基于GPRS通信的礦山提升機故障診斷系統的研究

摘要：本文針對國內外的升降機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術進行了研究，并對礦井中升降機的常見故障進行了分析，提出了一種基于GPRS通信的礦井升降機故障自判斷的系統。

關鍵詞：礦井提升機；遠程監(jiān)測；故障診斷；維修決策

中圖分類號：TD534 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）015-000-01

引言

礦山升降機在礦井進出中占有舉足輕重的位置，當升降機在工作中出現隱形的故障而未能盡快的被維修人員所注意，會直接增加企業(yè)停產的可能性。對于規(guī)模較大的礦山工程，其升降機與運輸機是礦業(yè)安全、穩(wěn)定運行的重要保障，文中針對安慶銅礦企業(yè)中的升降機遠程監(jiān)控系統進行研究，形成一個可進行遠程監(jiān)測與自動修復為一體的智能系統。

一、提升機主要故障分析

礦井中的升降機器主要由動力傳動機構、制動系統、潤滑系統、觀測和操縱系統及拖動保護系統所組成，升降機的故障常表現為與標準的運行參數發(fā)生了相對偏離。升降機的工作環(huán)境較為惡略，系統組成結構較為復雜，同時存在電壓變化幅度較大情況下的交互影響等因素，致使其故障的產生常為多種形態(tài)，且故障間具有一定的級聯關系。

綜合礦業(yè)中的升降機常見的故障問題，從故障成因及故障形式來看，電機、減速器、主軸卷筒及制動故障中常見的故障形式為轉子、軸承及齒輪箱等問題。其中制動閘瓦間隙、制動盤的偏擺及油壓等因素是造成制動系統產生故障的主要成因。該三者成因的獲取僅需依靠傳感器即可實現數據信息的采集，信號處理及診斷技術無需過多的參入。

二、監(jiān)測診斷系統設計及硬件選型

1.系統總體結構設計

本文所構建的礦井智能遠程監(jiān)測系統是由現場監(jiān)測與服務器遠程監(jiān)測兩部分組成。其中工作區(qū)域內的監(jiān)測的以西門子PPI協議實現的數據采集，以OPC服務器實現數據的匯總；遠程監(jiān)測中心采用GPRS網絡形成無線組網，組網方式為IP。

工作區(qū)域底層所采集的數據信息主要包含升降機原有電控系統、電源、傳感器系統、可編程邏輯控制器PLC及其模擬量采集模塊EM23 7、數據傳輸設備S1NAUT MD720-3、工控機等；遠程的監(jiān)測中心根據服務器上所上傳的信息，通過GPRS網絡實現對工作區(qū)域監(jiān)測系統的遠程監(jiān)控。

該系統的設計應基于以下功能進行設計：

（1）升降機的電氣設備電量參數、液壓站的壓力及溫度、轉子震動信號、故障點、閘瓦間隙和制動盤偏擺量等多方面的數據信息進行變化值的實時采集，完成數據采集后，然后以GPRS的功能實現數據的接收與轉發(fā)。

（2）在監(jiān)測環(huán)境中工作的采集設備，可實現對升降數據的實時采集與查障。

（3）遠程監(jiān)控中心具有可靠的特點對底層監(jiān)測數據進行獲取，進而實現遠程的分析。能夠根據獲取數據的不同時刻值獲取運行狀態(tài)曲線圖。

（4）當底層所采集的數據反映出模塊具有故障，能夠實現報警，并在記錄數據中增加此異常。

（5）遠程監(jiān)測人員可通過對服務器上獲取的數據及曲線圖進行打印，對升降機的歷史數據及某段時間的運行狀態(tài)進行記錄，為以后的故障排查提供支撐。

2.系統硬件設計

（1）電源設計

PLC控制器的工作運行需要外接24V電壓，此外控制器上的擴展部分及傳感器節(jié)點通過連接PLC實現電源能量的獲取，無源觸點與控制器的接通也需要24V的電壓供電。即所設計的監(jiān)測系統需要外接24V的電源才能實現功能。電源的技術參數包含有輸入電壓和輸出電壓兩部分。輸入電壓為AC，220V±10%，50HZ±0.5HZ；輸出電壓為DC，24V。

（2）傳感器系統

根據監(jiān)測節(jié)點需要上傳的數據類型，在礦井處所布設的傳感器節(jié)點包含以下幾種：

①電機電流是根據電流互感器與變送器的數值進行獲??；

②電機轉速通過升降機的測速發(fā)電機直流輸出的并聯方式進行獲取；

③轉子振動采用YD30集成的加速度傳感器進行獲取。該傳感器是將敏感器件、信號轉換、測量與放大電路相結合的方式進行數據的獲取，因而在成因上其屬于集成式傳感器。其監(jiān)測對象范圍為2.SkHz的±1g-±18g區(qū)間內的加速度，對外界干擾具有較強的抵抗性、工作中具有較好的穩(wěn)定性與可靠性。

④油溫采用Pt100鎧裝式溫度傳感器作為溫度的采集。Pt100傳感器是由純度為99.995%的鉑絲繞制而成，因此功能實現性較為穩(wěn)定、測溫精度高、在其測溫范圍內的測溫數值線性度很好。

（3）抗干擾措施

①以屏蔽電纜作為介質。即采用導電線纜的屏蔽體作為衰減外界干擾的一種方式。本文所設計的系統中模擬信號傳輸介質即采用此種方式。

②將信號隔離器使用于本系統中。即隔離外界干擾與接收系統，實現無干擾模式下的信號傳輸，進而抑制外界干擾的效果。常用的光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方式均是為實現此目的。

在所設計的智能監(jiān)測系統中，將虹潤公司的NHR-M31智能電壓/電流變送器隔離板引入實現隔離作用。即所傳送的信號要經過隔離板的中轉方能實現目的儀表的傳輸。

（4）PLC及其I/O模塊

通過實際工程應用證明，西門子企業(yè)所生產的控制器具有可靠性強、通信命令多且可擴展性強的優(yōu)勢。以PC/PPI電纜為傳輸介質，可對PLC的RS485通信接口與計算機中的RS232通信接口進行通信。

所設計的智能監(jiān)測系統底層選用CPU224XP PLC和EM231作為采集器件。PLC的開關量輸入（DI）與輸出分別為14點和l0點，輸出形式為24VDC，2A繼電器輸出。此外該控制器集成了2個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點?？刂破鞯臄U展部分可額外連接7個模塊，即最大數字和模擬擴展量分別為168路和32路。

（5）GPRS調制解調器

系統中使用的GPRS通信模塊，該模塊是由SINAUT MD720-3 GPRS調制解調器、天線和GPRS通訊管理軟件SINAUT MICRO SC等組成，從而實現S7-200 PLC與GPRS間的無線通信。

作者簡介：宋海兵（1975-），男，安徽安慶人，助理工程師，從事礦山機械方面的工作。