矿用机械式采掘设备故障自动监测系统设计

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

矿用机械式采掘设备的发展越来越趋于大型化以及复杂化，在运行过程中经常会出现各种各样的故障。自动监测矿用机械式采掘设备故障，是确保矿用机械式采掘设备安全、稳定工作的重要前提条件[1]。目前，我国应用的矿用机械式采掘设备故障自动监测系统，主要采用主动自报的方式监测设备故障中的具体参数，并通过GPRS传输监测数据。此系统在实际应用中存在监测精度低的问题，经常会出现误报警的现象。未弥补传统监测系统精度不足的问题，本文设计一种新型矿用机械式采掘设备故障自动监测系统，致力于提高矿用机械式采掘设备故障自动监测精度，降低监测误报警率。

1 矿用机械式采掘设备故障自动监测系统硬件设计

1.1 传感器

本文设计的传感器型号为BT-A500-E432，用于测量矿用机械式采掘设备故障电压、电流等关键参数的实时状态[2]。传感器内置MPU-589741芯片，MPU-589741芯片作为一个封装的复合型芯片，能够有效提高矿用机械式采掘设备故障监测的数据传感精度。BT-A500-E432传感器，具体参数指标，如表1所示。

表1 BT-A500-E432传感器参数指标

结合表1所示，BT-A500-E432传感器能够测量故障以及非故障状态下的矿用机械式采掘设备运行参数，多种维度监测矿用机械式采掘设备故障中的各项参数指标，满足矿用机械式采掘设备故障监测的要求。

1.2 监测主机

在传感器的基础上，设计监测主机，型号为OM-A6 X2547777，带独立看门狗，大容量存储器，无需依赖网络即可完成矿用机械式采掘设备配电、UPS、温度、湿度、烟感、图像采集等设备的运行参数，并集中监控管理，通过短信、电话、邮件、声光、微信等进行报警。在故障状况下，完成关键数据监测、现场图像采集、报警信息发布、远程控制等操作。以此，完成系统硬件部分设计。

2 矿用机械式采掘设备故障自动监测系统软件设计

2.1 自动追踪矿用机械式采掘设备故障监测信号

在矿用机械式采掘设备故障监测过程中，首先要明确故障监测信号的发射点与传输路径[3]。而后基于信号分析，假定监测振动信号可表示矿用机械式采掘设备故障的实时状态，设矿用机械式采掘设备故障监测振动信号的表达式为，则有公式（1）。

公式（1）中：m指的是信号滤波转换次数；j指的是矿用机械式采掘设备故障监测振动信号的选择传输路径；Amj指的是矿用机械式采掘设备故障监测振动信号滤波转换次数序列分布平方和；n指的是矿用机械式采掘设备故障监测振动信号跟踪节点区域系数。通过公式（1），重构矿用机械式采掘设备故障监测信号在传输路径的需排列。假定经过滤波转换后，矿用机械式采掘设备故障监测信号的能量传输呈现逐步递减趋势，满足自动追踪35kv电网故障监测信号的要求。可将自动追踪矿用机械式采掘设备故障监测信号的目标函数设为E，则有公式（2）。

公式（2）中：k指的是矿用机械式采掘设备故障监测信号能量值。通过公式（2），实现矿用机械式采掘设备故障监测信号自动追踪。最后，利用矿用机械式采掘设备故障监测信号的映射函数与信号库映射的方式，接收矿用机械式采掘设备故障监测数据，推理监测信号的故障点。

2.2 矿用机械式采掘设备故障监测数据处理

在接收矿用机械式采掘设备故障监测数据的基础上，配置故障监测数据的汇编代码[4]。本文采用XCOM V2.0定点模块对故障监测数据执行汇编代码，平均分配每个矿用机械式采掘设备故障监测数据信号一个唯一标识，即为deviceld。这样一来，通过deviceld将信号转换为数字形式，从而减少矿用机械式采掘设备故障监测数据中的冗余值，进一步提高矿用机械式采掘设备故障监测精度，降低监测过程中出现的误报警次数。

2.3 显示矿用机械式采掘设备故障监测结果

完成监测数据处理后，将系统故障监测报警功能连接后台，显示矿用机械式采掘设备故障监测数据[5]。将数字形式数据在终端的显示映射取值范围设置在0～1之间，通过计算每个数据的映射值，以此获得矿用机械式采掘设备故障监测结果。设矿用机械式采掘设备故障监测结果的表达式为Q，可得公式（3）。

公式（3）中：K指的是矿用机械式采掘设备故障监测数字形式数据可信任度；E指的是矿用机械式采掘设备故障电压值；φ指的是矿用机械式采掘设备故障电流值。通过公式（3），计算得出的映射值作为矿用机械式采掘设备故障监测的关键依据，结合监测数据的实时传递情况，传输终端数据，并显示数据信息，完成矿用机械式采掘设备故障监测。

3 实例分析

3.1 实验准备

为构建实例分析，实验对象选取某矿用机械式采掘设备，并对矿用机械式采掘设备故障的基本参数进行具体设计，如表2所示。

表2 矿用机械式采掘设备故障参数

根据表2所示，分别使用传统监测系统以及本文设计监测系统进行实验，设置传统的监测系统为实验对照组。实验主要内容为测试两种监测系统的监测误报警率，监测误报警率越低证明监测精度越高。

3.2 实验结果分析与结论

整理实验结果，如图1所示。

图1 监测误报警率对比图

通过图1可得出如下的结论：本文设计系统监测误报警率明显低于对照组，具有实际应用价值。

4 结语

通过矿用机械式采掘设备故障自动监测系统设计，能够取得一定的研究成果，解决传统矿用机械式采掘设备故障自动监测中存在的问题。由此可见，本文设计的监测系统是具有现实意义的。

在后期的发展中，应加大本文设计监测系统在矿用机械式采掘设备故障自动监测中的应用力度。截止目前，国内外针对矿用机械式采掘设备故障自动监测系统研究仍存在一些问题，在日后的研究中还需要进一步对矿用机械式采掘设备的优化设计提出深入研究，为提高矿用机械式采掘设备的综合性能提供专业指导。