礦用提升機械裝置的監控及故障診斷系統的研究

王新亮

（霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦， 山西 臨縣 033200）

引言

礦用提升機作為井下煤礦運輸及貨物運輸的重要設備，已在煤礦中得到了廣泛應用。而隨著設備控制技術的不斷發展，當下實現提升機智能化檢測控制顯得十分重要[1]。對礦用提升機中的機械裝置（電機、減速器及滾筒、液壓制動系統、斜井串車稱重部分）工作狀態進行監控及故障診斷，已成為提高提升機自動化控制水平的關鍵點[2]。目前，國內尚未對礦用提升機中的機械裝置工作狀態進行全面系統的監測及故障診斷，無法實現對其部件運行狀態的實時監測及控制。為此，對該系統的總體方案設計及關鍵分系統進行設計，并最終進行了系統的實際應用測試，驗證了該系統的可靠性及可行性。

1 提升機械裝置監控及故障診斷系統應用的必要性

煤礦生產企業大多位于偏遠地區，煤礦各個機電設備運行狀態遠程監測與故障診斷系統自成體系。以礦用提升機為例，該設備上的監測數據信息存在不能共享問題，且每個煤礦使用多個廠家的監測系統，需要對使用維護人員分別進行培訓，監測設備生產廠家也需要經常定期到設備安裝單位進行維護巡查，造成巨大的人力、物力和信息浪費[3]。

這些煤礦監測生產廠家需要遠程巡查，如果使用遠程監測與故障診斷系統，既及時發現了提升機被監測部件的故障，又可以節省大量人力物力[4]。而礦用提升機機械裝置狀態遠程監測與故障診斷系統具備機電設備運行狀態遠程監測與故障診斷、故障報警、數據存儲及分析故障診斷等功能，既可使專業工程師在遠程或異地就能對機電設備進行在線監控和故障處理，同時指導現場工作人員快速進行故障排除；又可使主管領導及時了解現場情況，采取有效的處理措施。目前，成熟的方案主要采用遠程無線網絡作為媒介，不受距離和環境影響，擁有良好的抗干擾能力。它將現場監測與診斷提升至遠程多人監測和診斷，有效避免了因現場人為或信息傳遞阻塞而造成事故傳達的不及時。有利于高層及時了解現場情況，采取及時有效的措施。所設計的監控系統安裝方便，只需更改現場計算機程序并增加GPRS 遠程無線發射裝置即可實現遠程監測，用戶需安裝應用程序就可以實時訪問現場工控機端監測界面，掌握設備運行工況信息。

綜上分析，對提升機機械裝置進行監控，進行故障診斷系統的設計及實際應用，無論對設備本身還是對保證企業的正常生產作業都具有重要的積極意義，非常有必要開展該系統的應用研究。

2 監控及故障診斷系統方案的設計

結合礦用提升機機械裝置的功能特點，對該裝置中的監控及故障診斷系統進行了方案設計。所設計的系統主要由多種傳感器（油壓、位移、振動、溫度等傳感器）、信號采集卡、高速振動采集卡、工控機、采集箱、信號調理器及相關配套器件組成，傳感器包括安裝在閘瓦上的閘間隙傳感器、安裝在閘內部的正壓力傳感器、焊接在油管上的油壓傳感器、軸兩端的三向振動傳感器、熱電偶溫度傳感器、稱重傳感器等多種傳感器組成，而處于信號處理關鍵環節的監測系統軟件是由基于NI LabVIEW 平臺自主開發的，它完成對采集數據的計算和分析[5]。該監控及故障診斷系統的工作原理為通過多路傳感器將采集到的信號轉換成電信號輸送給數據采集卡，數據采集卡將采集到的振動、溫度、制動正壓力、閘間隙、提升前串車重量和潤滑油壓、溫度等信號，通過現場工控機進行數據存儲、處理，通過動畫、數值、文字等顯示，并進行故障診斷、報警，便于維修人員和司機及時發現和處理故障，為事后查詢和分析故障提供依據；另外，通過該系統中的GPRS 來實現在遠程服務器中的存儲和故障診斷。整套監控及故障診斷系統的結構框架圖如圖1 所示。

