礦井提升機(jī)輔助狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)研究

閆賽鳳

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四老溝礦大型設(shè)備管理隊(duì)，山西 大同 037000）

1 礦井提升機(jī)組成和參數(shù)監(jiān)測技術(shù)分析

1.1 提升系統(tǒng)組成

礦井提升系統(tǒng)主要由主軸、制動、機(jī)械傳動、潤滑、操縱、安全保護(hù)等六大主要的系統(tǒng)組成[1-2]。根據(jù)提升機(jī)每個系統(tǒng)對提升作用分類，可分為電動機(jī)部分、制動器部分、主軸裝置三個部分。由于提升機(jī)的主軸承載著較大的載荷作用力且制動系統(tǒng)在作業(yè)過程中會產(chǎn)生大量的熱量，關(guān)系到了提升機(jī)的安全運(yùn)行狀態(tài)。針對于制動系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)就應(yīng)該加強(qiáng)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測，當(dāng)主軸系統(tǒng)由于零部件的復(fù)雜性出現(xiàn)問題時就容易發(fā)生主軸的斷裂、彎曲、疲勞破壞等情況。

而制動系統(tǒng)由于溫度升高就會使得閘瓦的間隙擴(kuò)大，降低了制動性能，容易觸發(fā)安全生產(chǎn)事故。溫度也是影響提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵。在設(shè)計提升機(jī)輔助檢測系統(tǒng)時，不僅將制動系統(tǒng)的溫度參數(shù)考慮在內(nèi)，也將主軸系統(tǒng)的電動機(jī)、減速器、兩側(cè)軸承的溫度參數(shù)設(shè)計至檢測系統(tǒng)中。

1.2 輔助狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測技術(shù)分析

1.2.1 制動系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測

根據(jù)《煤礦安全規(guī)定》規(guī)范的要求，對于制動系統(tǒng)的閘瓦間隙規(guī)定不得小于2 mm。對于間隙的測量要選取位移傳感器，滿足礦井內(nèi)的防爆性能。由于制動盤的摩擦阻力較大，如果采用直接式測量傳感器，使用壽命將縮短。因此選用電渦流式傳感器作為測量閘瓦間隙的元器件，該類型傳感器屬于間接式測量。可通過制動器發(fā)熱后產(chǎn)生的紅外線輻射強(qiáng)度變化，對制動盤表面的溫度進(jìn)行采集分析。熱電阻采用測量范圍為-200 ℃～500 ℃的鉑材料，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)和自動控制。

1.2.2 主軸系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測

主軸系統(tǒng)參數(shù)的測量主要對電動機(jī)溫度、減速器溫度、滾筒兩邊軸承的溫度進(jìn)行測量。電動機(jī)溫度主要通過溫度巡檢儀提前獲知故障信號。當(dāng)電動機(jī)絕緣體產(chǎn)生損壞時，就會發(fā)生熱跳閘，選取PT100 溫度傳感器作為感應(yīng)部件，當(dāng)電動機(jī)回路發(fā)生閉鎖現(xiàn)象時，可及時地報警和上傳數(shù)據(jù)。減速器溫度主要依靠DS18B20 溫度傳感器和單片機(jī)，設(shè)置減速器軸承溫度大于70 ℃時，監(jiān)測系統(tǒng)就會發(fā)出報警。軸承兩測溫度過高主要原因是油膜發(fā)生破壞，傳感器合理排布可提高檢測的可靠性，將PT100 傳感器安裝至軸承座上，可兼顧軸承兩側(cè)的溫度測量。

2 輔助狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 硬件組成結(jié)構(gòu)設(shè)計

選取STM32F103C8T6 單片機(jī)作為監(jiān)測系統(tǒng)的中央核心處理器。該型號單片機(jī)抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)惡劣的礦井環(huán)境，最高的工作頻率達(dá)到75 MHz，同時數(shù)據(jù)輸入/輸出通道為37 個，存儲器容量為64 kB。選取閘瓦的電渦流傳感器的型號時，應(yīng)首先考慮是否分辨率較高和抗干擾能力。電渦流傳感器是通過接線電圈的阻抗輻值變化傳遞電壓信號，判斷溫度數(shù)值的高低。傳感器探頭距離閘瓦表面的范圍保持在5～7 mm，只能一端接地。閉閘時，閘瓦與制動盤之間的距離大于10 mm 后要及時報警。

