矿井提升机在线监测技术开发与研究

夏泽友

【摘要】在当前的采矿活动中，矿井提升机是不可或缺的一类机电设备，其运行情况不仅直接关系到礦井的整体生产力而且还关系到井下职工的生命财产安全。本篇论文就国内外学术界针对状态监测与故障诊断等相关技术的研究现状展开了深入分析，同时提出了一种新的监控系统，该系统以GPRS通讯和PLC控制为基础，现就其工控机软件与可编程式逻辑控制器程序两个方面的配置与实现展开介绍。

【关键词】矿井提升机 监测技术

1 常规斜井提升机的工作原理

当前采矿业常用的提升机类设备其主要结构包括以下几大分系统：（1）动力与传动系统：该部分的主要构成为电机、主轴装置与减速器；（2）制动系统：主要有液压泵站、制动器及制动间盘；（3）润滑系统：主要结构为管路与泵站；（4）操纵于观测系统：主要包含深度指示器和操作台两大部分；（5）拖动保护系统：该分系统带有专门的装置提供安全保护，在其作用下提升机能够进行平稳的启停、转向和变速等相关操作。

当前主井与副井所用的提升系统分别为斜井箕斗和串车提升两种，其构成为：两根钢丝绳一端缠绕在提升机滚筒上一端经过天轮同箕斗相连，箕斗部分处于井下等待装煤，部分处于井上栈桥卸煤。系统运行时处于并下的矿车在翻车机的作用下将其乘载的煤转人处于井下的煤仓之中，其后在工作人员的操控下仓内的煤进去箕斗之中，在提升机的作用下箕斗中的煤最终进入处于地面的煤仓。因为带动箕斗的钢丝绳一端同滚筒相连，所以提升机开动后随着滚筒的转动钢丝绳将带动箕斗在斜井内往复动作，从而实现煤的转运。

2 在线监测系统的整体结构

根据设计该在线系统主要具有以下几项功能：

（1）实时采集并分析提升机的具体运行信息，主要内容包含有：监测设备运行时的电气参数；监测液压站的实时压力、油温有无超标；监测转子运行时的振动情况；确定设备存在的缺陷与出现的故障；监测制动盘有无偏摆、闸瓦间隙大小；利用无线讯号发送及接收设备的实时状态信息。

（2）安装在现场的工控机能够借助网络对提升机的运行数据进行实时分析，从而及时对设备出现的故障做出诊断。

（3）监测站获得的设备实时运行数据以及工控机做出的分析结果都将显示在监控中心；借助曲线图可以在监控中心直观的了解设备运行状况的具体变化。

（4）设备运行中出现异常情况时将实时发出警报，与此同时系统还将以短信息的方式发出警报，并且该警报将被收录人相关记录内。

（5）某一时段内设备的运行、操作、故障等相关信息都可以打印成报表供管理人员进行查阅，该方式不仅有助于工作人员及时对设备故障进行排查，而且还可以提供真实的历史数据，从而右，便进行贝叶斯网络仿真。

本次设计的在线监测系统将按照“现场监测站远程监控中心”的经典模式进行建设。其中选用OPC服务器和西门子公司的PPI协议进行现场通信；远程通信则利用公网的固定式IP进行组网，其后搭配GPRS。从组成来看，安装在现场的监测站其核心结构包括电源、传感器及电控系统以及土控机、PL、数据传输设备和负责采集模拟量的模块等等；远程监控中心的核心结构主要为计算机，其配备的计算机均带有固定IP，借助网络该中心能够监测提升机的实时运行1青况，同时还能对其故障做出及时诊断。下图1对该系统的硬件构成做出了简单示意：

3 监测系统的软件设计

本次设计的在线监控系统其数据采集及相关处理选用了西门子公司的可编程式逻辑控制器PLC，考虑到系统的兼容性与稳定性需求，最终决定选用型号为SINAUTMD720-3的模块负责系统的无线通讯。因为当前的GPRS技术在实时性方面有所欠缺无法实时处理振动信号等相关信息，综合考虑后本系统决定首先借助PPI协议和PC/PPI电缆与工控机对采集到的实时信息进行处理，其后再将故障信息发送给 PLC，按照该设计PLC需要传输的信息量将大大减少，而且整个系统还能对设备实现实时监控与故障预警等相关操作。

4 基于PLC控制技术的GPRS通信模块

西门子公司针对型号为S7-200的PLC专门开发了一款型号为STEP7-Micrp/WIN的专业编程软件，使用西门子PLC的用户在开发过程中将不可避免的用到该工具，该编程工具对于相关产品的开发设计以及设备的检测、调试等工作均有着极大帮助。

PLC中针对设备实时状态监测的相关开关量可以进行直接提取，在西门子提供了一个专业的指令库，借助该指令库的换算比例可以将传感装置采集的模拟量讯号进行实时转换从而获得实际模拟量。本篇论文主要对无线通讯的确立过程以及短信发送程序的切换操作进行了着重介绍。

从操作模式来看SINAUT MD720-3共有AT与GPRS两种，即终端与OPC两大模式。从功能来看AT模式的核心功能为收发短信；GPRS模式的核心功能在于负责实现OPC服务器与S7-200的通讯。利用上述编程工具编写短信发送以及GPRS通讯两个程序时需要用到西门子公司的专业程序库。为确保实现无线通讯，必须要利用PPI电缆将S7-200的通讯接口（RS485）同SINAUTMD720-3对应的接口（PS232）进行连接。

5 结束语

从内容来讲，第一步文章首先对无线通讯各种传输模式的选择进行了简单介绍，其中重点对无线通讯的优势与选择组网方式两个方面展开了描述。第二步介绍了该系统的总方案，并对系统选用的主要硬件进行了说明。文章最后介绍了本系统所用的各种软件，并点明了以为基础的通讯的具体实现办法。

参考文献：

[1]上海市电气工程设计研究会.实用电气工程设计手册[M].上海：上海科学技术文献出版社，2011.6.

[2]王云亮.电力电子技术[M].北京：电子工业出版社，2004.