申利燕，張志峰，孔 紅

(1.山西工程職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030031；2.山西科達(dá)自控股份有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

礦井提升機(jī)是礦井生產(chǎn)中重要的提升設(shè)備，提升機(jī)運(yùn)行安全可靠與否不僅直接影響整個(gè)礦井的經(jīng)濟(jì)效益，而且還影響到井下工作人員的生命安全[1]。隨著物聯(lián)應(yīng)用普及和裝備智能化技術(shù)的提升，礦井提升機(jī)在線檢測(cè)與診斷技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)提升機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，它還可以采集故障診斷需要的各種數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理實(shí)現(xiàn)故障診斷[2]。

1 礦井提升機(jī)在線檢測(cè)與診斷系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井提升機(jī)在線檢測(cè)與診斷系統(tǒng)由感知層、傳輸層、應(yīng)用層三部分組成，感知層包括：傳感器、PLC控制器以及其他現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備；傳輸層包括：有線互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及傳輸設(shè)備；應(yīng)用層包括：運(yùn)行在云計(jì)算中心的人工智能分析軟件[3]。

圖1 礦井提升機(jī)在線檢測(cè)與診斷系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 感知層設(shè)備

1.1.1 采集終端

采集終端是感知層的主要設(shè)備，它主要是將傳感器的數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)錄入的設(shè)備信息、提升機(jī)控制設(shè)備主機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總，加密和壓縮，最后，使用專用的通訊協(xié)議統(tǒng)一將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層上傳至應(yīng)用層服務(wù)做統(tǒng)一的分析和布署；其次采集終端還具有現(xiàn)場(chǎng)分析和人員仿真訓(xùn)練功能，即對(duì)于一些直觀的故障給予報(bào)警和故障排除指導(dǎo)、操作仿真訓(xùn)練；最后采集終端實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用層的調(diào)度平臺(tái)或者礦山調(diào)度平臺(tái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音視頻互通。

1.1.2 采集終端所采集的數(shù)據(jù)

1) 通過(guò)傳感器直接采集的數(shù)據(jù)：電機(jī)的電量參數(shù)、電機(jī)軸承溫度、振動(dòng)參數(shù)等；主軸的振動(dòng)、偏擺等；天輪的振動(dòng)、偏擺等；閘間隙及偏擺等；現(xiàn)場(chǎng)視頻信息。

2) 現(xiàn)場(chǎng)錄入的設(shè)備信息有：主機(jī)、電控、液壓系統(tǒng)的基本信息；當(dāng)前操作、值班和巡檢人員信息；主要機(jī)電設(shè)備技術(shù)參數(shù)和檢修情況。

3) 通過(guò)提升機(jī)控制設(shè)備主機(jī)采集的信息有：故障內(nèi)容、故障發(fā)生的時(shí)間及對(duì)應(yīng)的主機(jī)狀態(tài)；主機(jī)實(shí)時(shí)的在線數(shù)據(jù)及運(yùn)行工況等操作狀態(tài)記錄。

1.1.3 現(xiàn)場(chǎng)采集傳感器

現(xiàn)場(chǎng)采集傳感器通過(guò)通訊與接觸式、非接觸式傳感器為采集終端提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。人員信息錄入常采用視頻錄入、指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)；設(shè)備信息錄入常采用二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭等技術(shù)實(shí)現(xiàn)；PT100、振動(dòng)傳感器、位移傳感器、加速度傳感器等分別用于檢測(cè)電機(jī)軸承溫度、主軸的振動(dòng)、偏擺及提升機(jī)運(yùn)動(dòng)的位移和加速度[4]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?，礦井提升機(jī)物聯(lián)網(wǎng)體系中網(wǎng)絡(luò)層是由專用網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程控制、移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)及多網(wǎng)融合、資源和存儲(chǔ)管理傳輸?shù)榷喾N傳輸方式相互結(jié)合，該網(wǎng)絡(luò)層充分利用各種傳輸方式的優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多樣化、高效率的數(shù)據(jù)傳輸[5]。

1.3 應(yīng)用層設(shè)備

應(yīng)用層相關(guān)設(shè)備可按云平臺(tái)建設(shè)要求配置，本處主要闡述有關(guān)軟件的功能。基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井提升機(jī)在線檢測(cè)與診斷系統(tǒng)主要分三大版塊，分別為在線檢測(cè)版塊、工程師管理版塊、設(shè)備資產(chǎn)管理版塊。

