矿用提升机械装置的监控及故障诊断系统的研究.pdf

引言 矿用提升机作为井下煤矿运输及货物运输的重 要设备， 已在煤矿中得到了广泛应用。 而随着设备控 制技术的不断发展，当下实现提升机智能化检测控 制显得十分重要[1]。 对矿用提升机中的机械装置 （电 机、 减速器及滚筒、 液压制动系统、 斜井串车称重部 分） 工作状态进行监控及故障诊断， 已成为提高提升 机自动化控制水平的关键点[2]。 目前， 国内尚未对矿 用提升机中的机械装置工作状态进行全面系统的监 测及故障诊断，无法实现对其部件运行状态的实时 监测及控制。 为此， 对该系统的总体方案设计及关键 分系统进行设计，并最终进行了系统的实际应用测 试， 验证了该系统的可靠性及可行性。 1提升机械装置监控及故障诊断系统应用的必要性 煤矿生产企业大多位于偏远地区，煤矿各个机 电设备运行状态远程监测与故障诊断系统自成体 系。 以矿用提升机为例， 该设备上的监测数据信息存 在不能共享问题，且每个煤矿使用多个厂家的监测 系统， 需要对使用维护人员分别进行培训， 监测设备 生产厂家也需要经常定期到设备安装单位进行维护 巡查， 造成巨大的人力、 物力和信息浪费[3]。 这些煤矿监测生产厂家需要远程巡查，如果使 用远程监测与故障诊断系统，既及时发现了提升机 被监测部件的故障， 又可以节省大量人力物力[4]。 而 矿用提升机机械装置状态远程监测与故障诊断系统 具备机电设备运行状态远程监测与故障诊断、故障 报警、 数据存储及分析故障诊断等功能， 既可使专业 工程师在远程或异地就能对机电设备进行在线监控 和故障处理，同时指导现场工作人员快速进行故障 排除； 又可使主管领导及时了解现场情况， 采取有效 的处理措施。 目前， 成熟的方案主要采用远程无线网 络作为媒介， 不受距离和环境影响， 拥有良好的抗干 扰能力。它将现场监测与诊断提升至远程多人监测 和诊断，有效避免了因现场人为或信息传递阻塞而 造成事故传达的不及时。有利于高层及时了解现场 情况， 采取及时有效的措施。 所设计的监控系统安装 方便，只需更改现场计算机程序并增加 GPRS 远程 无线发射装置即可实现远程监测，用户需安装应用 程序就可以实时访问现场工控机端监测界面，掌握 设备运行工况信息。 综上分析， 对提升机机械装置进行监控， 进行故 障诊断系统的设计及实际应用，无论对设备本身还 是对保证企业的正常生产作业都具有重要的积极意 义， 非常有必要开展该系统的应用研究。 2监控及故障诊断系统方案的设计 结合矿用提升机机械装置的功能特点，对该装 置中的监控及故障诊断系统进行了方案设计。所设 计的系统主要由多种传感器 （油压、 位移、 振动、 温度 等传感器） 、 信号采集卡、 高速振动采集卡、 工控机、 采集箱、 信号调理器及相关配套器件组成， 传感器包 括安装在闸瓦上的闸间隙传感器、安装在闸内部的 正压力传感器、 焊接在油管上的油压传感器、 轴两端 的三向振动传感器、 热电偶温度传感器、 称重传感器 等多种传感器组成，而处于信号处理关键环节的监 测系统软件是由基于 NI LabVIEW 平台自主开发的， 它完成对采集数据的计算和分析[5]。 该监控及故障诊 断系统的工作原理为通过多路传感器将采集到的信 号转换成电信号输送给数据采集卡，数据采集卡将 采集到的振动、 温度、 制动正压力、 闸间隙、 提升前串 车重量和润滑油压、 温度等信号， 通过现场工控机进 行数据存储、 处理， 通过动画、 数值、 文字等显示， 并 进行故障诊断、 报警， 便于维修人员和司机及时发现 和处理故障，为事后查询和分析故障提供依据； 另 外，通过该系统中的 GPRS 来实现在远程服务器中 矿用提升机械装置的监控及故障诊断系统的研究 王新亮 （霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿， 山西临县033200） 摘要 针对矿用提升机中机械装置工作状态的监控及故障诊断系统的设计展开研究， 并对该系统进行了实际 应用测试， 结果表明 该系统具有更高的监测及故障诊断功能， 能有效缩短提升机维修时间及降低人员的劳动强 度， 具有重要的应用价值。 关键词 煤矿提升机监控诊断 中图分类号 TD605文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 06-0101-02 收稿日期 2020-01-16 作者简介 王新亮 （1989） ， 男， 毕业于山西煤炭职业技术学 院矿山机电专业， 安全科技术员， 助理工程师， 研究方向为矿 山机电。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.06.043 总第 206 期 2020 年第6 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 206 No.6， 2020 测试与诊断技术 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 的存储和故障诊断。