采用該系統(tǒng)，就務(wù)必要先接受身份核驗(yàn)，系統(tǒng)依據(jù)各個(gè)用戶身份賦予的權(quán)限要求，在進(jìn)入系統(tǒng)之后，職工們就利用平臺(tái)完成日常維護(hù)環(huán)節(jié)中的工作，比如說設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)管控、檢修規(guī)劃審核、備件管控等項(xiàng)目；在該層形象的用戶圖形界面可以幫助用戶們更好地進(jìn)行實(shí)操；②在業(yè)務(wù)層方面，業(yè)務(wù)層通常就是負(fù)責(zé)管控業(yè)務(wù)層的邏輯主體，由此為其提供系統(tǒng)的功能以及其他服務(wù)項(xiàng)目，包括邏輯主體對(duì)于底層的事務(wù)管控、分布式管控等等，而且還需要管控維護(hù)邏輯主體之間的調(diào)用聯(lián)系，其在系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性的效用；③在數(shù)據(jù)持久層方面，該層需要承擔(dān)為系統(tǒng)提供高度協(xié)調(diào)、安全以及并發(fā)的信息持久機(jī)制。關(guān)鍵性的項(xiàng)目就在于實(shí)現(xiàn)對(duì)維護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)作，以及全部和維護(hù)有關(guān)的設(shè)施數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)以及點(diǎn)檢狀態(tài)信息儲(chǔ)存及管控，同時(shí)為系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯層帶來更多的服務(wù)項(xiàng)目。對(duì)于各個(gè)和維護(hù)有關(guān)的信息，相關(guān)工作人員依據(jù)既定的數(shù)據(jù)格式，可以是非結(jié)構(gòu)化的信息，也可以是結(jié)構(gòu)化的信息。針對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)信息、員工信息等結(jié)構(gòu)化信息采取關(guān)系數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存，而像設(shè)施圖紙、地圖信息、點(diǎn)檢數(shù)據(jù)分析等非結(jié)構(gòu)化信息，則通過文件的形式進(jìn)行儲(chǔ)存。同時(shí)在二者之間構(gòu)建結(jié)構(gòu)化信息以及非結(jié)構(gòu)化信息之間的映射聯(lián)系；④在設(shè)備層方面，作為點(diǎn)檢信息、狀態(tài)信息的常見源頭，其包括具體的監(jiān)測(cè)主體及針對(duì)性的傳感器、控制器以及執(zhí)行器等各個(gè)不同的種子對(duì)象。

2.2 系統(tǒng)的功能模塊

為了給煤礦設(shè)備養(yǎng)護(hù)管控創(chuàng)造優(yōu)良的硬件條件，系統(tǒng)以設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為基本條件，搭建基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的煤礦設(shè)備運(yùn)維平臺(tái)。系統(tǒng)的常用功能就是通過對(duì)設(shè)施的一般資料、點(diǎn)檢資料、維修規(guī)劃、備件管控等多方面的信息，讓企業(yè)各個(gè)部門可以在第一時(shí)間熟知設(shè)施運(yùn)作狀態(tài)，通過專家系統(tǒng)會(huì)診提供針對(duì)性的檢修規(guī)劃，同時(shí)再綜合備件狀況完成煤礦設(shè)備執(zhí)行維護(hù)的工作，接下來將進(jìn)一步分析各個(gè)模塊的功能：①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊，通常來說這就涵括了“單位信息維護(hù)”“倉庫數(shù)據(jù)維護(hù)”“員工數(shù)據(jù)維護(hù)”“物資類型維護(hù)”以及“地理數(shù)據(jù)維護(hù)”等板塊；②設(shè)備臺(tái)賬管控模塊，該模塊就涵括“在用設(shè)施錄入”“取消設(shè)施閑置”“設(shè)施故障統(tǒng)計(jì)錄入”“在用設(shè)施查詢”等板塊。例如設(shè)備基本信息就是指對(duì)設(shè)施的基本信息予以協(xié)調(diào)性管控，這就涵括設(shè)施信息錄入以及查詢等等。而針對(duì)設(shè)施出、入庫單信息，這就是指對(duì)設(shè)施的來源、去向予以明確化的管控，同時(shí)再明確各個(gè)設(shè)施的備件規(guī)模，進(jìn)而為設(shè)施的維修奠定重要基礎(chǔ)。又比如，設(shè)施故障統(tǒng)計(jì)，相關(guān)的工作人員對(duì)設(shè)施故障予以統(tǒng)計(jì)管控，這就涵括設(shè)施故障統(tǒng)計(jì)錄入、故障統(tǒng)計(jì)查詢等等。而在對(duì)設(shè)施進(jìn)行閑置或者報(bào)廢管理的過程中，也會(huì)給相關(guān)的管理工作者提供某種閑置設(shè)施、報(bào)廢機(jī)器的查閱服務(wù)；③檢修方案管理板塊包含諸多內(nèi)容，比如檢修方案審核、檢修結(jié)果輸入等。詳細(xì)而言，檢修方案錄入就是指如果設(shè)施狀態(tài)逐漸惡化，那么就需要提供設(shè)施修理方案且把其輸入到系統(tǒng)中。而檢修方案審核就是指相關(guān)的工作人員要對(duì)制定的設(shè)施檢修計(jì)劃予以審核批準(zhǔn)，一旦過關(guān)之后，該計(jì)劃方案才可以上交給設(shè)備維修工作者，引導(dǎo)維修工作者展開設(shè)施檢修。而檢修計(jì)劃查詢就是指為設(shè)備管控工作者提供設(shè)備檢修計(jì)劃的咨詢、信息整合服務(wù)，同時(shí)還需要對(duì)檢修執(zhí)行狀況、費(fèi)用等問題予以按時(shí)地掌控；④報(bào)表管理設(shè)備臺(tái)賬管理模塊。這就包括“點(diǎn)檢報(bào)表”以及“點(diǎn)檢結(jié)果”等等。具體來說，點(diǎn)檢報(bào)表就是指采集設(shè)備點(diǎn)檢的數(shù)值，通過報(bào)表的方式呈現(xiàn)在系統(tǒng)界面之中。而點(diǎn)檢計(jì)劃就是指系統(tǒng)依據(jù)設(shè)施的點(diǎn)檢周期，自動(dòng)提示要求點(diǎn)檢的設(shè)施，產(chǎn)出點(diǎn)檢規(guī)劃。點(diǎn)檢結(jié)果就是指點(diǎn)檢數(shù)值利用點(diǎn)檢儀器錄入信息，一旦錄入結(jié)果過關(guān)，那么系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)出點(diǎn)檢結(jié)果報(bào)表，提高點(diǎn)檢信息的精準(zhǔn)程度以及實(shí)效程度；⑤安全管理模塊。在此之中就包括“角色管理”以及“權(quán)限管理”等重要的組成部分，員工權(quán)限管理就是指為各個(gè)職工提供制定、修改角色的功能。而角色管理就是指為相關(guān)的工作人員提供增添新角色，授權(quán)以及修改角色權(quán)限等處置功能。

