基于GPRS及LabVIEW的煤矿提升设备远程监测研究

蒋紫韵　王雁

【摘 要】针对煤矿提升设备的监测现状，结合GPRS网络，设计远程监测系统，并用LabVIEW虚拟技术开发监测软件，实现在远端对运行现场情况的实时监测及故障的准确分析，保障提升設备的安全运行。

【关键词】GPRS；LabVIEW；煤矿提升设备远程监测

中图分类号： TP277 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）29-0065-002

【Abstract】Aiming at the status quo of coal mine lifting equipment monitoring， combined with GPRS network， a remote monitoring system is designed and developed with LabVIEW virtualization software to realize real-time monitoring and fault analysis on the remote site and ensure the safety of the equipment run.

【Key words】GPRS；LabVIEW；Coal mine lifts equipment remote monitoring

0 引言

煤矿提升设备负责人员及材料的运输，是煤矿安全生产的主要设备之一，其安全运行至关重要，所以需要及时了解其运行状态，多采用的方法是机电师傅例行巡检[1]。随着通信技术，计算机技术，网络技术，电子技术的发展，出现了在线监测技术[2]，在设备控制室的计算机上安装在线监测软件，实时显示监测状态，但这种方法对诊断技术人员的专业素质要求较高，而煤矿一般缺乏相关技术人才，因此设备的远程监测诊断技术应用而生。根据现有网络应用模式，信息传输技术需要局域网的支持，但煤矿提升设备现场又不具备布网条件[3]，如果采用电话线传输方式又不能满足间断及较高数率的传输条件，而通过GPRS网络传输可以克服上述缺点，因此，研究基于GPRS的远程监测具有较大的应用前景。

1 GPRS远程传输的实现

1.1 GPRS技术

GPRS是一种通用分组无线传输技术，数据在通信过程中不固定占用无线信道，用户只有在发送或接收数据时才占用信道，且计费是以通信数据量为主要依据的，即“传的越多，付的越多”。GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率，能够很好的满足工矿监控的需要。GPRS能提供快速的即时连接，永远在线，接入时间仅需1S，可提高远程监测的效率。

1.2 远程传输框架

数据远程传输系统是将现场采集的数据通过工控机端发送给GPRS模块，然后进行分析、处理，将数据打包，通过GPRS模块接入GPRS网络，再通过各种网关和路由将数据发送到远端数据中心，远端数据中心负责对传输数据的监听、解析和存储，以及做为远程客户端访问数据的管理中心。远程传输系统框架如图1所示。

1.2.1 GPRS模块

开发本系统采用的GPRS模块具备数据透传，TCP/IP网络通信技术，可提供标准RS232/485数据接口。在用GPRS模块传输数据前需要完成以下配置，包括：接入中心IP地址、端口号、终端SIM卡号、终端编号、APN名称。接入中心IP地址即远端数据中心服务器IP地址，要填写对应的公网地址；端口号即为在路由器上设置的端口映射号；终端SIM卡号即有GPRS数据流量的SIM卡卡号；终端编号是一种标识，当有多个模块同时使用时，利于远端数据中心进行有效的数据侦听与解析；APN名称即开通SIM卡的通信公司名称。GPRS模块与现场工控机通过RS232接口通讯，相应的也要配置串口通讯参数。

1.2.2 数据协议

远程传输数据过程中数据协议的制定相当重要，关系到远端中心服务器能否准确地将收到的数据进行解析及存储。由于煤矿提升设备的在线监测系统可能不只一个，或者同时在远端监测的矿井不只一个，制定数据协议的时候要考虑全面，制定的数据传输协议如表1所示。

其中，起始位与结束位为标志字段；无线模块编号用于区分所监测设备的对象；传输采集时刻便于查找历史数据及数据分析；数据部分则根据具体的设备监测量确定，例如不同的矿井所用的制动闸类型不一样，则制动闸的个数不固定，或同一提升设备选择监测点不同，有监测提升钢丝绳张力情况的，有监测主轴及减速器振动信息的，有监测制动闸制动力的，所以数据部分的具体信息长度可变；各字段的字符长度的选取关系到流量费用问题，所以要根据实际情况合理选用，本协议字符是以十六进制定义。

1.2.3 远端中心服务器

远端中心服务器既负责从网络端口接收数据，又负责数据的解析及快速高效存储。通信服务器的工作流程：首先读取相关配置信息进行初始化，接着打开侦听端口并进行监听连接请求，数据库和通信服务器建立连接后，开始数据通信。本系统服务器端口号即为GPRS模块所填写端口号。数据库的设计要考虑到数据的检索问题，因服务器所侦听到的数据可能是多个矿井的数据，且一个矿井的数据发送装置不只一个，所以可采用预分库分表的策略设计数据库，即把一个数据库切分成多个部分放到不同的数据库上，从而缓解单一数据库的性能问题。

