礦井提升機在線監(jiān)測技術(shù)開發(fā)與研究

夏澤友

【摘要】在當前的采礦活動中，礦井提升機是不可或缺的一類機電設(shè)備，其運行情況不僅直接關(guān)系到礦井的整體生產(chǎn)力而且還關(guān)系到井下職工的生命財產(chǎn)安全。本篇論文就國內(nèi)外學術(shù)界針對狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷等相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀展開了深入分析，同時提出了一種新的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)以GPRS通訊和PLC控制為基礎(chǔ)，現(xiàn)就其工控機軟件與可編程式邏輯控制器程序兩個方面的配置與實現(xiàn)展開介紹。

【關(guān)鍵詞】礦井提升機 監(jiān)測技術(shù)

1 常規(guī)斜井提升機的工作原理

當前采礦業(yè)常用的提升機類設(shè)備其主要結(jié)構(gòu)包括以下幾大分系統(tǒng)：（1）動力與傳動系統(tǒng)：該部分的主要構(gòu)成為電機、主軸裝置與減速器；（2）制動系統(tǒng)：主要有液壓泵站、制動器及制動間盤；（3）潤滑系統(tǒng)：主要結(jié)構(gòu)為管路與泵站；（4）操縱于觀測系統(tǒng)：主要包含深度指示器和操作臺兩大部分；（5）拖動保護系統(tǒng)：該分系統(tǒng)帶有專門的裝置提供安全保護，在其作用下提升機能夠進行平穩(wěn)的啟停、轉(zhuǎn)向和變速等相關(guān)操作。

當前主井與副井所用的提升系統(tǒng)分別為斜井箕斗和串車提升兩種，其構(gòu)成為：兩根鋼絲繩一端纏繞在提升機滾筒上一端經(jīng)過天輪同箕斗相連，箕斗部分處于井下等待裝煤，部分處于井上棧橋卸煤。系統(tǒng)運行時處于并下的礦車在翻車機的作用下將其乘載的煤轉(zhuǎn)人處于井下的煤倉之中，其后在工作人員的操控下倉內(nèi)的煤進去箕斗之中，在提升機的作用下箕斗中的煤最終進入處于地面的煤倉。因為帶動箕斗的鋼絲繩一端同滾筒相連，所以提升機開動后隨著滾筒的轉(zhuǎn)動鋼絲繩將帶動箕斗在斜井內(nèi)往復動作，從而實現(xiàn)煤的轉(zhuǎn)運。

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計該在線系統(tǒng)主要具有以下幾項功能：

（1）實時采集并分析提升機的具體運行信息，主要內(nèi)容包含有：監(jiān)測設(shè)備運行時的電氣參數(shù)；監(jiān)測液壓站的實時壓力、油溫有無超標；監(jiān)測轉(zhuǎn)子運行時的振動情況；確定設(shè)備存在的缺陷與出現(xiàn)的故障；監(jiān)測制動盤有無偏擺、閘瓦間隙大小；利用無線訊號發(fā)送及接收設(shè)備的實時狀態(tài)信息。

（2）安裝在現(xiàn)場的工控機能夠借助網(wǎng)絡對提升機的運行數(shù)據(jù)進行實時分析，從而及時對設(shè)備出現(xiàn)的故障做出診斷。

（3）監(jiān)測站獲得的設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)以及工控機做出的分析結(jié)果都將顯示在監(jiān)控中心；借助曲線圖可以在監(jiān)控中心直觀的了解設(shè)備運行狀況的具體變化。

（4）設(shè)備運行中出現(xiàn)異常情況時將實時發(fā)出警報，與此同時系統(tǒng)還將以短信息的方式發(fā)出警報，并且該警報將被收錄人相關(guān)記錄內(nèi)。

（5）某一時段內(nèi)設(shè)備的運行、操作、故障等相關(guān)信息都可以打印成報表供管理人員進行查閱，該方式不僅有助于工作人員及時對設(shè)備故障進行排查，而且還可以提供真實的歷史數(shù)據(jù)，從而右，便進行貝葉斯網(wǎng)絡仿真。