3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的過程中，這部分通常由通信、保存、展示、信號(hào)收集等部分組成。①在選用核心硬件時(shí)，合理選擇嵌入型微處理器和振動(dòng)型傳感器，能夠有效優(yōu)化系統(tǒng)的性能；②儲(chǔ)存模塊。儲(chǔ)存模塊通常就是為了完成振動(dòng)信號(hào)歷史信息的儲(chǔ)存，當(dāng)下用得比較多的工具有SD 卡、FLASH 芯片、U 盤等等；③鍵盤、LCD 模塊。LCD 主要用來展示界面，鍵盤的作用是高效地接收來自監(jiān)測(cè)設(shè)備用戶方面的錄入信息；④信號(hào)調(diào)理電路。很多傳感器傳輸?shù)氖请娏饕嗷螂妷旱确滦У男盘?hào)，要求對(duì)信號(hào)調(diào)理電路予以預(yù)處置；⑤通信模塊。通信作為一項(xiàng)計(jì)算機(jī)與各個(gè)不同終端設(shè)施傳輸?shù)闹匾绞剑嚓P(guān)的工作人員可以利用通信模塊完成計(jì)算機(jī)以及單片機(jī)間的通信工作。當(dāng)下單片機(jī)通信通常包括并行以及串行通信兩種類別；⑥JTAG 調(diào)試接口。該技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)開展程序下載以及調(diào)試的關(guān)鍵路徑。值得留意的是，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中，相關(guān)的工作人員需要在電路板上預(yù)先留出JTAG接口。

3.2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

一般而言，軟件研發(fā)包含兩個(gè)內(nèi)容：①即以Java 語言上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)作為主要依托；②即以STM32F103RET6 單片機(jī)的下位軟件設(shè)計(jì)作為主要依托。在設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件的過程中，相關(guān)的工作人員需要對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)施的實(shí)際溫度、實(shí)際壓力以及機(jī)械振動(dòng)系數(shù)予以實(shí)時(shí)化監(jiān)測(cè)。而下位軟件設(shè)計(jì)工作通常涵括程序流程設(shè)計(jì)以及應(yīng)用程序代碼調(diào)控等多方面的工作。具體來說，首先，系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)上電開啟之后，相關(guān)的工作人員需要完成系統(tǒng)各功能板塊的初始化工作。初始化之后，還需要充分地利用c 語言設(shè)計(jì)最終的主程序，接著再通過數(shù)據(jù)采樣以及通信模塊的程序予以設(shè)計(jì)。其次，系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)工作，這就要求相關(guān)的工作人員完成監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)、Java 通信設(shè)計(jì)等多方面的工作。值得注意的是，客戶/服務(wù)器（又稱C/S）模式信息的完備程度較高，安全性較強(qiáng)，再加上迸發(fā)控制機(jī)制俱佳，已經(jīng)成為目前行業(yè)開發(fā)應(yīng)用程序的重要方式。不過伴隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷上升，C/S 模式也存在一定的局限性，而此時(shí)瀏覽器/服務(wù)器（又稱B/S）結(jié)構(gòu)在將來發(fā)展的過程中被越來越投以重視，此時(shí)，相關(guān)的工作人員在設(shè)計(jì)程序的過程中，務(wù)必要靈活地將C/S 模式以及B/S 模式綜合在一起應(yīng)用。

4 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于煤礦機(jī)電設(shè)備的維護(hù)系統(tǒng)而言，機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)軟硬件的過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況與維護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用。