基于Web网页的矿井提升机远程监控系统的设计

曹保钰，张传书，江帆，王泽文

(1.中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州221116;2.义马煤业集团有限公司机电处，河南三门峡472300)

矿井提升机是矿井生产过程中的大型关键设备之一，主要用于人员和物料等的升降，其性能和安全运行直接影响着矿山的经济效益。一旦提升机发生事故，可能会造成设备的损坏，影响矿山的正常生产，严重时甚至会造成相关作业人员的伤亡和重大的经济损失[1]。因此，建立可靠的矿井提升机监测和故障诊断系统迫在眉睫。

国内开展机械设备故障诊断技术的研究始于20世纪70年代末、80年代初，虽然起步较晚，但发展迅速。近十年来，许多高校和研究机构在设备诊断技术的理论和应用方面做了大量的研究工作，取得了可喜的研究成果[2]。但是目前国内外的研究大多集中在单一小型旋转机械方面，而面对像提升机这类集机、电、液于一体的大型机械设备研究较少，其主要表现为:对提升机的研究主要在集中工况监视上，功能较少;对监测参数的数据处理比较粗糙;对设备运行工况和故障诊断功能很弱;智能化程度较低[3]。

设备监测和故障诊断模式分为本地诊断模式和异地远程诊断模式[4]。随着机械设备的大型化和复杂化，其涉及的技术领域多，造成现场维修人员难以完成维修任务，使得维修难度增大，所以本地故障诊断系统已经无法适用于现代机械的发展要求。在本地的故障诊断系统无法解决问题时，利用Internet访问远程故障诊断中心，可以实现设备远程实时在线监测和故障诊断，减少维护时间和服务费用的支出，实现用户和设备制造商技术资源共享，也使用户和设备制造商能够建立起长期的和密切的关系[5]。

针对矿井提升机常见的卡罐、松绳等故障，利用Visual Basic.NET软件和NIMEASUREMENT 插件开发了矿井提升机远程监控和故障诊断软件。软件系统采用B/S模式，能够实现在Web网页上显示系统实测数据和动态参数曲线，对提升机的故障诊断实现在线分析，有效地提高了故障诊断效率。

1 系统结构设计

在远程监测系统中，远程访问有C/S (Client/Server)和B/S (Brower/Server)两种模式。C/S模式把整个系统分为客户端和服务器端，结构具有灵活性、稳定性、效率高和响应速度快的优点。其缺陷在于程序一般为针对性开发，缺乏通用性，开发难度比较大。B/S模式将传统的C/S模式中的服务器部分分解为一个数据库服务器和一个Web服务器，把原来客户机所负责的功能交给中间层Web服务器来实现。B/S体系结构模式见图1。因此，与传统的C/S结构相比，B/S模式具有分布性和适应性的特点，简化了系统的维护，降低系统维护成本。

图1 B/S体系结构模式

结合上述两种远程访问模式的优点和提升机远程监控的需要，矿井提升机远程监控系统采用B/S模式的远程访问结构，包括数据采集模块、现场工作站和远程访问服务器。数据采集模块负责采集各种传感器信息，并通过通讯接口传送至现场工作站，存储于数据库中;现场工作站包含监控诊断软件平台，用于后台运行，检测数据库中的各种数据信息的异常状态，并将检测结果存储于数据库;远程访问服务器负责将提升机系统运行状态和故障诊断结果进行远程发布，并提供常用管理和控制功能。提升机远程故障诊断系统的总体结构如图2所示。

图2 提升机远程故障诊断系统的总体结构

系统软件由Visual Studio 2008 中Visual Basic 语言进行编程开发。Visual Basic.Net以.Net为结构框架，能够进行Web 应用程序的开发，为实现远程实时监测提供便利。

2 系统功能模块设计

矿井提升机远程监测与故障诊断系统的主要功能是对提升机的运行进行实时监测和对数据采集系统采集的数据进行处理，分析得出提升机故障的类型、原因，并进行报警显示处理，从而防止故障的发生。

软件系统的功能模块图如图3所示，包括远程监测、数据处理和报警显示等模块。通过远程监视模块可以实时地监视提升机关键部位的运行参数及其曲线，可以分析提升机运行状态;当提升机出现故障时，矿井提升机远程故障诊断系统通过请求服务器的数据库，读取提升机故障诊断数值，实现事故诊断报警;数据处理模块中的数据存储和打印查询功能能够实现与远程客户端用户充分的数据共享。