1.3.1 在線檢測(cè)版塊

在線檢測(cè)版塊是應(yīng)用層核心組成部分，在監(jiān)測(cè)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，做出預(yù)檢預(yù)修決策，通過(guò)故障遠(yuǎn)程診斷，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化及程序遠(yuǎn)程升級(jí)。

1.3.2 工程師管理系統(tǒng)

服務(wù)工程師分為現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程師和在線工程師，兩部分人統(tǒng)一由工程師管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程師運(yùn)用平臺(tái)管理軟件直接進(jìn)行管理，進(jìn)行人員權(quán)限管理、工作任務(wù)安排、服務(wù)流程審批、培訓(xùn)學(xué)習(xí)管理以及績(jī)效考核管理等。在線工程師運(yùn)用平臺(tái)管理軟件結(jié)合微信公眾平臺(tái)進(jìn)行管理。實(shí)現(xiàn)的管理功能主要有人員管理、訂單管理等。在線工程師根據(jù)能力的高低分為注冊(cè)工程師、資深工程師、專家工程師三個(gè)等級(jí)，在服務(wù)過(guò)程中根據(jù)服務(wù)的難易程度進(jìn)行工程師的任務(wù)分派。

1.3.3 設(shè)備資產(chǎn)管理版塊

設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)的主要作用是為提升機(jī)的機(jī)電設(shè)備提供從設(shè)備采購(gòu)、出入庫(kù)、保養(yǎng)、維修、報(bào)廢等的全生命周期管理，根據(jù)機(jī)電設(shè)備不同作用和使用環(huán)境，依托平臺(tái)的大數(shù)據(jù)分析，為機(jī)電設(shè)備建立不同的使用、維修保養(yǎng)檔案。

2 在線檢測(cè)與診斷功能的優(yōu)勢(shì)

2.1 實(shí)現(xiàn)運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)

對(duì)提升機(jī)主要機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況在線監(jiān)測(cè)，是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的前提。通過(guò)采集終端將安裝在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備上的傳感器數(shù)據(jù)、其它音視頻信息及提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到監(jiān)控中心，用戶可以登錄網(wǎng)頁(yè)或者手機(jī)客戶端觀看運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2.2 對(duì)提升機(jī)裝備數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)管理平臺(tái)將提升機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析，形成運(yùn)行曲線，從而查找異常數(shù)據(jù)，得出裝備運(yùn)行報(bào)告。

2.3 進(jìn)行預(yù)檢預(yù)修決策

根據(jù)提升機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)出具提升機(jī)的預(yù)防性檢修指導(dǎo)書(shū)，從而降低故障發(fā)生概率。

2.4 實(shí)現(xiàn)故障遠(yuǎn)程診斷

當(dāng)提升機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，利用在線平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)獲取提升機(jī)故障信息，根據(jù)提升機(jī)運(yùn)行工藝和維護(hù)資料，得出故障可能出現(xiàn)的原因，從而可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修理，以最快的速度解決現(xiàn)場(chǎng)故障[6]。

2.5 實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，伴隨著提升機(jī)的老化和系統(tǒng)環(huán)境的變化，可能會(huì)出現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行工況變差的情況，通過(guò)在線平臺(tái)的分析，提升機(jī)系統(tǒng)會(huì)自學(xué)習(xí)，并優(yōu)化參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)按照最優(yōu)運(yùn)行工況運(yùn)行，同時(shí)平臺(tái)工程師可以對(duì)提升機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)優(yōu)化校正，提高運(yùn)行效率。

2.6 實(shí)現(xiàn)程序遠(yuǎn)程升級(jí)

伴隨著提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高，控制系統(tǒng)的軟件控制需要逐步地完善，通過(guò)在線平臺(tái)，工程師可以對(duì)提升機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)程序的在線升級(jí)，提高其智能化水平。

3 結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)的提升機(jī)在線檢測(cè)與診斷技術(shù)主要從以下兩方面為日后提升機(jī)的安全、可靠、高效運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了可能：一方面使生產(chǎn)效率達(dá)到最優(yōu)，最終做到分散控制，集中優(yōu)化控制；另一方面使管理決策做到最優(yōu)，通過(guò)平臺(tái)的數(shù)據(jù)智能分析和技術(shù)、工藝的優(yōu)化，依據(jù)大數(shù)據(jù)(歷史經(jīng)驗(yàn))及數(shù)據(jù)模型，快速的幫助使用者做出最優(yōu)決策。