基于GPRS及LabVIEW的煤礦提升設備遠程監測研究

蔣紫韻　王雁

【摘 要】針對煤礦提升設備的監測現狀，結合GPRS網絡，設計遠程監測系統，并用LabVIEW虛擬技術開發監測軟件，實現在遠端對運行現場情況的實時監測及故障的準確分析，保障提升設備的安全運行。

【關鍵詞】GPRS；LabVIEW；煤礦提升設備遠程監測

中圖分類號： TP277 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）29-0065-002

【Abstract】Aiming at the status quo of coal mine lifting equipment monitoring， combined with GPRS network， a remote monitoring system is designed and developed with LabVIEW virtualization software to realize real-time monitoring and fault analysis on the remote site and ensure the safety of the equipment run.

【Key words】GPRS；LabVIEW；Coal mine lifts equipment remote monitoring

0 引言

煤礦提升設備負責人員及材料的運輸，是煤礦安全生產的主要設備之一，其安全運行至關重要，所以需要及時了解其運行狀態，多采用的方法是機電師傅例行巡檢[1]。隨著通信技術，計算機技術，網絡技術，電子技術的發展，出現了在線監測技術[2]，在設備控制室的計算機上安裝在線監測軟件，實時顯示監測狀態，但這種方法對診斷技術人員的專業素質要求較高，而煤礦一般缺乏相關技術人才，因此設備的遠程監測診斷技術應用而生。根據現有網絡應用模式，信息傳輸技術需要局域網的支持，但煤礦提升設備現場又不具備布網條件[3]，如果采用電話線傳輸方式又不能滿足間斷及較高數率的傳輸條件，而通過GPRS網絡傳輸可以克服上述缺點，因此，研究基于GPRS的遠程監測具有較大的應用前景。

1 GPRS遠程傳輸的實現

1.1 GPRS技術

GPRS是一種通用分組無線傳輸技術，數據在通信過程中不固定占用無線信道，用戶只有在發送或接收數據時才占用信道，且計費是以通信數據量為主要依據的，即“傳的越多，付的越多”。GPRS可提供高達115kbit/s的傳輸速率，能夠很好的滿足工礦監控的需要。GPRS能提供快速的即時連接，永遠在線，接入時間僅需1S，可提高遠程監測的效率。

1.2 遠程傳輸框架

數據遠程傳輸系統是將現場采集的數據通過工控機端發送給GPRS模塊，然后進行分析、處理，將數據打包，通過GPRS模塊接入GPRS網絡，再通過各種網關和路由將數據發送到遠端數據中心，遠端數據中心負責對傳輸數據的監聽、解析和存儲，以及做為遠程客戶端訪問數據的管理中心。遠程傳輸系統框架如圖1所示。

1.2.1 GPRS模塊

開發本系統采用的GPRS模塊具備數據透傳，TCP/IP網絡通信技術，可提供標準RS232/485數據接口。在用GPRS模塊傳輸數據前需要完成以下配置，包括：接入中心IP地址、端口號、終端SIM卡號、終端編號、APN名稱。接入中心IP地址即遠端數據中心服務器IP地址，要填寫對應的公網地址；端口號即為在路由器上設置的端口映射號；終端SIM卡號即有GPRS數據流量的SIM卡卡號；終端編號是一種標識，當有多個模塊同時使用時，利于遠端數據中心進行有效的數據偵聽與解析；APN名稱即開通SIM卡的通信公司名稱。GPRS模塊與現場工控機通過RS232接口通訊，相應的也要配置串口通訊參數。

1.2.2 數據協議

遠程傳輸數據過程中數據協議的制定相當重要，關系到遠端中心服務器能否準確地將收到的數據進行解析及存儲。由于煤礦提升設備的在線監測系統可能不只一個，或者同時在遠端監測的礦井不只一個，制定數據協議的時候要考慮全面，制定的數據傳輸協議如表1所示。

其中，起始位與結束位為標志字段；無線模塊編號用于區分所監測設備的對象；傳輸采集時刻便于查找歷史數據及數據分析；數據部分則根據具體的設備監測量確定，例如不同的礦井所用的制動閘類型不一樣，則制動閘的個數不固定，或同一提升設備選擇監測點不同，有監測提升鋼絲繩張力情況的，有監測主軸及減速器振動信息的，有監測制動閘制動力的，所以數據部分的具體信息長度可變；各字段的字符長度的選取關系到流量費用問題，所以要根據實際情況合理選用，本協議字符是以十六進制定義。

1.2.3 遠端中心服務器

遠端中心服務器既負責從網絡端口接收數據，又負責數據的解析及快速高效存儲。通信服務器的工作流程：首先讀取相關配置信息進行初始化，接著打開偵聽端口并進行監聽連接請求，數據庫和通信服務器建立連接后，開始數據通信。本系統服務器端口號即為GPRS模塊所填寫端口號。數據庫的設計要考慮到數據的檢索問題，因服務器所偵聽到的數據可能是多個礦井的數據，且一個礦井的數據發送裝置不只一個，所以可采用預分庫分表的策略設計數據庫，即把一個數據庫切分成多個部分放到不同的數據庫上，從而緩解單一數據庫的性能問題。

