基于Web網(wǎng)頁的礦井提升機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計

曹保鈺，張傳書，江帆，王澤文

(1.中國礦業(yè)大學機電工程學院，江蘇徐州221116;2.義馬煤業(yè)集團有限公司機電處，河南三門峽472300)

礦井提升機是礦井生產(chǎn)過程中的大型關鍵設備之一，主要用于人員和物料等的升降，其性能和安全運行直接影響著礦山的經(jīng)濟效益。一旦提升機發(fā)生事故，可能會造成設備的損壞，影響礦山的正常生產(chǎn)，嚴重時甚至會造成相關作業(yè)人員的傷亡和重大的經(jīng)濟損失[1]。因此，建立可靠的礦井提升機監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)迫在眉睫。

國內(nèi)開展機械設備故障診斷技術的研究始于20世紀70年代末、80年代初，雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。近十年來，許多高校和研究機構在設備診斷技術的理論和應用方面做了大量的研究工作，取得了可喜的研究成果[2]。但是目前國內(nèi)外的研究大多集中在單一小型旋轉(zhuǎn)機械方面，而面對像提升機這類集機、電、液于一體的大型機械設備研究較少，其主要表現(xiàn)為:對提升機的研究主要在集中工況監(jiān)視上，功能較少;對監(jiān)測參數(shù)的數(shù)據(jù)處理比較粗糙;對設備運行工況和故障診斷功能很弱;智能化程度較低[3]。

設備監(jiān)測和故障診斷模式分為本地診斷模式和異地遠程診斷模式[4]。隨著機械設備的大型化和復雜化，其涉及的技術領域多，造成現(xiàn)場維修人員難以完成維修任務，使得維修難度增大，所以本地故障診斷系統(tǒng)已經(jīng)無法適用于現(xiàn)代機械的發(fā)展要求。在本地的故障診斷系統(tǒng)無法解決問題時，利用Internet訪問遠程故障診斷中心，可以實現(xiàn)設備遠程實時在線監(jiān)測和故障診斷，減少維護時間和服務費用的支出，實現(xiàn)用戶和設備制造商技術資源共享，也使用戶和設備制造商能夠建立起長期的和密切的關系[5]。

針對礦井提升機常見的卡罐、松繩等故障，利用Visual Basic.NET軟件和NIMEASUREMENT 插件開發(fā)了礦井提升機遠程監(jiān)控和故障診斷軟件。軟件系統(tǒng)采用B/S模式，能夠?qū)崿F(xiàn)在Web網(wǎng)頁上顯示系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)和動態(tài)參數(shù)曲線，對提升機的故障診斷實現(xiàn)在線分析，有效地提高了故障診斷效率。

1 系統(tǒng)結構設計

在遠程監(jiān)測系統(tǒng)中，遠程訪問有C/S (Client/Server)和B/S (Brower/Server)兩種模式。C/S模式把整個系統(tǒng)分為客戶端和服務器端，結構具有靈活性、穩(wěn)定性、效率高和響應速度快的優(yōu)點。其缺陷在于程序一般為針對性開發(fā)，缺乏通用性，開發(fā)難度比較大。B/S模式將傳統(tǒng)的C/S模式中的服務器部分分解為一個數(shù)據(jù)庫服務器和一個Web服務器，把原來客戶機所負責的功能交給中間層Web服務器來實現(xiàn)。B/S體系結構模式見圖1。因此，與傳統(tǒng)的C/S結構相比，B/S模式具有分布性和適應性的特點，簡化了系統(tǒng)的維護，降低系統(tǒng)維護成本。

圖1 B/S體系結構模式

結合上述兩種遠程訪問模式的優(yōu)點和提升機遠程監(jiān)控的需要，礦井提升機遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S模式的遠程訪問結構，包括數(shù)據(jù)采集模塊、現(xiàn)場工作站和遠程訪問服務器。數(shù)據(jù)采集模塊負責采集各種傳感器信息，并通過通訊接口傳送至現(xiàn)場工作站，存儲于數(shù)據(jù)庫中;現(xiàn)場工作站包含監(jiān)控診斷軟件平臺，用于后臺運行，檢測數(shù)據(jù)庫中的各種數(shù)據(jù)信息的異常狀態(tài)，并將檢測結果存儲于數(shù)據(jù)庫;遠程訪問服務器負責將提升機系統(tǒng)運行狀態(tài)和故障診斷結果進行遠程發(fā)布，并提供常用管理和控制功能。提升機遠程故障診斷系統(tǒng)的總體結構如圖2所示。

