基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井提升機在線診斷系統(tǒng)研究*

申利燕，張志峰，孔 紅

(1.山西工程職業(yè)學院，山西 太原 030031；2.山西科達自控股份有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

礦井提升機是礦井生產(chǎn)中重要的提升設備，提升機運行安全可靠與否不僅直接影響整個礦井的經(jīng)濟效益，而且還影響到井下工作人員的生命安全[1]。隨著物聯(lián)應用普及和裝備智能化技術(shù)的提升，礦井提升機在線檢測與診斷技術(shù)不僅可實現(xiàn)提升機實時狀態(tài)監(jiān)測，它還可以采集故障診斷需要的各種數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行分析處理實現(xiàn)故障診斷[2]。

1 礦井提升機在線檢測與診斷系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井提升機在線檢測與診斷系統(tǒng)由感知層、傳輸層、應用層三部分組成，感知層包括：傳感器、PLC控制器以及其他現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備；傳輸層包括：有線互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)以及傳輸設備；應用層包括：運行在云計算中心的人工智能分析軟件[3]。

圖1 礦井提升機在線檢測與診斷系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 感知層設備

1.1.1 采集終端

采集終端是感知層的主要設備，它主要是將傳感器的數(shù)據(jù)、現(xiàn)場錄入的設備信息、提升機控制設備主機數(shù)據(jù)進行分類匯總，加密和壓縮，最后，使用專用的通訊協(xié)議統(tǒng)一將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡層上傳至應用層服務做統(tǒng)一的分析和布署；其次采集終端還具有現(xiàn)場分析和人員仿真訓練功能，即對于一些直觀的故障給予報警和故障排除指導、操作仿真訓練；最后采集終端實現(xiàn)與應用層的調(diào)度平臺或者礦山調(diào)度平臺實現(xiàn)語音視頻互通。

1.1.2 采集終端所采集的數(shù)據(jù)

1) 通過傳感器直接采集的數(shù)據(jù)：電機的電量參數(shù)、電機軸承溫度、振動參數(shù)等；主軸的振動、偏擺等；天輪的振動、偏擺等；閘間隙及偏擺等；現(xiàn)場視頻信息。

2) 現(xiàn)場錄入的設備信息有：主機、電控、液壓系統(tǒng)的基本信息；當前操作、值班和巡檢人員信息；主要機電設備技術(shù)參數(shù)和檢修情況。

3) 通過提升機控制設備主機采集的信息有：故障內(nèi)容、故障發(fā)生的時間及對應的主機狀態(tài)；主機實時的在線數(shù)據(jù)及運行工況等操作狀態(tài)記錄。

1.1.3 現(xiàn)場采集傳感器

現(xiàn)場采集傳感器通過通訊與接觸式、非接觸式傳感器為采集終端提供相應的數(shù)據(jù)。人員信息錄入常采用視頻錄入、指紋識別、虹膜識別等技術(shù)實現(xiàn)；設備信息錄入常采用二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器、攝像頭等技術(shù)實現(xiàn)；PT100、振動傳感器、位移傳感器、加速度傳感器等分別用于檢測電機軸承溫度、主軸的振動、偏擺及提升機運動的位移和加速度[4]。

1.2 網(wǎng)絡層設備

網(wǎng)絡層設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?，礦井提升機物聯(lián)網(wǎng)體系中網(wǎng)絡層是由專用網(wǎng)絡、遠程控制、移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)及多網(wǎng)融合、資源和存儲管理傳輸?shù)榷喾N傳輸方式相互結(jié)合，該網(wǎng)絡層充分利用各種傳輸方式的優(yōu)缺點，實現(xiàn)多樣化、高效率的數(shù)據(jù)傳輸[5]。

1.3 應用層設備

應用層相關(guān)設備可按云平臺建設要求配置，本處主要闡述有關(guān)軟件的功能?；谖锫?lián)網(wǎng)的礦井提升機在線檢測與診斷系統(tǒng)主要分三大版塊，分別為在線檢測版塊、工程師管理版塊、設備資產(chǎn)管理版塊。