整套监控及故障诊断系统的结 构框架图如图 1 所示。 3监控及故障诊断系统关键分系统的设计 液压站是制动器的驱动机构，为各制动闸提供 压力油， 以达到开闸和制动。 若闸松不开而导致提升 机不能运行， 只是故障， 不属于安全事故， 若提升机 正在运行必须制动时却不能回油制动，将导致所有 制动闸不能制动的重大安全事故，液压站的可靠性 决定了提升机的安全运行[6]。因此， 对提升机液压站 进行了监测系统的设计。首先在液压站转轴法兰盘 及机身上分别安装了振动传感器及温度传感器， 主 要负责对液压站运行过程中的振动情况及机身表面 温度进行信号采集及监测，其安装位置如图 2 和图 3 所示。同时， 在液压站上安装油压传感器和安全制 动回油时间监测板， 可监测一级制动油压、 二级制动 油压， 监测安全制动时间、 液压站残压等信号， 从而 诊断回油路的畅通和堵塞情况。 另外， 在液压站上安 装的紧急手动回油装置，是对安全制动失灵采取的 补救措施， 确保制动闸回油制动可靠。由此， 通过在 提升机液压站上安装各类检测设备，实现对液压站 运行状态及相关参数的采集及检测。 为了使系统能充分发挥其功能，软件设计的好 坏是关键。本系统采用模块化层次化的思想进行编 写， 除了能满足分析与监控的功能外， 还具有操作简 单、 界面友好直观、 运行可靠、 维护方便等优点。由 此， 基于 LabVIEW7 Express 平台， 对提升机械装置 状态监测及故障诊断软件部分进行了设计，其结构 主要包括信号采集模块、 参数设置模块、 数据处理模 块、 比较报警模块、 内存管理模块、 数据库模块等， 具 体结构框架图如图 4 所示。通过对几大模块分别进 行模块内部硬件设计、 程序编写及通讯接口设计， 汇 总实现对整个提升机机械装置的监测及诊断作用， 并通过编辑的相关程序软件，将最终结果在显示屏 上进行实时显示。 对煤矿监测系统而言，为获得设备的运行参数 和状态， 为分析事故原因、 调查设备状况提供参考， 需要详尽的设备运行记录。为了更好地管理和分析 数据， 及时发现故障， 系统采用了应用广泛的数据库 访问技术。利用 LabVIEW 实现数据库访问， 主要是 利用 LabVIEW 用户开发的免费 LabVIEW 数据库访 问工具 LabSQL 进行数据访问， 而 LabSQL 工具则主 要是利用 Microsoft ADO 以及 SQL 语言来完成。 在整 个数据库访问中，主要将复杂的低层 ADO 和 SQL 操作封装成一系列的 LabSOL VIs， 简单易用， 整个系 统的数据库记录及查询程序如图 5 所示。 由此， 完成 了监控及故障诊断系统的数据库记录及查询。 4应用效果分析 为验证该系统的整体综合性能，对其在提升机 中进行了实际应用测试。 在测试过程中， 安装该监控 系统后， 有效避免了提升机的停车故障检修， 实现了 在线监测制动正压力， 并发出相应的故障报警提示， 使得维修人员对提升机的故障排除及维修时间缩短 了将近一半，有效杜绝了因井下设备故障而造成的 人员伤亡事故，提高了人员的作 图 1提升机机械装置监测及诊断系统结构框架图 图 2振动传感器安装图图 3温度传感器安装图 图 4监测系统软件构成框图 图 5数据库记录及查询程序图 主板插采集卡 电缆传输信号 变 送 器 箱 数 据 线 采 集 箱 油 压 传 感 器 1 油 压 传 感 器 2 油 压 传 感 器 3 油 压 传 感 器 4 位 移 传 感 器 压 力 传 感 器 振 动 传 感 器 温 度 传 感 器 称 重 传 感 器 实时监测界面 内 存 管 理 模 块 数 据 库 模 块 比 较 报 警 模 块 曲 线 绘 制 模 块 数 据 处 理 模 块 参 数 设 置 模 块 信 号 采 集 模 块 AlarmInquireTable Close Conn Close Rcrdsct SQL Fetch Open Rcrdset Open Conn Crcate Rcrdsct Crcate Conn （下转第 146 页） 102 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 3实际应用效果 PLC 控制系统与变频器、皮带保护进行通讯， 主要实现整个皮带机的逻辑控制、 速度设定、 现场 设备状态和数据采集，以及与皮带机的联锁控制。 PLC 和各驱动间采用以太网实现通讯。该技术结合 实际情况， 应用到井下的皮带运输系统中， 形成崭 新的皮带集中控制系统，它可以有效减少作业人 员， 提高工作效率， 进一步推动了现代化、 智能化矿 井建设， 对实现 “矿山皮带设备管理无人值守” 提供 重要的研究价值。 项目经试运行成功后， 可减少作业人员， 延长设 备使用寿命， 大大节约人力资源， 降低生产成本。 4推广应用的前景 该项目的投入可全面提高矿井皮带运输控制系 统的现代化、 智能化， 为综合智能化、 现代化矿井的 建设提供有力的推动作用，可广泛应用于全矿井下 各主运输皮带系统。 参考文献 [1]李强、 董超.煤矿井下胶带输送机远程集中控制系统的应用[J]. 