礦井提升機狀態(tài)監(jiān)測數據分析研究

孫加華　朱亞楠　豆娜

摘? 要：針對礦井提升機狀態(tài)監(jiān)測問題，采用LabVIEW開發(fā)平臺，設計了提升機數據采集與分析軟件，能夠對礦井提升機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實現了提升機的位置、速度、加速度、電樞電流和電壓等數據的采集處理、顯示存儲，以及超限警示功能。分別通過時域分析和頻域分析方法，完成了電樞電流和電壓等參數的標準差、方差、頻譜、功率譜等性能指標分析。

關鍵詞：提升機;狀態(tài)監(jiān)控;虛擬儀器;數據分析

中圖分類號：TD534 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）06-0053-03

Abstract： Aiming at the problem of mine hoist condition monitoring， the data acquisition and analysis software of mine hoist is designed by using LabVIEW software development platform. It can monitor the running state of mine hoist in real time. It realizes the data acquisition， processing， display and storage of the position， speed， acceleration， armature current and voltage of the hoist， as well as the over limit warning function. The standard deviation， variance， frequency spectrum and power spectrum of armature current and voltage are analyzed by time domain analysis and frequency domain analysis.

Keyword： mine hoist; status monitoring; virtual instrument; data analysis

引言

提升機是礦山行業(yè)中廣泛應用的一種運輸工具，承擔著礦石提升任務。礦井提升機結構復雜、載荷大、工況環(huán)境較為惡劣。提升機的正常工作是保障礦山安全生產的重要組成部分，為了保證其具有高效、安全和穩(wěn)定的特點，礦井提升機都具有很好的控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)。目前隨著科技水平的不斷提高，礦井提升機也不斷進行著技術更新，逐步向著自動化、智能化的方向發(fā)展。

通過配置多類型傳感器，對提升機的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并根據數據分析算法，對監(jiān)測數據進行分析，提取有效信息，及時發(fā)現故障和安全隱患，是提高提升機安全運行的重要技術手段?；谟嬎銠C的提升機狀態(tài)監(jiān)測可以實現現場數據采集變送、處理分析、存儲打印、應急預警等功能。

1 礦井提升機監(jiān)測系統(tǒng)組成

礦井提升機監(jiān)測系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)包括現場傳感器、變送器、數據采集卡、通信網關等部件，主要通過系統(tǒng)集成的方式進行實現。軟件系統(tǒng)主要包括現場數據采集端的數據采集與處理軟件，以及安裝在監(jiān)控室上位機的數據分析軟件組成。

采用LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺，針對礦井提升機的電樞電流，電壓，溫度，速度，加速度等狀態(tài)參數進行監(jiān)測和數據分析，同時設置過流、過壓等超限報警功能。LabVIEW是一種用圖形代替文字進行創(chuàng)作、編輯的圖形化編程語言，具有操作便捷、界面直觀等優(yōu)點。提升機狀態(tài)監(jiān)測數據分析軟件的主要功能如下：

（1）能夠顯示提升機的實時動態(tài)位置以及運動情況;

（2）能夠監(jiān)測提升機的速度、加速度、電壓、電流等狀態(tài)量的變化;

（3）能夠以文本、曲線等形式對監(jiān)測的狀態(tài)數據進行實時顯示;

（4）具有參數超限報警功能，當檢測數據超過預先設定的預警值之后能夠發(fā)出報警提示;

（5）能夠對監(jiān)測數據進行均值、方差、標準差等時域分析。

（6）能夠對監(jiān)測數據進行頻譜：功率譜、傅里葉變換等頻域分析。

2 監(jiān)測系統(tǒng)數據采集設計

在提升機的運行過程中運行速度、加速度、電動機電壓、電流、油溫、油壓和提升機的實時位置等參數直接影響到提升機是否能夠正常工作，所以為保障提升機運行過程中一旦出現故障，技術人員可以及時發(fā)現并提出相應的解決方案，本監(jiān)測系統(tǒng)的數據采集部分主要以上述參數作為主要對象。數據采集軟件包括用戶登陸模塊、數據采集模塊、參數設置模塊、數據顯示存儲模塊等組成。軟件運行時，首先出現的是登錄界面，用來對用戶設置訪問權限，只有輸入正確密碼并按登錄鍵，才能進入主界面。用戶登錄成功后，進入監(jiān)測主界面，實現數據采集分析、存儲顯示等功能。監(jiān)測數據處理程序框圖和數據存儲程序框圖分別如圖1和圖2所示。

3 監(jiān)測數據分析設計

對提升機的運行數據分別采用時域和頻域方法進行分析處理。時域分析是以時間為衡量標準，在時間域內進行變量的分析，分析各個變化量隨著時間的變化而變化的情況，運用二維坐標系進行波形顯示，根據輸出的時間關系特性，得到系統(tǒng)穩(wěn)定性、暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性等。針對電壓、電流、速度和加速度參數，采用的主要分析方法包括監(jiān)測數據的均值、均方根、方差、標準差、眾數、中值以及最大值和最小值等。均值是所有得到的數據的平均值，表示監(jiān)測數據中最接近的一個數值，可以表征數據的聚集程度。方差和標準差能表達出監(jiān)測數據的離散程度。眾數是一組監(jiān)測數據之中出現次數頻率最多的數據，代表數據的一般水平?；贚abVIEW的提升機電樞電流時域分析模塊如圖3所示。

圖3 提升機電樞電流時域分析模塊

監(jiān)測數據時域分析軟件界面如圖4所示。包括過流、過壓、超溫指示燈和提升狀態(tài)顯示，速度、加速度、油壓和電樞電流的曲線顯示等。軟件界面的下部為時域分析結果，通過這些數值的時域計算，可分析出監(jiān)測數據的時域指標。

圖4 監(jiān)測數據時域分析界面

頻域分析法是一種常用的數據處理方法。系統(tǒng)中的采集信號都是由許多復雜的信號合成而來。頻率特性是指輸出信號與輸入信號之間的頻域特性關系。頻域分析法既可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，同時也能分析系統(tǒng)的動態(tài)特性，可以十分便捷的分析出系統(tǒng)瞬態(tài)性能的指標，簡要分析出輸入信號對于瞬態(tài)響應的影響，以便研究系統(tǒng)的瞬態(tài)性能特征。同時頻域分析不受系統(tǒng)的線性特點影響，既可以分析線性時變系統(tǒng)，也可以分析非線性時變系統(tǒng)。

本設計對于所采集到的礦井提升機電樞電流和電壓進行頻域的分析監(jiān)測數據分析。主要分析方法包括頻譜、功率譜、傅里葉變換、窗函數設計等。監(jiān)測數據頻域分析軟件界面如圖5所示。

圖5 監(jiān)控數據頻域分析

4 結束語

針對提升機狀態(tài)監(jiān)測問題，設計基于LavBIEW的數據采集和數據分析軟件。軟件主要由系統(tǒng)管理、數據采集、參數監(jiān)測、數據分析、故障報警等功能模塊組成。實現了提升機電樞電流、電壓、運行速度、加速度、位置，油溫油壓等信息的采集和分析。采用時域方法對監(jiān)測數據的均值、方差、眾數、最值等信息進行分析，以及監(jiān)測數據的頻譜、功率譜等頻域特性分析。

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