本次設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)將按照“現(xiàn)場監(jiān)測站遠程監(jiān)控中心”的經(jīng)典模式進行建設(shè)。其中選用OPC服務器和西門子公司的PPI協(xié)議進行現(xiàn)場通信；遠程通信則利用公網(wǎng)的固定式IP進行組網(wǎng)，其后搭配GPRS。從組成來看，安裝在現(xiàn)場的監(jiān)測站其核心結(jié)構(gòu)包括電源、傳感器及電控系統(tǒng)以及土控機、PL、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和負責采集模擬量的模塊等等；遠程監(jiān)控中心的核心結(jié)構(gòu)主要為計算機，其配備的計算機均帶有固定IP，借助網(wǎng)絡該中心能夠監(jiān)測提升機的實時運行1青況，同時還能對其故障做出及時診斷。下圖1對該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成做出了簡單示意：

3 監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本次設(shè)計的在線監(jiān)控系統(tǒng)其數(shù)據(jù)采集及相關(guān)處理選用了西門子公司的可編程式邏輯控制器PLC，考慮到系統(tǒng)的兼容性與穩(wěn)定性需求，最終決定選用型號為SINAUTMD720-3的模塊負責系統(tǒng)的無線通訊。因為當前的GPRS技術(shù)在實時性方面有所欠缺無法實時處理振動信號等相關(guān)信息，綜合考慮后本系統(tǒng)決定首先借助PPI協(xié)議和PC/PPI電纜與工控機對采集到的實時信息進行處理，其后再將故障信息發(fā)送給 PLC，按照該設(shè)計PLC需要傳輸?shù)男畔⒘繉⒋蟠鬁p少，而且整個系統(tǒng)還能對設(shè)備實現(xiàn)實時監(jiān)控與故障預警等相關(guān)操作。

4 基于PLC控制技術(shù)的GPRS通信模塊

西門子公司針對型號為S7-200的PLC專門開發(fā)了一款型號為STEP7-Micrp/WIN的專業(yè)編程軟件，使用西門子PLC的用戶在開發(fā)過程中將不可避免的用到該工具，該編程工具對于相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計以及設(shè)備的檢測、調(diào)試等工作均有著極大幫助。

PLC中針對設(shè)備實時狀態(tài)監(jiān)測的相關(guān)開關(guān)量可以進行直接提取，在西門子提供了一個專業(yè)的指令庫，借助該指令庫的換算比例可以將傳感裝置采集的模擬量訊號進行實時轉(zhuǎn)換從而獲得實際模擬量。本篇論文主要對無線通訊的確立過程以及短信發(fā)送程序的切換操作進行了著重介紹。

從操作模式來看SINAUT MD720-3共有AT與GPRS兩種，即終端與OPC兩大模式。從功能來看AT模式的核心功能為收發(fā)短信；GPRS模式的核心功能在于負責實現(xiàn)OPC服務器與S7-200的通訊。利用上述編程工具編寫短信發(fā)送以及GPRS通訊兩個程序時需要用到西門子公司的專業(yè)程序庫。為確保實現(xiàn)無線通訊，必須要利用PPI電纜將S7-200的通訊接口（RS485）同SINAUTMD720-3對應的接口（PS232）進行連接。

5 結(jié)束語

從內(nèi)容來講，第一步文章首先對無線通訊各種傳輸模式的選擇進行了簡單介紹，其中重點對無線通訊的優(yōu)勢與選擇組網(wǎng)方式兩個方面展開了描述。第二步介紹了該系統(tǒng)的總方案，并對系統(tǒng)選用的主要硬件進行了說明。文章最后介紹了本系統(tǒng)所用的各種軟件，并點明了以為基礎(chǔ)的通訊的具體實現(xiàn)辦法。

參考文獻：

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