2 LabVIEW遠程監測的實現

搭建遠程監測系統目的是實現遠程客戶端對現場情況的監測及診斷分析，本文采用LabVIEW開發遠端監測軟件。

2.1 LabVIEW介紹

LabVIEW是美國NI公司開發的圖形化編程軟件，可實現信號的采集，數據分析，數據顯示及存儲等 ，具有豐富的圖形化控件，友好的界面，采用流程圖模塊化式的設計理念，使編程更容易，通過調用相關函數實現多種儀器的功能，即相當于軟件即硬件，同時也是目前功能最強，應用最廣的圖形化開發環境。endprint

2.2 主要功能模塊

2.2.1 數據的采集模塊

對于監測現場，傳感器采集的數據首先要經過一定的信號調理，才能通過LabVIEW數據采集卡將數字信號采集到計算機中，或是通過計算機的RS232串口通訊方式采集數據。對于遠程監測客戶端采集的數據不再是來自傳感器，而是直接讀取存在遠端中心服務器數據庫中的數據，即通過GPRS模塊發出的數據，相應的讀取操作程序框圖如圖2所示。

以上數據的獲取來自數據庫，編程用到LabSQL數據庫工具包，首先通過ADO Connection Create節點與ADO建立連接，后通過ADO Connection Open 節點指定打開數據源，ConnectionString給出所安裝數據庫的驅動，數據存放計算機的公網IP地址，端口號，及計算機用戶名及密碼，以及數據庫的名稱。打開數據源后通過SQL Execute節點執行SQL命令“select屬性名from數據庫表名where 1 order dy參量名desc limit n”，含義是從表中取出從第n個參量開始的所選參量，從Data取出第一行數據作為某時刻的采集信息。最后使用ADO Connection Close節點關閉與數據庫的連接。

2.2.2 數據分析模塊

數據分析可以對采集到的數據進行判斷是否存在超閾值情況，進而做出預警處理，并將報警情況記錄在數據表中，以便技術人員查看，及時檢查設備。圖3是對提升設備制動閘間隙是否偏大的判斷框圖，煤礦安全規程規定制動閘在開狀態閘瓦到閘盤的間隙不能超過2mm，當超過時指示燈會亮以示報警，應及時調整。

還可以對故障數據進行時頻域分析，根據頻率幅值變化情況進行故障診斷，另將小波分析及HHT分析應用到振動信號的診斷中，得出特征頻率，分析確定故障類型。因在LabVIEW中實現Hilbert譜程序的編程比較復雜，可通過LabVIEW調用mathscript節點，在節點中直接運行MATLAB的m文件，得到Hilbert譜。因故障診斷算法不只上述幾種，為了準確分析故障情況，若能將監測數據準確及時傳給行業專家進行分析，對故障的判斷會更準確，可見開發遠程監測系統是很有必要的。

2.2.3 數據顯示模塊

數據顯示即在一個界面上顯示所有要監測的參量及報警指示信息，因LabVIEW含有豐富的圖形化控件及可以自定義控件，監測界面可以直觀展示運行情況，圖4是煤礦提升設備鋼絲繩張力監測主界面，在界面中可以顯示每根繩的張力值及實時曲線圖，罐籠的運行位置，報警信息等，方便工作人員查看。

另外，LabVIEW軟件自帶web網頁發布功能，可以將正在運行的監測界面前面板發布出去，方便煤礦高層了解現場情況，實現遠程監控。若處在內網的另一臺計算機要訪問，直接在瀏覽器的URL欄輸入“http：//主機IP地址/VI稱.html”，即可看到監測界面，要想控制監測界面，只需在界面點擊VI圖片，在彈出的菜單中選擇獲得控制前面板的功能，但此刻主機就不具備控制界面的權限，即同一時刻，主機端和客戶端只允許其中一端控制前面板。若是處在外網的計算機要訪問，需要先實現域名與內網主機的綁定，在動態分配公網IP的情況下，由外網訪問內網主機，進而查看監測界面。

3 結語

本文開發的遠程監測系統，主要包括兩部分，一部分是基于GPRS的數據遠傳，一部分是基于LabVIEW的監測軟件開發。其中，數據遠傳關鍵是數據協議的制定及數據的解析，監測軟件開發關鍵是各功能模塊的實現。另外，遠程傳數據會有網絡延時問題，經初步測試會有1-2秒的延時，但不影響遠程監測系統整體性能，開發本系統對煤礦安全生產有一定實際的意義。

【參考文獻】

[1]林樂剛.基于虛擬儀器的提升設備性能檢測及故障診斷系統研究[D].邯鄲：河北工程大學，2011.

[2]王國彪，何正嘉，陳雪峰，等.機械故障診斷基礎研究“何去何從”[J].機械工程學報，2013，49（1）：63-72.

[3]唐艷同.礦井提升機遠程狀態監測與智能故障診斷系統[D].太原：太原理工大學，2010.endprint