科技资讯， 2011 （16） 132-134 [2]陈和， 朱永华.浅谈煤矿井下皮带机的集中控制系统[J].科技创 新与应用， 2012 （9） 362-363 [3]王才.胶带输送机自动化控制系统[J].山东煤炭科技， 2010 （6） 242-244. （编辑 王瑾） Application of Belt Centralized Control System Zhang Hailong （Xishan Coal and Power Ximing Mine, Taiyuan Shanxi 030052） Abstract In order to control the main belt of mine on the basis of reducing the operator to achieve the comprehensive control of the running time, speed and torque of the belt, through continuous practice, a more perfect and advanced overall control scheme of the belt conveying system is studied. The scheme has the advantages of flexible parameter setting, convenient control, strong maintainability, combination of various control schemes, integrated belt protection and upper computer screen monitoring. Its put into use, can reduce the downhole operator, reduce the loss caused by equipment damage, and provide a strong guarantee for production safety. Key words belt centralized control; comprehensive protection; screen monitoring; equipment unattended 业安全性；同时也增加了提升机的提煤量和提物提 人量， 若每天总共的损失时间按 2 h 计算， 安装该系 统后， 可节约将近 30 min。另外， 提升机维修人员可 减少 1 个，每年可直接及间接给企业带来将近 100 万元经济收入， 经济效益比较可观。 参考文献 [1]孙志军.矿用提升机在线动态监测系统的设计[J].机械管理开 发， 2019， 34 （11） 216-218. [2]刘海富.矿用提升机控制系统设计分析[J].机械管理开发， 2019， 34 （3） 208-210. [3]李毅鹏， 李俊荣.PLC 控制技术在矿用提升机中的应用[J].江西 化工， 2015 （6） 155-156. [4]李令德.矿用提升机在线监测系统研究[D].湘潭 湖南科技大 学， 2014. [5]蒋求生. 基于 MPI 协议的矿用提升机电控系统设计与应用[D]. 湘潭 湘潭大学， 2013. [6]方明煌.矿用提升机安全监控系统可靠性的探讨[J].山西机械， 1995 （4） 17-20. （编辑 贾娟） Research on Monitoring and Fault Diagnosis System of Mine Lifting Machinery Wang Xinliang （Pangpangta Coal Mine of Lyulin Energy and Chemical Co.,Ltd., Linxian Shanxi 033200） Abstract This paper studies the design of monitoring and fault diagnosis system of mechanical device in mine hoist, and tests the system in practice. The results show that the system has higher monitoring and fault diagnosis function, can effectively shorten the maintenance time of hoist and reduce the labor intensity of personnel, increase the economic income of enterprises, and the system also has important popularization value. Key words coal mine; hoist; monitor; diagnose （上接第 102 页） 146