圖1 提升機機械裝置監測及診斷系統結構框架圖

3 監控及故障診斷系統關鍵分系統的設計

3.1 液壓站監測分系統的設計

液壓站是制動器的驅動機構，為各制動閘提供壓力油，以達到開閘和制動。若閘松不開而導致提升機不能運行，只是故障，不屬于安全事故，若提升機正在運行必須制動時卻不能回油制動，將導致所有制動閘不能制動的重大安全事故，液壓站的可靠性決定了提升機的安全運行[6]。因此，對提升機液壓站進行了監測系統的設計。首先在液壓站轉軸法蘭盤及機身上分別安裝了振動傳感器及溫度傳感器，主要負責對液壓站運行過程中的振動情況及機身表面溫度進行信號采集及監測，其安裝位置如圖2 和圖3 所示。同時，在液壓站上安裝油壓傳感器和安全制動回油時間監測板，可監測一級制動油壓、二級制動油壓，監測安全制動時間、液壓站殘壓等信號，從而診斷回油路的暢通和堵塞情況。另外，在液壓站上安裝的緊急手動回油裝置，是對安全制動失靈采取的補救措施，確保制動閘回油制動可靠。由此，通過在提升機液壓站上安裝各類檢測設備，實現對液壓站運行狀態及相關參數的采集及檢測。

3.2 系統軟件的開發設計

為了使系統能充分發揮其功能，軟件設計的好壞是關鍵。本系統采用模塊化層次化的思想進行編寫，除了能滿足分析與監控的功能外，還具有操作簡單、界面友好直觀、運行可靠、維護方便等優點。由此，基于LabVIEW7 Express 平臺，對提升機械裝置狀態監測及故障診斷軟件部分進行了設計，其結構主要包括信號采集模塊、參數設置模塊、數據處理模塊、比較報警模塊、內存管理模塊、數據庫模塊等，具體結構框架圖如圖4 所示。通過對幾大模塊分別進行模塊內部硬件設計、程序編寫及通訊接口設計，匯總實現對整個提升機機械裝置的監測及診斷作用，并通過編輯的相關程序軟件，將最終結果在顯示屏上進行實時顯示。

圖2 振動傳感器安裝圖

圖3 溫度傳感器安裝圖

圖4 監測系統軟件構成框圖

3.3 數據庫記錄和查詢的設計

對煤礦監測系統而言，為獲得設備的運行參數和狀態，為分析事故原因、調查設備狀況提供參考，需要詳盡的設備運行記錄。為了更好地管理和分析數據，及時發現故障，系統采用了應用廣泛的數據庫訪問技術。利用LabVIEW 實現數據庫訪問，主要是利用LabVIEW 用戶開發的免費LabVIEW 數據庫訪問工具LabSQL 進行數據訪問，而LabSQL 工具則主要是利用Microsoft ADO 以及SQL 語言來完成。在整個數據庫訪問中，主要將復雜的低層ADO 和SQL操作封裝成一系列的LabSOL VIs，簡單易用，整個系統的數據庫記錄及查詢程序如圖5 所示。由此，完成了監控及故障診斷系統的數據庫記錄及查詢。

圖5 數據庫記錄及查詢程序圖

4 應用效果分析

為驗證該系統的整體綜合性能，對其在提升機中進行了實際應用測試。在測試過程中，安裝該監控系統后，有效避免了提升機的停車故障檢修，實現了在線監測制動正壓力，并發出相應的故障報警提示，使得維修人員對提升機的故障排除及維修時間縮短了將近一半，有效杜絕了因井下設備故障而造成的人員傷亡事故，提高了人員的作業安全性；同時也增加了提升機的提煤量和提物提人量，若每天總共的損失時間按2 h 計算，安裝該系統后，可節約將近30 min。另外，提升機維修人員可減少1 個，每年可直接及間接給企業帶來將近100萬元經濟收入，經濟效益比較可觀。