摘要：本文針對國內(nèi)外的升降機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)進(jìn)行了研究，并對礦井中升降機(jī)的常見故障進(jìn)行了分析，提出了一種基于GPRS通信的礦井升降機(jī)故障自判斷的系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)測；故障診斷；維修決策

中圖分類號：TD534 文獻(xiàn)識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）015-000-01

引言

礦山升降機(jī)在礦井進(jìn)出中占有舉足輕重的位置，當(dāng)升降機(jī)在工作中出現(xiàn)隱形的故障而未能盡快的被維修人員所注意，會直接增加企業(yè)停產(chǎn)的可能性。對于規(guī)模較大的礦山工程，其升降機(jī)與運(yùn)輸機(jī)是礦業(yè)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，文中針對安慶銅礦企業(yè)中的升降機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，形成一個可進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測與自動修復(fù)為一體的智能系統(tǒng)。

一、提升機(jī)主要故障分析

礦井中的升降機(jī)器主要由動力傳動機(jī)構(gòu)、制動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、觀測和操縱系統(tǒng)及拖動保護(hù)系統(tǒng)所組成，升降機(jī)的故障常表現(xiàn)為與標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行參數(shù)發(fā)生了相對偏離。升降機(jī)的工作環(huán)境較為惡略，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時存在電壓變化幅度較大情況下的交互影響等因素，致使其故障的產(chǎn)生常為多種形態(tài)，且故障間具有一定的級聯(lián)關(guān)系。

綜合礦業(yè)中的升降機(jī)常見的故障問題，從故障成因及故障形式來看，電機(jī)、減速器、主軸卷筒及制動故障中常見的故障形式為轉(zhuǎn)子、軸承及齒輪箱等問題。其中制動閘瓦間隙、制動盤的偏擺及油壓等因素是造成制動系統(tǒng)產(chǎn)生故障的主要成因。該三者成因的獲取僅需依靠傳感器即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集，信號處理及診斷技術(shù)無需過多的參入。

二、監(jiān)測診斷系統(tǒng)設(shè)計及硬件選型

1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文所構(gòu)建的礦井智能遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)是由現(xiàn)場監(jiān)測與服務(wù)器遠(yuǎn)程監(jiān)測兩部分組成。其中工作區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測的以西門子PPI協(xié)議實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集，以O(shè)PC服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總；遠(yuǎn)程監(jiān)測中心采用GPRS網(wǎng)絡(luò)形成無線組網(wǎng)，組網(wǎng)方式為IP。

工作區(qū)域底層所采集的數(shù)據(jù)信息主要包含升降機(jī)原有電控系統(tǒng)、電源、傳感器系統(tǒng)、可編程邏輯控制器PLC及其模擬量采集模塊EM23 7、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備S1NAUT MD720-3、工控機(jī)等；遠(yuǎn)程的監(jiān)測中心根據(jù)服務(wù)器上所上傳的信息，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對工作區(qū)域監(jiān)測系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

該系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)基于以下功能進(jìn)行設(shè)計：

（1）升降機(jī)的電氣設(shè)備電量參數(shù)、液壓站的壓力及溫度、轉(zhuǎn)子震動信號、故障點(diǎn)、閘瓦間隙和制動盤偏擺量等多方面的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行變化值的實時采集，完成數(shù)據(jù)采集后，然后以GPRS的功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）在監(jiān)測環(huán)境中工作的采集設(shè)備，可實現(xiàn)對升降數(shù)據(jù)的實時采集與查障。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控中心具有可靠的特點(diǎn)對底層監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，進(jìn)而實現(xiàn)遠(yuǎn)程的分析。能夠根據(jù)獲取數(shù)據(jù)的不同時刻值獲取運(yùn)行狀態(tài)曲線圖。

（4）當(dāng)?shù)讓铀杉臄?shù)據(jù)反映出模塊具有故障，能夠?qū)崿F(xiàn)報警，并在記錄數(shù)據(jù)中增加此異常。

（5）遠(yuǎn)程監(jiān)測人員可通過對服務(wù)器上獲取的數(shù)據(jù)及曲線圖進(jìn)行打印，對升降機(jī)的歷史數(shù)據(jù)及某段時間的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄，為以后的故障排查提供支撐。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）電源設(shè)計

