礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

礦用機(jī)械式采掘設(shè)備的發(fā)展越來越趨于大型化以及復(fù)雜化，在運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的故障。自動監(jiān)測礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障，是確保礦用機(jī)械式采掘設(shè)備安全、穩(wěn)定工作的重要前提條件[1]。目前，我國應(yīng)用的礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動監(jiān)測系統(tǒng)，主要采用主動自報的方式監(jiān)測設(shè)備故障中的具體參數(shù)，并通過GPRS傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在監(jiān)測精度低的問題，經(jīng)常會出現(xiàn)誤報警的現(xiàn)象。未彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)精度不足的問題，本文設(shè)計一種新型礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動監(jiān)測系統(tǒng)，致力于提高礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動監(jiān)測精度，降低監(jiān)測誤報警率。

1 礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 傳感器

本文設(shè)計的傳感器型號為BT-A500-E432，用于測量礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障電壓、電流等關(guān)鍵參數(shù)的實時狀態(tài)[2]。傳感器內(nèi)置MPU-589741芯片，MPU-589741芯片作為一個封裝的復(fù)合型芯片，能夠有效提高礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳感精度。BT-A500-E432傳感器，具體參數(shù)指標(biāo)，如表1所示。

表1 BT-A500-E432傳感器參數(shù)指標(biāo)

結(jié)合表1所示，BT-A500-E432傳感器能夠測量故障以及非故障狀態(tài)下的礦用機(jī)械式采掘設(shè)備運行參數(shù)，多種維度監(jiān)測礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障中的各項參數(shù)指標(biāo)，滿足礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測的要求。

1.2 監(jiān)測主機(jī)

在傳感器的基礎(chǔ)上，設(shè)計監(jiān)測主機(jī)，型號為OM-A6 X2547777，帶獨立看門狗，大容量存儲器，無需依賴網(wǎng)絡(luò)即可完成礦用機(jī)械式采掘設(shè)備配電、UPS、溫度、濕度、煙感、圖像采集等設(shè)備的運行參數(shù)，并集中監(jiān)控管理，通過短信、電話、郵件、聲光、微信等進(jìn)行報警。在故障狀況下，完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)監(jiān)測、現(xiàn)場圖像采集、報警信息發(fā)布、遠(yuǎn)程控制等操作。以此，完成系統(tǒng)硬件部分設(shè)計。

2 礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 自動追蹤礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測信號

在礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測過程中，首先要明確故障監(jiān)測信號的發(fā)射點與傳輸路徑[3]。而后基于信號分析，假定監(jiān)測振動信號可表示礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障的實時狀態(tài)，設(shè)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測振動信號的表達(dá)式為，則有公式（1）。

公式（1）中：m指的是信號濾波轉(zhuǎn)換次數(shù)；j指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測振動信號的選擇傳輸路徑；Amj指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測振動信號濾波轉(zhuǎn)換次數(shù)序列分布平方和；n指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測振動信號跟蹤節(jié)點區(qū)域系數(shù)。通過公式（1），重構(gòu)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測信號在傳輸路徑的需排列。假定經(jīng)過濾波轉(zhuǎn)換后，礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測信號的能量傳輸呈現(xiàn)逐步遞減趨勢，滿足自動追蹤35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測信號的要求?？蓪⒆詣幼粉櫟V用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測信號的目標(biāo)函數(shù)設(shè)為E，則有公式（2）。

公式（2）中：k指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測信號能量值。通過公式（2），實現(xiàn)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測信號自動追蹤。最后，利用礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測信號的映射函數(shù)與信號庫映射的方式，接收礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測數(shù)據(jù)，推理監(jiān)測信號的故障點。

2.2 礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

在接收礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，配置故障監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯編代碼[4]。本文采用XCOM V2.0定點模塊對故障監(jiān)測數(shù)據(jù)執(zhí)行匯編代碼，平均分配每個礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測數(shù)據(jù)信號一個唯一標(biāo)識，即為deviceld。這樣一來，通過deviceld將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，從而減少礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測數(shù)據(jù)中的冗余值，進(jìn)一步提高礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測精度，降低監(jiān)測過程中出現(xiàn)的誤報警次數(shù)。

2.3 顯示礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測結(jié)果

完成監(jiān)測數(shù)據(jù)處理后，將系統(tǒng)故障監(jiān)測報警功能連接后臺，顯示礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測數(shù)據(jù)[5]。將數(shù)字形式數(shù)據(jù)在終端的顯示映射取值范圍設(shè)置在0～1之間，通過計算每個數(shù)據(jù)的映射值，以此獲得礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測結(jié)果。設(shè)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測結(jié)果的表達(dá)式為Q，可得公式（3）。

公式（3）中：K指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測數(shù)字形式數(shù)據(jù)可信任度；E指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障電壓值；φ指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障電流值。通過公式（3），計算得出的映射值作為礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測的關(guān)鍵依據(jù)，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳遞情況，傳輸終端數(shù)據(jù)，并顯示數(shù)據(jù)信息，完成礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測。

3 實例分析

3.1 實驗準(zhǔn)備

為構(gòu)建實例分析，實驗對象選取某礦用機(jī)械式采掘設(shè)備，并對礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障的基本參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計，如表2所示。

表2 礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障參數(shù)

根據(jù)表2所示，分別使用傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)以及本文設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行實驗，設(shè)置傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)為實驗對照組。實驗主要內(nèi)容為測試兩種監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測誤報警率，監(jiān)測誤報警率越低證明監(jiān)測精度越高。

3.2 實驗結(jié)果分析與結(jié)論

整理實驗結(jié)果，如圖1所示。

圖1 監(jiān)測誤報警率對比圖

通過圖1可得出如下的結(jié)論：本文設(shè)計系統(tǒng)監(jiān)測誤報警率明顯低于對照組，具有實際應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

通過礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動監(jiān)測中存在的問題。由此可見，本文設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)是具有現(xiàn)實意義的。

在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)在礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動監(jiān)測中的應(yīng)用力度。截止目前，國內(nèi)外針對礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動監(jiān)測系統(tǒng)研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對礦用機(jī)械式采掘設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計提出深入研究，為提高礦用機(jī)械式采掘設(shè)備的綜合性能提供專業(yè)指導(dǎo)。