孔莊礦提升機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

董佩

摘要：孔莊煤礦混合立井井筒直徑8.1m，井深1083m，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1.5Mt/a，混合井主井提升機(jī)滾筒直徑為4m，主電動(dòng)機(jī)功率2500KW，提升高度1041米，額定載重量16噸。針對(duì)孔莊煤礦混合井井筒深，提升任務(wù)重，井筒裝備復(fù)雜，通過對(duì)孔莊煤礦混合井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究，成功完成了混合井信號(hào)，閘控、電控、天輪在線稱重等監(jiān)控系統(tǒng)的融合。

關(guān)鍵詞：傳感器;監(jiān)控系統(tǒng);提升機(jī);上位機(jī)

由于混合井井筒較深，提升任務(wù)重，井筒裝備復(fù)雜，因此為保障混合井各系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)混合井各系統(tǒng)信息自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的穩(wěn)定密切配合，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的提前預(yù)防和處理，進(jìn)而避免各類事故的發(fā)生，保障混合井的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 提升機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)

1.1 系統(tǒng)組成

通過對(duì)提升系統(tǒng)故障分析確定滿足診斷要求需監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)的特征參數(shù)，構(gòu)建了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要由絞車房監(jiān)測(cè)單元、天輪監(jiān)測(cè)單元、提升容器監(jiān)測(cè)單元組成。

1.2 絞車房監(jiān)測(cè)單元

1.2.1 主軸軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)單元

提升機(jī)摩擦輪主軸軸承位于絞車房?jī)?nèi)，因此采集到的軸承振動(dòng)信號(hào)經(jīng)變送器進(jìn)行放大處理后再通過數(shù)據(jù)采集模塊，以總線方式直接傳輸至主控室，通過 CPU 解析后由監(jiān)控平臺(tái)讀取。

1.2.2 懸繩振動(dòng)監(jiān)測(cè)單元

提升機(jī)鋼絲繩離開摩擦輪輪緣至天輪輪緣的一段通常稱為懸繩。懸繩持續(xù)劇烈的橫向振動(dòng)往往會(huì)造成相鄰軸向運(yùn)動(dòng)懸繩之間的劇烈碰擦，，嚴(yán)重影響鋼絲繩的使用壽命;此外，懸繩劇烈的橫向振動(dòng)容易加速繩槽磨損，嚴(yán)重縮短摩擦輪和天輪等設(shè)備的使用壽命。在鋼絲懸繩靜止時(shí)，進(jìn)行目標(biāo)初始位置進(jìn)行拍攝，獲得原始標(biāo)識(shí)。鋼絲懸繩運(yùn)動(dòng)過程中抓拍圖像與原始標(biāo)識(shí)進(jìn)行比較、計(jì)算，將圖上像素距離轉(zhuǎn)化為實(shí)際距離，對(duì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，設(shè)定規(guī)定閾值進(jìn)行判斷、預(yù)警。

1.2.3 其他的信號(hào)接入模塊

絞車房?jī)?nèi)還有提升機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)一般都具有一定的監(jiān)測(cè)模塊，對(duì)以采集到的信號(hào)本平臺(tái)因留有接口方便這些信號(hào)接入。

1.3 天輪監(jiān)測(cè)單元

天輪軸承振動(dòng)及偏擺監(jiān)測(cè)單元：

（1）天輪軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)單元。由于提升機(jī)天輪軸承長(zhǎng)期工作在低速重載的工況中，在天輪裝置的每個(gè)軸承座上安裝具有低頻特性的加速度振動(dòng)傳感器采集軸承的振動(dòng)信號(hào)，然后將振動(dòng)信號(hào)傳輸給模擬量無線采集卡，通過無線采集卡將振動(dòng)信號(hào)傳給無線接收裝置，最后由無線接收裝置將振動(dòng)信號(hào)傳輸給監(jiān)測(cè)平臺(tái)。本方案中采用的是 TG3C 三向加速度傳感器，該傳感器的頻率范圍是 0400Hz，靈敏度是 5000±50mV/g，通過磁吸的方式將振動(dòng)傳感器安裝在軸承座上。

