提升機遠程監(jiān)測及異常診斷系統(tǒng)的研究

牛海兵

（長治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長治046600）

引言

礦井提升機是利用驅動電機帶動提升罐籠進行升降的一種裝置，被廣泛應用于井下物料和人員輸送中。隨著煤炭綜采效率的不斷提升，對礦井提升機運行時的效率和安全性也提出了更高的需求，但由于提升機驅動機構長期在高負荷狀態(tài)下運行，因此導致提升機故障頻發(fā)，這已經成為影響礦井生產安全的一個關鍵因素。目前對提升機運行狀態(tài)的控制主要是通過定期維護的方式，側重于“過后”排查，無法及時對提升機的運行異常進行報警和維護，不僅維護效率低下而且可靠性差，無法滿足運行安全需求。本文提出了一種提升機遠程監(jiān)測及異常判斷系統(tǒng)，通過對提升機主要異常原因的分析，制定了遠程監(jiān)測參數(shù)和異常判斷邏輯，實現(xiàn)了對提升機運行過程的動態(tài)監(jiān)測。

1 提升機故障信號監(jiān)測系統(tǒng)原理

提升機主要由提升系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等構成，通過對提升機故障類別的分析，提升系統(tǒng)和制動系統(tǒng)故障占到了提升機總故障的96%以上，在提升系統(tǒng)的故障中傳遞齒輪的故障率達到了63%，傳動軸承的故障率達到了22%，制動系統(tǒng)的故障類別主要是制動力不足，制動間隙過小等。

提升系統(tǒng)中傳動齒輪和軸承的運行故障監(jiān)測可利用振動傳感器進行監(jiān)控，但由于振動傳感器在安裝過程中無法直接設置到軸承和齒輪處，因此為了確保對運行時的異常振動檢測的準確性，在選擇監(jiān)測位置時，應盡量靠近振動敏感位置和故障多發(fā)位置[1]，同時設置傳感器的機座要具有較大的強度，避免運行時的振動導致機座變形，影響監(jiān)測結果的準確性。根據(jù)實際驗證，將振動傳感器設置到提升系統(tǒng)的軸承座上時能夠獲得最佳的監(jiān)測效果，振動傳感器的監(jiān)測點分布如圖1所示，在提升系統(tǒng)上共設置8個監(jiān)測點，從而滿足對提升系統(tǒng)運行狀態(tài)的全貌監(jiān)測。

圖1 振動傳感器分布示意圖

提升機制動系統(tǒng)相對復雜，所出現(xiàn)的故障類型也較多，因此對提升機制動系統(tǒng)的監(jiān)測既需要滿足正常運行情況下的監(jiān)測需求又要滿足制動時安全、高效、靈敏性的需求，根據(jù)提升機在運行時的特點及常見故障類型，所選擇的制動系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)主要包括制動閘瓦間隙、液壓系統(tǒng)的油壓、制動盤的偏擺量。對制動閘瓦間隙的監(jiān)測主要通過非接觸式電渦流傳感器[2]，其監(jiān)測精度達到了±0.2 mm，監(jiān)測精度高、穩(wěn)定性好。對液壓系統(tǒng)油壓的監(jiān)測主要通過油壓式監(jiān)測傳感器，監(jiān)測精度高、抗干擾能量強。對制動盤偏擺量的監(jiān)測通過渦流式位置傳感器，能夠滿足±0.2 mm的監(jiān)測精度需求。提升機故障信號監(jiān)測系統(tǒng)整體結構如下頁圖2所示。

在該故障信號監(jiān)測系統(tǒng)中，采集卡主要是用于對各類監(jiān)測信號進行數(shù)據(jù)存儲和傳輸，因此要求采集卡的采集頻率范圍要廣、數(shù)據(jù)轉換速度快、穩(wěn)定性好，經過對比分析，確定選用采樣速率為300 kHz的異步數(shù)據(jù)采集卡，滿足數(shù)據(jù)采樣完整性的需求。

2 遠程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的整體結構

在對提升機各類故障發(fā)生原因和現(xiàn)象進行數(shù)據(jù)收集的基礎上，所提出的遠程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)整體結構如圖3所示。該系統(tǒng)主要包括了本地診斷和遠程在線診斷兩個部分[3]，本地診斷主要由現(xiàn)場監(jiān)測站、C/S客戶端等構成，主要用于對單個模塊進行精確的故障分析和處理。遠程診斷中心則主要包括遠程數(shù)據(jù)服務器、遠程數(shù)據(jù)傳輸中心等，主要用于遠程在線監(jiān)測和調整。

圖2 提升機故障信號監(jiān)測系統(tǒng)整體結構示意圖

圖3 遠程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)結構示意圖

在該遠程監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)中，現(xiàn)場監(jiān)測站是系統(tǒng)的核心，一方面需要對提升機運行過程中的各類運行參數(shù)、振動數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和存儲，另一方面需要接受控制終端傳輸過來的各類指令，進行調整和數(shù)據(jù)信息反饋，因此對數(shù)據(jù)處理能力要求較高，需要有足夠大的存儲空間和極快的數(shù)據(jù)處理速度。系統(tǒng)的總監(jiān)測站一方面需要對提升機整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和顯示，另一方面需要作為遠程診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中轉站，滿足異地專家遠程在線診斷的需求。

3 遠程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)診斷方法

為了進一步規(guī)范提升機運行故障類別，提升故障判別的準確性和效率，本文在對提升機常見故障的類別、原因、處理方案進行深入分析的基礎上，提出了利用模糊故障樹理論[4]對提升機故障進行分析。在實際應用中首先由系統(tǒng)故障來倒推導致系統(tǒng)故障的各個設備故障，再由設備故障倒推相關零件的故障，由此建立一個金字塔形的故障類別邏輯關系圖。

當提升機運行時出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)自動從故障現(xiàn)象入手，對故障原因和設計的設備、零件進行倒推，從而快速確定故障原因，為了確保故障診斷系統(tǒng)的運行精確性，在系統(tǒng)中設置了接口模塊，便于對故障樹模型進行修正和完善，提升機遠程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)故障樹模型如圖4所示。

圖4 故障樹模型示意圖

4 應用效果

根據(jù)統(tǒng)計，該提升機遠程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)自投入應用以后，提升機的停機異常降低了96.4%，平均故障維修時間降低了91.8%，顯著提高了提升機運行的穩(wěn)定性和效率，目前該方案已經在多個煤礦投入應用，取得了較好的應用效果。

5 結論

1）將振動傳感器設置到提升系統(tǒng)的軸承座上時能夠獲得最佳的監(jiān)測效果；

2）提升機故障診斷系統(tǒng)包括本地診斷和遠程在線診斷兩個部分，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)本地自檢和遠程在線診斷，有效提升故障處理速度；

3）該提升機遠程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)自投入應用以后，提升機的停機異常降低了96.4%，平均故障維修時間降低了91.8%，顯著提高了提升機運行的穩(wěn)定性和效率。