基于GPRS通信的矿山提升机故障诊断系统的研究

摘要：本文针对国内外的升降机状态监测与故障诊断技术进行了研究，并对矿井中升降机的常见故障进行了分析，提出了一种基于GPRS通信的矿井升降机故障自判断的系统。

关键词：矿井提升机；远程监测；故障诊断；维修决策

中图分类号：TD534 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）015-000-01

引言

矿山升降机在矿井进出中占有举足轻重的位置，当升降机在工作中出现隐形的故障而未能尽快的被维修人员所注意，会直接增加企业停产的可能性。对于规模较大的矿山工程，其升降机与运输机是矿业安全、稳定运行的重要保障，文中针对安庆铜矿企业中的升降机远程监控系统进行研究，形成一个可进行远程监测与自动修复为一体的智能系统。

一、提升机主要故障分析

矿井中的升降机器主要由动力传动机构、制动系统、润滑系统、观测和操纵系统及拖动保护系统所组成，升降机的故障常表现为与标准的运行参数发生了相对偏离。升降机的工作环境较为恶略，系统组成结构较为复杂，同时存在电压变化幅度较大情况下的交互影响等因素，致使其故障的产生常为多种形态，且故障间具有一定的级联关系。

综合矿业中的升降机常见的故障问题，从故障成因及故障形式来看，电机、减速器、主轴卷筒及制动故障中常见的故障形式为转子、轴承及齿轮箱等问题。其中制动闸瓦间隙、制动盘的偏摆及油压等因素是造成制动系统产生故障的主要成因。该三者成因的获取仅需依靠传感器即可实现数据信息的采集，信号处理及诊断技术无需过多的参入。

二、监测诊断系统设计及硬件选型

1.系统总体结构设计

本文所构建的矿井智能远程监测系统是由现场监测与服务器远程监测两部分组成。其中工作区域内的监测的以西门子PPI协议实现的数据采集，以OPC服务器实现数据的汇总；远程监测中心采用GPRS网络形成无线组网，组网方式为IP。

工作区域底层所采集的数据信息主要包含升降机原有电控系统、电源、传感器系统、可编程逻辑控制器PLC及其模拟量采集模块EM23 7、数据传输设备S1NAUT MD720-3、工控机等；远程的监测中心根据服务器上所上传的信息，通过GPRS网络实现对工作区域监测系统的远程监控。

该系统的设计应基于以下功能进行设计：

（1）升降机的电气设备电量参数、液压站的压力及温度、转子震动信号、故障点、闸瓦间隙和制动盘偏摆量等多方面的数据信息进行变化值的实时采集，完成数据采集后，然后以GPRS的功能实现数据的接收与转发。

（2）在监测环境中工作的采集设备，可实现对升降数据的实时采集与查障。

（3）远程监控中心具有可靠的特点对底层监测数据进行获取，进而实现远程的分析。能够根据获取数据的不同时刻值获取运行状态曲线图。

（4）当底层所采集的数据反映出模块具有故障，能够实现报警，并在记录数据中增加此异常。

（5）远程监测人员可通过对服务器上获取的数据及曲线图进行打印，对升降机的历史数据及某段时间的运行状态进行记录，为以后的故障排查提供支撑。

2.系统硬件设计

（1）电源设计

PLC控制器的工作运行需要外接24V电压，此外控制器上的扩展部分及传感器节点通过连接PLC实现电源能量的获取，无源触点与控制器的接通也需要24V的电压供电。即所设计的监测系统需要外接24V的电源才能实现功能。电源的技术参数包含有输入电压和输出电压两部分。输入电压为AC，220V±10%，50HZ±0.5HZ；输出电压为DC，24V。

（2）传感器系统

根据监测节点需要上传的数据类型，在矿井处所布设的传感器节点包含以下几种：

①电机电流是根据电流互感器与变送器的数值进行获取；

②电机转速通过升降机的测速发电机直流输出的并联方式进行获取；

③转子振动采用YD30集成的加速度传感器进行获取。该传感器是将敏感器件、信号转换、测量与放大电路相结合的方式进行数据的获取，因而在成因上其属于集成式传感器。其监测对象范围为2.SkHz的±1g-±18g区间内的加速度，对外界干扰具有较强的抵抗性、工作中具有较好的稳定性与可靠性。

④油温采用Pt100铠装式温度传感器作为温度的采集。Pt100传感器是由纯度为99.995%的铂丝绕制而成，因此功能实现性较为稳定、测温精度高、在其测温范围内的测温数值线性度很好。

（3）抗干扰措施

①以屏蔽电缆作为介质。即采用导电线缆的屏蔽体作为衰减外界干扰的一种方式。本文所设计的系统中模拟信号传输介质即采用此种方式。

②将信号隔离器使用于本系统中。即隔离外界干扰与接收系统，实现无干扰模式下的信号传输，进而抑制外界干扰的效果。常用的光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方式均是为实现此目的。

在所设计的智能监测系统中，将虹润公司的NHR-M31智能电压/电流变送器隔离板引入实现隔离作用。即所传送的信号要经过隔离板的中转方能实现目的仪表的传输。

（4）PLC及其I/O模块

通过实际工程应用证明，西门子企业所生产的控制器具有可靠性强、通信命令多且可扩展性强的优势。以PC/PPI电缆为传输介质，可对PLC的RS485通信接口与计算机中的RS232通信接口进行通信。

所设计的智能监测系统底层选用CPU224XP PLC和EM231作为采集器件。PLC的开关量输入（DI）与输出分别为14点和l0点，输出形式为24VDC，2A继电器输出。此外该控制器集成了2个模拟量输入点和1个模拟量输出点。控制器的扩展部分可额外连接7个模块，即最大数字和模拟扩展量分别为168路和32路。

（5）GPRS调制解调器

系统中使用的GPRS通信模块，该模块是由SINAUT MD720-3 GPRS调制解调器、天线和GPRS通讯管理软件SINAUT MICRO SC等组成，从而实现S7-200 PLC与GPRS间的无线通信。

作者简介：宋海兵（1975-），男，安徽安庆人，助理工程师，从事矿山机械方面的工作。