礦井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析研究

引言

　　提升機(jī)是礦山行業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種運(yùn)輸工具，承擔(dān)著礦石提升任務(wù)。礦井提升機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、載荷大、工況環(huán)境較為惡劣。提升機(jī)的正常工作是保障礦山安全生產(chǎn)的重要組成部分，為了保證其具有高效、安全和穩(wěn)定的特點(diǎn)，礦井提升機(jī)都具有很好的控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)。目前隨著科技水平的不斷提高，礦井提升機(jī)也不斷進(jìn)行著技術(shù)更新，逐步向著自動化、智能化的方向發(fā)展。

　　通過配置多類型傳感器，對提升機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析算法，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取有效信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和安全隱患，是提高提升機(jī)安全運(yùn)行的重要技術(shù)手段?；谟?jì)算機(jī)的提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集變送、處理分析、存儲打印、應(yīng)急預(yù)警等功能。

　　1 礦井提升機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)組成

　　礦井提升機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)包括現(xiàn)場傳感器、變送器、數(shù)據(jù)采集卡、通信網(wǎng)關(guān)等部件，主要通過系統(tǒng)集成的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。軟件系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)采集與處理軟件，以及安裝在監(jiān)控室上位機(jī)的數(shù)據(jù)分析軟件組成。

　　采用LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺，針對礦井提升機(jī)的電樞電流，電壓，溫度，速度，加速度等狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，同時(shí)設(shè)置過流、過壓等超限報(bào)警功能。LabVIEW是一種用圖形代替文字進(jìn)行創(chuàng)作、編輯的圖形化編程語言，具有操作便捷、界面直觀等優(yōu)點(diǎn)。提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析軟件的主要功能如下：

　?。?）能夠顯示提升機(jī)的實(shí)時(shí)動態(tài)位置以及運(yùn)動情況;

　　（2）能夠監(jiān)測提升機(jī)的速度、加速度、電壓、電流等狀態(tài)量的變化;

　?。?）能夠以文本、曲線等形式對監(jiān)測的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示;

　?。?）具有參數(shù)超限報(bào)警功能，當(dāng)檢測數(shù)據(jù)超過預(yù)先設(shè)定的預(yù)警值之后能夠發(fā)出報(bào)警提示;

　?。?）能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差等時(shí)域分析。

　?。?）能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜：功率譜、傅里葉變換等頻域分析。

　　2 監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

　　在提升機(jī)的運(yùn)行過程中運(yùn)行速度、加速度、電動機(jī)電壓、電流、油溫、油壓和提升機(jī)的實(shí)時(shí)位置等參數(shù)直接影響到提升機(jī)是否能夠正常工作，所以為保障提升機(jī)運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)故障，技術(shù)人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提出相應(yīng)的解決方案，本監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分主要以上述參數(shù)作為主要對象。數(shù)據(jù)采集軟件包括用戶登陸模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)顯示存儲模塊等組成。軟件運(yùn)行時(shí)，首先出現(xiàn)的是登錄界面，用來對用戶設(shè)置訪問權(quán)限，只有輸入正確密碼并按登錄鍵，才能進(jìn)入主界面。用戶登錄成功后，進(jìn)入監(jiān)測主界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集分析、存儲顯示等功能。監(jiān)測數(shù)據(jù)處理程序框圖和數(shù)據(jù)存儲程序框圖分別如圖1和圖2所示。

　　3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)

　　對提升機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)分別采用時(shí)域和頻域方法進(jìn)行分析處理。時(shí)域分析是以時(shí)間為衡量標(biāo)準(zhǔn)，在時(shí)間域內(nèi)進(jìn)行變量的分析，分析各個(gè)變化量隨著時(shí)間的變化而變化的情況，運(yùn)用二維坐標(biāo)系進(jìn)行波形顯示，根據(jù)輸出的時(shí)間關(guān)系特性，得到系統(tǒng)穩(wěn)定性、暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性等。針對電壓、電流、速度和加速度參數(shù)，采用的主要分析方法包括監(jiān)測數(shù)據(jù)的均值、均方根、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、眾數(shù)、中值以及最大值和最小值等。均值是所有得到的數(shù)據(jù)的平均值，表示監(jiān)測數(shù)據(jù)中最接近的一個(gè)數(shù)值，可以表征數(shù)據(jù)的聚集程度。方差和標(biāo)準(zhǔn)差能表達(dá)出監(jiān)測數(shù)據(jù)的離散程度。眾數(shù)是一組監(jiān)測數(shù)據(jù)之中出現(xiàn)次數(shù)頻率最多的數(shù)據(jù)，代表數(shù)據(jù)的一般水平。基于LabVIEW的提升機(jī)電樞電流時(shí)域分析模塊如圖3所示。

　　圖3 提升機(jī)電樞電流時(shí)域分析模塊

　　監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)域分析軟件界面如圖4所示。包括過流、過壓、超溫指示燈和提升狀態(tài)顯示，速度、加速度、油壓和電樞電流的曲線顯示等。軟件界面的下部為時(shí)域分析結(jié)果，通過這些數(shù)值的時(shí)域計(jì)算，可分析出監(jiān)測數(shù)據(jù)的時(shí)域指標(biāo)。

　　圖4 監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)域分析界面

　　頻域分析法是一種常用的數(shù)據(jù)處理方法。系統(tǒng)中的采集信號都是由許多復(fù)雜的信號合成而來。頻率特性是指輸出信號與輸入信號之間的頻域特性關(guān)系。頻域分析法既可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，同時(shí)也能分析系統(tǒng)的動態(tài)特性，可以十分便捷的分析出系統(tǒng)瞬態(tài)性能的指標(biāo)，簡要分析出輸入信號對于瞬態(tài)響應(yīng)的影響，以便研究系統(tǒng)的瞬態(tài)性能特征。同時(shí)頻域分析不受系統(tǒng)的線性特點(diǎn)影響，既可以分析線性時(shí)變系統(tǒng)，也可以分析非線性時(shí)變系統(tǒng)。

　　本設(shè)計(jì)對于所采集到的礦井提升機(jī)電樞電流和電壓進(jìn)行頻域的分析監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。主要分析方法包括頻譜、功率譜、傅里葉變換、窗函數(shù)設(shè)計(jì)等。監(jiān)測數(shù)據(jù)頻域分析軟件界面如圖5所示。

　　圖5 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)頻域分析

　　4 結(jié)束語

　　針對提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測問題，設(shè)計(jì)基于LavBIEW的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析軟件。軟件主要由系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、參數(shù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、故障報(bào)警等功能模塊組成。實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)電樞電流、電壓、運(yùn)行速度、加速度、位置，油溫油壓等信息的采集和分析。采用時(shí)域方法對監(jiān)測數(shù)據(jù)的均值、方差、眾數(shù)、最值等信息進(jìn)行分析，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的頻譜、功率譜等頻域特性分析。