2 LabVIEW远程监测的实现

搭建远程监测系统目的是实现远程客户端对现场情况的监测及诊断分析，本文采用LabVIEW开发远端监测软件。

2.1 LabVIEW介绍

LabVIEW是美国NI公司开发的图形化编程软件，可实现信号的采集，数据分析，数据显示及存储等 ，具有丰富的图形化控件，友好的界面，采用流程图模块化式的设计理念，使编程更容易，通过调用相关函数实现多种仪器的功能，即相当于软件即硬件，同时也是目前功能最强，应用最广的图形化开发环境。endprint

2.2 主要功能模块

2.2.1 数据的采集模块

对于监测现场，传感器采集的数据首先要经过一定的信号调理，才能通过LabVIEW数据采集卡将数字信号采集到计算机中，或是通过计算机的RS232串口通讯方式采集数据。对于远程监测客户端采集的数据不再是来自传感器，而是直接读取存在远端中心服务器数据库中的数据，即通过GPRS模块发出的数据，相应的读取操作程序框图如图2所示。

以上数据的获取来自数据库，编程用到LabSQL数据库工具包，首先通过ADO Connection Create节点与ADO建立连接，后通过ADO Connection Open 节点指定打开数据源，ConnectionString给出所安装数据库的驱动，数据存放计算机的公网IP地址，端口号，及计算机用户名及密码，以及数据库的名称。打开数据源后通过SQL Execute节点执行SQL命令“select属性名from数据库表名where 1 order dy参量名desc limit n”，含义是从表中取出从第n个参量开始的所选参量，从Data取出第一行数据作为某时刻的采集信息。最后使用ADO Connection Close节点关闭与数据库的连接。

2.2.2 数据分析模块

数据分析可以对采集到的数据进行判断是否存在超阈值情况，进而做出预警处理，并将报警情况记录在数据表中，以便技术人员查看，及时检查设备。图3是对提升设备制动闸间隙是否偏大的判断框图，煤矿安全规程规定制动闸在开状态闸瓦到闸盘的间隙不能超过2mm，当超过时指示灯会亮以示报警，應及时调整。

还可以对故障数据进行时频域分析，根据频率幅值变化情况进行故障诊断，另将小波分析及HHT分析应用到振动信号的诊断中，得出特征频率，分析确定故障类型。因在LabVIEW中实现Hilbert谱程序的编程比较复杂，可通过LabVIEW调用mathscript节点，在节点中直接运行MATLAB的m文件，得到Hilbert谱。因故障诊断算法不只上述几种，为了准确分析故障情况，若能将监测数据准确及时传给行业专家进行分析，对故障的判断会更准确，可见开发远程监测系统是很有必要的。

2.2.3 数据显示模块

数据显示即在一个界面上显示所有要监测的参量及报警指示信息，因LabVIEW含有丰富的图形化控件及可以自定义控件，监测界面可以直观展示运行情况，图4是煤矿提升设备钢丝绳张力监测主界面，在界面中可以显示每根绳的张力值及实时曲线图，罐笼的运行位置，报警信息等，方便工作人员查看。

另外，LabVIEW软件自带web网页发布功能，可以将正在运行的监测界面前面板发布出去，方便煤矿高层了解现场情况，实现远程监控。若处在内网的另一台计算机要访问，直接在浏览器的URL栏输入“http：//主机IP地址/VI称.html”，即可看到监测界面，要想控制监测界面，只需在界面点击VI图片，在弹出的菜单中选择获得控制前面板的功能，但此刻主机就不具备控制界面的权限，即同一时刻，主机端和客户端只允许其中一端控制前面板。若是处在外网的计算机要访问，需要先实现域名与内网主机的绑定，在动态分配公网IP的情况下，由外网访问内网主机，进而查看监测界面。

3 结语

本文开发的远程监测系统，主要包括两部分，一部分是基于GPRS的数据远传，一部分是基于LabVIEW的监测软件开发。其中，数据远传关键是数据协议的制定及数据的解析，监测软件开发关键是各功能模块的实现。另外，远程传数据会有网络延时问题，经初步测试会有1-2秒的延时，但不影响远程监测系统整体性能，开发本系统对煤矿安全生产有一定实际的意义。

【参考文献】

[1]林乐刚.基于虚拟仪器的提升设备性能检测及故障诊断系统研究[D].邯郸：河北工程大学，2011.

[2]王国彪，何正嘉，陈雪峰，等.机械故障诊断基础研究“何去何从”[J].机械工程学报，2013，49（1）：63-72.

[3]唐艳同.矿井提升机远程状态监测与智能故障诊断系统[D].太原：太原理工大学，2010.endprint