1.3.1 在線檢測版塊

在線檢測版塊是應用層核心組成部分，在監(jiān)測提升機運行狀態(tài)的過程中，通過對設備數(shù)據(jù)進行智能分析，做出預檢預修決策，通過故障遠程診斷，實現(xiàn)運行參數(shù)優(yōu)化及程序遠程升級。

1.3.2 工程師管理系統(tǒng)

服務工程師分為現(xiàn)場服務工程師和在線工程師，兩部分人統(tǒng)一由工程師管理系統(tǒng)進行管理。對于現(xiàn)場服務工程師運用平臺管理軟件直接進行管理，進行人員權(quán)限管理、工作任務安排、服務流程審批、培訓學習管理以及績效考核管理等。在線工程師運用平臺管理軟件結(jié)合微信公眾平臺進行管理。實現(xiàn)的管理功能主要有人員管理、訂單管理等。在線工程師根據(jù)能力的高低分為注冊工程師、資深工程師、專家工程師三個等級，在服務過程中根據(jù)服務的難易程度進行工程師的任務分派。

1.3.3 設備資產(chǎn)管理版塊

設備資產(chǎn)管理系統(tǒng)的主要作用是為提升機的機電設備提供從設備采購、出入庫、保養(yǎng)、維修、報廢等的全生命周期管理，根據(jù)機電設備不同作用和使用環(huán)境，依托平臺的大數(shù)據(jù)分析，為機電設備建立不同的使用、維修保養(yǎng)檔案。

2 在線檢測與診斷功能的優(yōu)勢

2.1 實現(xiàn)運行在線監(jiān)測

對提升機主要機電設備運行狀況在線監(jiān)測，是實現(xiàn)該系統(tǒng)的前提。通過采集終端將安裝在現(xiàn)場機電設備上的傳感器數(shù)據(jù)、其它音視頻信息及提升機運行狀態(tài)實時數(shù)據(jù)遠傳到監(jiān)控中心，用戶可以登錄網(wǎng)頁或者手機客戶端觀看運行數(shù)據(jù)。

2.2 對提升機裝備數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)管理平臺將提升機運行數(shù)據(jù)進行自動分析，形成運行曲線，從而查找異常數(shù)據(jù)，得出裝備運行報告。

2.3 進行預檢預修決策

根據(jù)提升機運行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會自動出具提升機的預防性檢修指導書，從而降低故障發(fā)生概率。

2.4 實現(xiàn)故障遠程診斷

當提升機出現(xiàn)故障時，利用在線平臺，可以實時獲取提升機故障信息，根據(jù)提升機運行工藝和維護資料，得出故障可能出現(xiàn)的原因，從而可以指導現(xiàn)場進行修理，以最快的速度解決現(xiàn)場故障[6]。

2.5 實現(xiàn)運行參數(shù)優(yōu)化

提升機在運行過程中，伴隨著提升機的老化和系統(tǒng)環(huán)境的變化，可能會出現(xiàn)提升機運行工況變差的情況，通過在線平臺的分析，提升機系統(tǒng)會自學習，并優(yōu)化參數(shù)，系統(tǒng)會按照最優(yōu)運行工況運行，同時平臺工程師可以對提升機進行遠程參數(shù)優(yōu)化校正，提高運行效率。

2.6 實現(xiàn)程序遠程升級

伴隨著提升機系統(tǒng)設計水平的提高，控制系統(tǒng)的軟件控制需要逐步地完善，通過在線平臺，工程師可以對提升機進行系統(tǒng)程序的在線升級，提高其智能化水平。

3 結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)的提升機在線檢測與診斷技術(shù)主要從以下兩方面為日后提升機的安全、可靠、高效運行實現(xiàn)了可能：一方面使生產(chǎn)效率達到最優(yōu)，最終做到分散控制，集中優(yōu)化控制；另一方面使管理決策做到最優(yōu)，通過平臺的數(shù)據(jù)智能分析和技術(shù)、工藝的優(yōu)化，依據(jù)大數(shù)據(jù)(歷史經(jīng)驗)及數(shù)據(jù)模型，快速的幫助使用者做出最優(yōu)決策。