（2）天輪偏擺監(jiān)測(cè)單元。在天輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，利用紅外攝像機(jī)對(duì)其目標(biāo)監(jiān)測(cè)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)攝像，所獲得的視頻流數(shù)據(jù)通過無線傳輸與接收，傳輸?shù)揭曨l數(shù)據(jù)采集卡中。天輪甩油嚴(yán)重，因此對(duì)攝像機(jī)鏡頭需要一定的遮擋防止油污污染鏡頭。

1.4 提升容器監(jiān)測(cè)單元

對(duì)于千米深井重載的提升系統(tǒng)來說，安全可靠性必然是監(jiān)控系統(tǒng)的重大任務(wù)之一。一旦發(fā)生故障，例如過載、張力不平衡、斷繩、卡罐、過卷等事故時(shí)，將嚴(yán)重影響煤礦的正常安全生產(chǎn)以及危及工作人員的生命安全。因此，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)張力的變化情況，實(shí)時(shí)診斷出過載、張力不平衡、過卷、卡罐、卸載不徹底等異常工況，以保證提升機(jī)的安全運(yùn)行和人員的生命安全。由于孔莊礦的提升鋼絲繩為 4 根，因此，需 4 個(gè)壓力傳感器進(jìn)行壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，選擇量程為 35MPa。壓力變送器將鋼絲繩的張力變換為電信號(hào)，經(jīng)由采集發(fā)射模塊采集轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并向井口發(fā)射。

2 提升機(jī)全狀態(tài)故障診斷與預(yù)測(cè)平臺(tái)

2.1 系統(tǒng)組成

根據(jù)孔莊煤礦的主井提升機(jī)的實(shí)際，本方案進(jìn)行了多傳感器信息融合的健康診斷研究，分別采集天輪軸承振動(dòng)、天輪偏擺、主軸軸承、提升載荷、張力平衡裝置等方面的狀態(tài)信息，對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理與特征提取，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)健康狀態(tài)的決策判斷。

2.2 故障診斷與預(yù)測(cè)平臺(tái)

提升系統(tǒng)全狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)主要集成了天輪監(jiān)測(cè)模塊、提升容器監(jiān)測(cè)模塊、絞車房監(jiān)測(cè)模塊。每一個(gè)模塊都是獨(dú)立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具備自身特有的監(jiān)測(cè)方法和報(bào)警功能。該平臺(tái)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性能，用戶可以根據(jù)需求在該平臺(tái)上再集成其他模塊。提升系統(tǒng)故障分析與診斷平臺(tái)主要通過監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)接收模塊接收監(jiān)測(cè)平臺(tái)發(fā)送的故障信息（系統(tǒng)正常時(shí)的數(shù)據(jù)和信息由各模塊自行處理和儲(chǔ)存）。通過故障分析與診斷模塊給出該故障信息對(duì)應(yīng)的故障原因與建議性解決方案。每一次的故障信息都將通過故障信息顯示和儲(chǔ)存模塊在人機(jī)界面上顯示。故障案例記錄存入專家系統(tǒng)知識(shí)庫。用戶可以通過該模塊查看歷史故障案例和案例分析。

3 結(jié)論

根據(jù)目前我國(guó)提升信息自動(dòng)化的水平，混合井信息自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于其它煤礦提升系統(tǒng)具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。在主提絞車房可實(shí)時(shí)顯示混合井提升系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)故障語音報(bào)警，做到事故的提前預(yù)防，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了事故的提前預(yù)防和預(yù)警，提高了系統(tǒng)管理人員及現(xiàn)場(chǎng)人員的工作效率，保障了混合井系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。

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夠更好地滿足高鐵的需求。工電一體化作業(yè)要結(jié)合實(shí)踐，從管理模式的改革入手，建立有效的管理制度、生產(chǎn)聯(lián)合和應(yīng)急處置制度，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備結(jié)合部的有效管理及病害的及時(shí)防治，實(shí)現(xiàn)工電維修工作效率提升的同時(shí)也保證維修工作的質(zhì)量，確保鐵路運(yùn)輸安全。

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