圖2 提升機遠程故障診斷系統(tǒng)的總體結構

系統(tǒng)軟件由Visual Studio 2008 中Visual Basic 語言進行編程開發(fā)。Visual Basic.Net以.Net為結構框架，能夠進行Web 應用程序的開發(fā)，為實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測提供便利。

2 系統(tǒng)功能模塊設計

礦井提升機遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的主要功能是對提升機的運行進行實時監(jiān)測和對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行處理，分析得出提升機故障的類型、原因，并進行報警顯示處理，從而防止故障的發(fā)生。

軟件系統(tǒng)的功能模塊圖如圖3所示，包括遠程監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和報警顯示等模塊。通過遠程監(jiān)視模塊可以實時地監(jiān)視提升機關鍵部位的運行參數(shù)及其曲線，可以分析提升機運行狀態(tài);當提升機出現(xiàn)故障時，礦井提升機遠程故障診斷系統(tǒng)通過請求服務器的數(shù)據(jù)庫，讀取提升機故障診斷數(shù)值，實現(xiàn)事故診斷報警;數(shù)據(jù)處理模塊中的數(shù)據(jù)存儲和打印查詢功能能夠?qū)崿F(xiàn)與遠程客戶端用戶充分的數(shù)據(jù)共享。

圖3 系統(tǒng)軟件功能模塊圖

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 遠程客戶端

礦井提升機遠程監(jiān)控系統(tǒng)客戶端通過在瀏覽器中輸入相應的網(wǎng)頁鏈接進入遠程監(jiān)控系統(tǒng)界面。客戶端由瀏覽器向Web服務器發(fā)出登錄請求，Web服務器響應用戶的請求并對登錄的信息進行身份驗證，驗證成功后服務器根據(jù)客戶端的登錄身份分配權限并自動進入監(jiān)控界面，通過操作頁面上不同控件實現(xiàn)對礦井提升機的遠程監(jiān)控和故障診斷。

3.2 提升機運行狀態(tài)實時監(jiān)測和顯示

礦井提升機遠程故障診斷系統(tǒng)借助Measurement Studio的.NET 控件，利用波形顯示控件Waveform Graph的畫圖命令Plot Append 實現(xiàn)網(wǎng)頁監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時顯示，將系統(tǒng)的參數(shù)曲線動態(tài)地顯示在用戶網(wǎng)頁上。通過number 控件顯示從服務器讀取的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡實測功能，及時準確地提供給相關人員提升機實時運行情況，分析當前提升機的運行狀態(tài)，提高提升機設備使用的合理性。

Web訪問網(wǎng)頁專家監(jiān)控主頁面如圖4所示。專家監(jiān)控界面包括天輪應力、閘瓦間隙、閘瓦油壓和空動時間等提升機參數(shù)監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊通過界面按鈕可以實現(xiàn)所有關鍵參數(shù)的監(jiān)控。

圖4 Web訪問網(wǎng)頁專家監(jiān)控主頁面

當遠程故障診斷的專家或者監(jiān)控人員通過自身經(jīng)驗或者高級算法診斷出提升機發(fā)生故障的時間和類型時，通過遠程控制模塊可以快速實現(xiàn)提升機的現(xiàn)場控制。

3.3 數(shù)據(jù)查詢、打印和下載功能

礦井提升機遠程故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)查詢功能，歷史數(shù)據(jù)導出功能和數(shù)據(jù)報表打印功能。系統(tǒng)的查詢打印界面如圖5所示，查詢類型分為:按時間查詢、按故障類型查詢、綜合統(tǒng)計數(shù)據(jù)查詢。其中按時間查詢分為按天輪應力和按制動器油壓、間隙和空動時間的查詢;故障類型查詢分為天輪應力不正常、制動器油壓不正常、制動器間隙不正常、制動器空動時間不正常、打滑、卡罐、松繩和高速過卷查詢。專家診斷出初期故障，借助歷史數(shù)據(jù)，不僅可以判斷提升系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，還可以有效避免故障發(fā)生。

圖5 系統(tǒng)打印查詢界面

4 結論

利用Visual Basic.NET軟件和NI MEASUREMENT插件開發(fā)了基于Web網(wǎng)頁的礦井提升機遠程監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有友好的用戶界面和強大的監(jiān)測診斷功能，經(jīng)過現(xiàn)場實驗測試表明系統(tǒng)運行良好。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對礦井提升機關鍵部位運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控，能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析、保存、報警、故障做診斷等處理。Web技術與礦井提升機監(jiān)測技術的結合將大大提高煤礦的管理水平和經(jīng)濟效益，使礦山設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷實現(xiàn)現(xiàn)代化。

【1】劉衍，吳建星，胡光俊.礦井提升機盤式制動系統(tǒng)安全監(jiān)測技術研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2010，36(10):48－49.

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