基于物联网的矿井提升机在线诊断系统研究*

申利燕，张志峰，孔 红

(1.山西工程职业学院，山西 太原 030031；2.山西科达自控股份有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

矿井提升机是矿井生产中重要的提升设备，提升机运行安全可靠与否不仅直接影响整个矿井的经济效益，而且还影响到井下工作人员的生命安全[1]。随着物联应用普及和装备智能化技术的提升，矿井提升机在线检测与诊断技术不仅可实现提升机实时状态监测，它还可以采集故障诊断需要的各种数据，通过对数据进行分析处理实现故障诊断[2]。

1 矿井提升机在线检测与诊断系统

基于物联网的矿井提升机在线检测与诊断系统由感知层、传输层、应用层三部分组成，感知层包括：传感器、PLC控制器以及其他现场数据采集设备；传输层包括：有线互联网和移动互联网以及传输设备；应用层包括：运行在云计算中心的人工智能分析软件[3]。

图1 矿井提升机在线检测与诊断系统构成

1.1 感知层设备

1.1.1 采集终端

采集终端是感知层的主要设备，它主要是将传感器的数据、现场录入的设备信息、提升机控制设备主机数据进行分类汇总，加密和压缩，最后，使用专用的通讯协议统一将数据通过网络层上传至应用层服务做统一的分析和布署；其次采集终端还具有现场分析和人员仿真训练功能，即对于一些直观的故障给予报警和故障排除指导、操作仿真训练；最后采集终端实现与应用层的调度平台或者矿山调度平台实现语音视频互通。

1.1.2 采集终端所采集的数据

1) 通过传感器直接采集的数据：电机的电量参数、电机轴承温度、振动参数等；主轴的振动、偏摆等；天轮的振动、偏摆等；闸间隙及偏摆等；现场视频信息。

2) 现场录入的设备信息有：主机、电控、液压系统的基本信息；当前操作、值班和巡检人员信息；主要机电设备技术参数和检修情况。

3) 通过提升机控制设备主机采集的信息有：故障内容、故障发生的时间及对应的主机状态；主机实时的在线数据及运行工况等操作状态记录。

1.1.3 现场采集传感器

现场采集传感器通过通讯与接触式、非接触式传感器为采集终端提供相应的数据。人员信息录入常采用视频录入、指纹识别、虹膜识别等技术实现；设备信息录入常采用二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头等技术实现；PT100、振动传感器、位移传感器、加速度传感器等分别用于检测电机轴承温度、主轴的振动、偏摆及提升机运动的位移和加速度[4]。

1.2 网络层设备

网络层设备实现数据传输的作用，矿井提升机物联网体系中网络层是由专用网络、远程控制、移动通信网、互联网及多网融合、资源和存储管理传输等多种传输方式相互结合，该网络层充分利用各种传输方式的优缺点，实现多样化、高效率的数据传输[5]。

1.3 应用层设备

应用层相关设备可按云平台建设要求配置，本处主要阐述有关软件的功能。基于物联网的矿井提升机在线检测与诊断系统主要分三大版块，分别为在线检测版块、工程师管理版块、设备资产管理版块。

1.3.1 在线检测版块

在线检测版块是应用层核心组成部分，在监测提升机运行状态的过程中，通过对设备数据进行智能分析，做出预检预修决策，通过故障远程诊断，实现运行参数优化及程序远程升级。

1.3.2 工程师管理系统

服务工程师分为现场服务工程师和在线工程师，两部分人统一由工程师管理系统进行管理。对于现场服务工程师运用平台管理软件直接进行管理，进行人员权限管理、工作任务安排、服务流程审批、培训学习管理以及绩效考核管理等。在线工程师运用平台管理软件结合微信公众平台进行管理。实现的管理功能主要有人员管理、订单管理等。在线工程师根据能力的高低分为注册工程师、资深工程师、专家工程师三个等级，在服务过程中根据服务的难易程度进行工程师的任务分派。

1.3.3 设备资产管理版块

设备资产管理系统的主要作用是为提升机的机电设备提供从设备采购、出入库、保养、维修、报废等的全生命周期管理，根据机电设备不同作用和使用环境，依托平台的大数据分析，为机电设备建立不同的使用、维修保养档案。

2 在线检测与诊断功能的优势

2.1 实现运行在线监测

对提升机主要机电设备运行状况在线监测，是实现该系统的前提。通过采集终端将安装在现场机电设备上的传感器数据、其它音视频信息及提升机运行状态实时数据远传到监控中心，用户可以登录网页或者手机客户端观看运行数据。

2.2 对提升机装备数据分析

数据管理平台将提升机运行数据进行自动分析，形成运行曲线，从而查找异常数据，得出装备运行报告。

2.3 进行预检预修决策

根据提升机运行数据，系统会自动出具提升机的预防性检修指导书，从而降低故障发生概率。

2.4 实现故障远程诊断

当提升机出现故障时，利用在线平台，可以实时获取提升机故障信息，根据提升机运行工艺和维护资料，得出故障可能出现的原因，从而可以指导现场进行修理，以最快的速度解决现场故障[6]。

2.5 实现运行参数优化

提升机在运行过程中，伴随着提升机的老化和系统环境的变化，可能会出现提升机运行工况变差的情况，通过在线平台的分析，提升机系统会自学习，并优化参数，系统会按照最优运行工况运行，同时平台工程师可以对提升机进行远程参数优化校正，提高运行效率。

2.6 实现程序远程升级

伴随着提升机系统设计水平的提高，控制系统的软件控制需要逐步地完善，通过在线平台，工程师可以对提升机进行系统程序的在线升级，提高其智能化水平。

3 结论

基于物联网的提升机在线检测与诊断技术主要从以下两方面为日后提升机的安全、可靠、高效运行实现了可能：一方面使生产效率达到最优，最终做到分散控制，集中优化控制；另一方面使管理决策做到最优，通过平台的数据智能分析和技术、工艺的优化，依据大数据(历史经验)及数据模型，快速的帮助使用者做出最优决策。