礦用提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

胡 勇，付 勝

（北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124）

提升機(jī)是煤礦企業(yè)的重要設(shè)備，一旦發(fā)生故障可能導(dǎo)致停產(chǎn)甚至造成人員傷亡，所以對(duì)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)非常必要。

一、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

礦用提升機(jī)在運(yùn)行過程中隨著速度和運(yùn)行狀態(tài)的改變，很多參數(shù)隨之變化，這些參數(shù)的變化能夠反應(yīng)出提升機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，所以這些參數(shù)需要采集后送往控制器進(jìn)行處理。控制器再將采集的參數(shù)送往上位機(jī)，最后由上位機(jī)進(jìn)行處理和顯示。

根據(jù)實(shí)際情況，整個(gè)系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩部分，其中硬件部分包括傳感器和變送器；控制器模塊和信號(hào)采集模塊即輸入輸出模塊；上位機(jī)以及攝像頭和視頻服務(wù)器。在硬件系統(tǒng)中傳感器和變送器把設(shè)備運(yùn)行參數(shù)送到信號(hào)采集模塊，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中?？刂破髋c上位工控機(jī)之間通過工業(yè)交換機(jī)連接，通過通信地址設(shè)置，上位機(jī)就可以讀取控制器中的數(shù)據(jù)。

軟件部分包括上位機(jī)軟件和控制器模塊專用配置軟件。在上位機(jī)中讀取的數(shù)據(jù)，通過進(jìn)一步的運(yùn)算處理即可顯示。上位機(jī)軟件中包括主監(jiān)控畫面、報(bào)警提示畫面、故障記錄等，其中主畫面顯示提升機(jī)罐籠和電機(jī)運(yùn)行的模擬畫面、重要參數(shù)顯示以及運(yùn)行曲線等。

1.硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)所要采集的信號(hào)包括模擬量和數(shù)字量信號(hào)，其中模擬量信號(hào)包括主電機(jī)的電壓和電流、電機(jī)溫度和軸瓦溫度、測(cè)速電機(jī)電壓、制動(dòng)油壓、潤(rùn)滑油壓以及閘瓦間隙等信號(hào)。而數(shù)字量信號(hào)則包括過卷、松繩、深度指示失效、上下行終端、制動(dòng)油溫等信號(hào)。系統(tǒng)還要監(jiān)測(cè)提升機(jī)的提升速度和罐籠位置這兩個(gè)重要參數(shù)，那么就需要引入高速計(jì)數(shù)模塊來實(shí)現(xiàn)此功能，根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求采集模塊需要很高的采集頻率。電機(jī)的軸上設(shè)有四個(gè)采集點(diǎn)，這樣電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈就有四個(gè)脈沖信號(hào)，通過脈沖數(shù)量就可以計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速和提升位置。采用旋轉(zhuǎn)編碼器也可實(shí)現(xiàn)這一功能，那采集模塊要有更高的采集頻率，當(dāng)然精確度也相對(duì)提高。

整個(gè)硬件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、讀取和顯示的過程如圖1所示。

攝像頭把視頻信號(hào)送往視頻服務(wù)器中，通過交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)配置，在整個(gè)環(huán)網(wǎng)上可以讀取所采集的視頻信號(hào)，在操作室和調(diào)度中心都有相應(yīng)的工控機(jī)和顯示器用于顯示監(jiān)控的畫面。同時(shí)在調(diào)度中心通過視頻監(jiān)控軟件的設(shè)置，在一臺(tái)顯示器上同時(shí)觀察多個(gè)分站的視頻畫面。

傳感器的選擇要滿足實(shí)際需求，本系統(tǒng)需要用到溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、霍爾傳感器、電壓電流變送器等，同時(shí)還用到了智能電表、智能溫度巡檢儀。而傳感器應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾性、線性范圍大等特點(diǎn)。其中霍爾傳感器用于測(cè)量閘瓦間隙，該參數(shù)很重要，閘瓦間隙過大時(shí)不能使罐籠停到預(yù)定位置，同時(shí)當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)也不能實(shí)現(xiàn)急停，可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故；而閘瓦間隙過小也會(huì)導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)確，并且會(huì)加快閘瓦的磨損。振動(dòng)傳感器、電壓變送器、霍爾傳感器都是與模擬量模塊相連接。智能溫度巡檢儀、智能電表用于采集溫度和電壓電流信號(hào)，并通過RS485接口連接到控制器上，控制器模塊提供了RS485通信接口，用于與RS485設(shè)備進(jìn)行通信。RS485通信設(shè)備之間是串行連接的，這樣可以保證RS485通信的穩(wěn)定。

系統(tǒng)中使用的I/O設(shè)備主要是輸入模塊，模塊之間的連接是通過級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的，最后連接到控制器上，采集的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)到控制器的存儲(chǔ)區(qū)中，等待上位機(jī)讀取。而控制器需要專用軟件進(jìn)行配置，主要是選擇通信的頻率和模式，選擇控制器所帶的I/O模塊的型號(hào)。

控制器和工控主機(jī)的連接是通過網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榭刂乒窈筒僮髋_(tái)之間的距離一般有十幾米遠(yuǎn)，最多不超過幾十米，所以通過Ethernet口進(jìn)行連接即可。如果傳輸距離很遠(yuǎn)，達(dá)到幾千米，或分站的信號(hào)要送達(dá)到調(diào)度中心，則需要通過光纖線連接實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的通信，同時(shí)需要工業(yè)交換機(jī)和光纖傳輸設(shè)備。

2.軟件設(shè)計(jì)

在軟件部分主要分為上位機(jī)軟件和控制器配置軟件兩部分，但該系統(tǒng)控制器不實(shí)現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行控制功能，所以只是完成采集模塊的配置即可。通過配置控制器給采集的信號(hào)分配相應(yīng)地址，然后上位機(jī)與控制器通信時(shí)即可根據(jù)控制器分配的地址讀取相應(yīng)的信號(hào)。

而上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中占有重要地位，軟件中畫面的顯示和報(bào)警要及時(shí)準(zhǔn)確，關(guān)系到整個(gè)提升機(jī)的安全。上位機(jī)軟件的功能是從控制器讀取數(shù)據(jù)，通過畫面進(jìn)行顯示的過程。提升機(jī)的主監(jiān)測(cè)畫面包括數(shù)據(jù)顯示、曲線顯示和模擬畫面。數(shù)據(jù)顯示部分是對(duì)提升機(jī)的重要參數(shù)進(jìn)行顯示，其中包括電機(jī)電流、電機(jī)電壓、測(cè)速電機(jī)電壓、電機(jī)溫度、軸瓦溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑油壓、制動(dòng)油壓等。而曲線顯示部分主要是提升的速度曲線。同時(shí)組態(tài)王為用戶提供了便利功能，該軟件可以繪制兩種曲線，分別是歷史曲線和實(shí)時(shí)曲線。同時(shí)上位機(jī)還有鏈接數(shù)據(jù)庫(kù)、打印報(bào)表、報(bào)警提示等功能。

二、結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)是北京工業(yè)大學(xué)精密儀器實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的，目前用于同煤集團(tuán)部分煤礦，經(jīng)多年實(shí)際運(yùn)行，基本上達(dá)到了工程要求，在使用過程中為保證提升機(jī)的安全運(yùn)行起到了很好的作用。很多異常狀況被及早發(fā)現(xiàn)，提高了提升機(jī)的運(yùn)行效率，降低了故障發(fā)生率。

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