图3 系统软件功能模块图

3 系统实现

3.1 远程客户端

矿井提升机远程监控系统客户端通过在浏览器中输入相应的网页链接进入远程监控系统界面。客户端由浏览器向Web服务器发出登录请求，Web服务器响应用户的请求并对登录的信息进行身份验证，验证成功后服务器根据客户端的登录身份分配权限并自动进入监控界面，通过操作页面上不同控件实现对矿井提升机的远程监控和故障诊断。

3.2 提升机运行状态实时监测和显示

矿井提升机远程故障诊断系统借助Measurement Studio的.NET 控件，利用波形显示控件Waveform Graph的画图命令Plot Append 实现网页监测数据的实时显示，将系统的参数曲线动态地显示在用户网页上。通过number 控件显示从服务器读取的数据，实现网络实测功能，及时准确地提供给相关人员提升机实时运行情况，分析当前提升机的运行状态，提高提升机设备使用的合理性。

Web访问网页专家监控主页面如图4所示。专家监控界面包括天轮应力、闸瓦间隙、闸瓦油压和空动时间等提升机参数监控模块，监控模块通过界面按钮可以实现所有关键参数的监控。

图4 Web访问网页专家监控主页面

当远程故障诊断的专家或者监控人员通过自身经验或者高级算法诊断出提升机发生故障的时间和类型时，通过远程控制模块可以快速实现提升机的现场控制。

3.3 数据查询、打印和下载功能

矿井提升机远程故障诊断系统能够实现数据查询功能，历史数据导出功能和数据报表打印功能。系统的查询打印界面如图5所示，查询类型分为:按时间查询、按故障类型查询、综合统计数据查询。其中按时间查询分为按天轮应力和按制动器油压、间隙和空动时间的查询;故障类型查询分为天轮应力不正常、制动器油压不正常、制动器间隙不正常、制动器空动时间不正常、打滑、卡罐、松绳和高速过卷查询。专家诊断出初期故障，借助历史数据，不仅可以判断提升系统发生故障的概率，还可以有效避免故障发生。

图5 系统打印查询界面

4 结论

利用Visual Basic.NET软件和NI MEASUREMENT插件开发了基于Web网页的矿井提升机远程监控与故障诊断系统。该系统具有友好的用户界面和强大的监测诊断功能，经过现场实验测试表明系统运行良好。该系统实现了对矿井提升机关键部位运行状态的远程监控，能够对监测数据进行分析、保存、报警、故障做诊断等处理。Web技术与矿井提升机监测技术的结合将大大提高煤矿的管理水平和经济效益，使矿山设备的状态监测和故障诊断实现现代化。

【1】刘衍，吴建星，胡光俊.矿井提升机盘式制动系统安全监测技术研究[J].工业安全与环保，2010，36(10):48－49.

【2】孙敏军.基于Active 控件和DLL技术的信号分析软件的研究与开发[D].南京:东南大学，2001.

【3】陈志巧，王成刚，王志杰.矿井提升机故障智能诊断系统研究[J].煤矿机械，2006，27(5):910－912.

【4】何焱，张光伟，马媛媛.基于Intrenet的设备远程监控与故障诊断[J].机电工程技术，2005，34(9):90－92.

【5】席俊杰.基于Internet的设备远程监测和故障诊断系统研究[J].润滑与密封，2004(6):107－108，110.

【6】胡晓磊，徐桂云，张爱诚，等.基于LabVIEW的矿井提升机在线故障诊断系统的设计[J].矿山机械，2010，38(17):51－54.

【7】周力，吴康雄.基于Internet 和浏览器的远程监控系统[J].装备制造技术，2010，186(6):101－103.

【8】YAN Ruzhong，LI Huimin，FANG Minglun.Research of Remote Fault Diagnosis System Based on Internet[C]//International Conference on Wireless Communications，Networking and Mobile Computing，2007:3059－3062.

【9】ZHAO Xin，YAO Lina.Research on the Remote Monitoring and Fault Diagnosis System for Equipment[C]//4th International Conference on Wireless Communications，Networking and Mobile Computing，2008:1－4.