PLC控制器的工作運(yùn)行需要外接24V電壓，此外控制器上的擴(kuò)展部分及傳感器節(jié)點(diǎn)通過連接PLC實現(xiàn)電源能量的獲取，無源觸點(diǎn)與控制器的接通也需要24V的電壓供電。即所設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)需要外接24V的電源才能實現(xiàn)功能。電源的技術(shù)參數(shù)包含有輸入電壓和輸出電壓兩部分。輸入電壓為AC，220V±10%，50HZ±0.5HZ；輸出電壓為DC，24V。

（2）傳感器系統(tǒng)

根據(jù)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)需要上傳的數(shù)據(jù)類型，在礦井處所布設(shè)的傳感器節(jié)點(diǎn)包含以下幾種：

①電機(jī)電流是根據(jù)電流互感器與變送器的數(shù)值進(jìn)行獲?。?/p>

②電機(jī)轉(zhuǎn)速通過升降機(jī)的測速發(fā)電機(jī)直流輸出的并聯(lián)方式進(jìn)行獲??；

③轉(zhuǎn)子振動采用YD30集成的加速度傳感器進(jìn)行獲取。該傳感器是將敏感器件、信號轉(zhuǎn)換、測量與放大電路相結(jié)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取，因而在成因上其屬于集成式傳感器。其監(jiān)測對象范圍為2.SkHz的±1g-±18g區(qū)間內(nèi)的加速度，對外界干擾具有較強(qiáng)的抵抗性、工作中具有較好的穩(wěn)定性與可靠性。

④油溫采用Pt100鎧裝式溫度傳感器作為溫度的采集。Pt100傳感器是由純度為99.995%的鉑絲繞制而成，因此功能實現(xiàn)性較為穩(wěn)定、測溫精度高、在其測溫范圍內(nèi)的測溫數(shù)值線性度很好。

（3）抗干擾措施

①以屏蔽電纜作為介質(zhì)。即采用導(dǎo)電線纜的屏蔽體作為衰減外界干擾的一種方式。本文所設(shè)計的系統(tǒng)中模擬信號傳輸介質(zhì)即采用此種方式。

②將信號隔離器使用于本系統(tǒng)中。即隔離外界干擾與接收系統(tǒng)，實現(xiàn)無干擾模式下的信號傳輸，進(jìn)而抑制外界干擾的效果。常用的光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方式均是為實現(xiàn)此目的。

在所設(shè)計的智能監(jiān)測系統(tǒng)中，將虹潤公司的NHR-M31智能電壓/電流變送器隔離板引入實現(xiàn)隔離作用。即所傳送的信號要經(jīng)過隔離板的中轉(zhuǎn)方能實現(xiàn)目的儀表的傳輸。

（4）PLC及其I/O模塊

通過實際工程應(yīng)用證明，西門子企業(yè)所生產(chǎn)的控制器具有可靠性強(qiáng)、通信命令多且可擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)勢。以PC/PPI電纜為傳輸介質(zhì)，可對PLC的RS485通信接口與計算機(jī)中的RS232通信接口進(jìn)行通信。

所設(shè)計的智能監(jiān)測系統(tǒng)底層選用CPU224XP PLC和EM231作為采集器件。PLC的開關(guān)量輸入（DI）與輸出分別為14點(diǎn)和l0點(diǎn)，輸出形式為24VDC，2A繼電器輸出。此外該控制器集成了2個模擬量輸入點(diǎn)和1個模擬量輸出點(diǎn)?？刂破鞯臄U(kuò)展部分可額外連接7個模塊，即最大數(shù)字和模擬擴(kuò)展量分別為168路和32路。

（5）GPRS調(diào)制解調(diào)器

系統(tǒng)中使用的GPRS通信模塊，該模塊是由SINAUT MD720-3 GPRS調(diào)制解調(diào)器、天線和GPRS通訊管理軟件SINAUT MICRO SC等組成，從而實現(xiàn)S7-200 PLC與GPRS間的無線通信。

作者簡介：宋海兵（1975-），男，安徽安慶人，助理工程師，從事礦山機(jī)械方面的工作。