2.2 硬件抗干擾技術(shù)

提升機(jī)受到礦井惡劣因素的外部影響，將輔助狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的每個設(shè)計電路接地點(diǎn)進(jìn)行電氣隔離。最有效且最簡單的抗干擾措施就是通過電路單獨(dú)接地，防止內(nèi)外部的耦合干擾。尤其是高壓轉(zhuǎn)向低壓時，內(nèi)部二極管受到電氣沖擊后容易發(fā)生破壞，可采用光電爐和輸入電路將高低壓之間的電路轉(zhuǎn)換進(jìn)行橋接，有效地抑制了漂移電壓的產(chǎn)生，從而達(dá)到硬件抗干擾的目的。

3 輔助狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 PyQt5 開發(fā)環(huán)境搭建及程序應(yīng)用

PyQt5 開發(fā)的軟件功能要實(shí)現(xiàn)串行通訊、功能模塊劃分、數(shù)據(jù)顯示與存儲等三個主要功能。RS-485 總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)通訊接口的兼容匹配。設(shè)計監(jiān)測界面并對不同功能模塊進(jìn)行劃分，不僅能實(shí)時地顯示數(shù)據(jù)曲線，還能為技術(shù)人員調(diào)取歷史資料提供數(shù)據(jù)庫。

采用SQLite 數(shù)據(jù)庫對系統(tǒng)的驅(qū)動類型名稱和連接方式進(jìn)行定義，當(dāng)數(shù)據(jù)庫串聯(lián)成功后寫入計算代碼。共計設(shè)計三個數(shù)據(jù)表為存儲訪問用戶的基本信息；獲取傳感器傳輸?shù)臏y量數(shù)據(jù)量；存儲歷史故障信息，通過搜索引擎對用戶信息表、監(jiān)測數(shù)據(jù)表和故障報警表的字段數(shù)據(jù)類型、注釋進(jìn)行定義。

3.2 監(jiān)測界面設(shè)計

提升機(jī)輔助狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由主界面和子界面組成。通過串口通信信息對故障指示燈進(jìn)行控制并發(fā)出報警信息，不同頻段的數(shù)據(jù)鏈將通過RS-485 串口發(fā)送數(shù)據(jù)。提高采樣率的循環(huán)時間，將檢測數(shù)據(jù)的采集頻率設(shè)置為每150 ms 一次，所有的系統(tǒng)按鍵在正常時都顯示為綠色，當(dāng)發(fā)生故障時變?yōu)榧t色。

根據(jù)提升機(jī)各電動機(jī)的排布位置，對閘瓦、主軸的監(jiān)測界面進(jìn)行可視化界面設(shè)計。形成子系統(tǒng)的界面操作，如圖1 所示。

圖1 閘瓦間隙子界面示意圖

4 監(jiān)測功能實(shí)現(xiàn)與測試驗(yàn)證

大量研究表明，提升載荷變化引起鋼絲繩振動，鋼絲繩纏繞在滾筒上，振動信號又會傳遞到滾筒兩端的軸承上；減速器、聯(lián)軸器等部件一旦發(fā)生故障，就會產(chǎn)生異常的振動信號，這種信號會影響整個主軸系統(tǒng)。所以，通過監(jiān)測主軸系統(tǒng)中的振動信號便可以間接反映整個主軸系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

通過提升機(jī)輔助狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，對6 大主要故障類型的檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計。提升機(jī)輔助故障診斷準(zhǔn)確率分別是100%、80%、87%、93%、87%和100%，與人工的診斷結(jié)果相比，故障診斷的準(zhǔn)確率有較大提高，如表1 所示。因此，基于輔助狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)自動化故障診斷方法能夠得到更加可靠的故障信息。

表1 故障診斷結(jié)果分析