礦井提升機在線監測技術開發與研究

摘要：在當前的采礦活動中，礦井提升機是不可或缺的一類機電設備，其運行情況不僅直接關系到礦井的整體生產力而且還關系到井下職工的生命財產安全。本篇論文就國內外學術界針對狀態監測與故障診斷等相關技術的研究現狀展開了深入分析，同時提出了一種新的監控系統，該系統以 GPRS通訊和 PLC控制為基礎，現就其工控機軟件與可編程式邏輯控制器程序兩個方面的配置與實現展開介紹。

1常規斜井提升機的工作原理

當前采礦業常用的提升機類設備其主要結構包括以下幾大分系統：（1）動力與傳動系統：該部分的主要構成為電機、主軸裝置與減速器；（2）制動系統：主要有液壓泵站、制動器及制動間盤；（3）潤滑系統：主要結構為管路與泵站；（4）操縱于觀測系統：主要包含深度指示器和操作臺兩大部分；（5）拖動保護系統：該分系統帶有專門的裝置提供安全保護，在其作用下提升機能夠進行平穩的啟停、轉向和變速等相關操作。

當前主井與副井所用的提升系統分別為斜井箕斗和串車提升兩種，其構成為：兩根鋼絲繩一端纏繞在提升機滾筒上一端經過天輪同箕斗相連，箕斗部分處于井下等待裝煤，部分處于井上棧橋卸煤。系統運行時處于井下的礦車在翻車機的作用下將其乘載的煤轉入處于井下的煤倉之中，其后在工作人員的操控下倉內的煤進去箕斗之中，在提升機的作用下箕斗中的煤最終進入處于地面的煤倉。因為帶動箕斗的鋼絲繩一端同滾筒相連，所以提升機開動后隨著滾筒的轉動鋼絲繩將帶動箕斗在斜井內往復動作，從而實現煤的轉運。

2在線監測系統的整體結構

根據設計該在線系統主要具有以下幾項功能：

（1）實時采集并分析提升機的具體運行信息，主要內容包含有：監測設備運行時的電氣參數；監測液壓站的實時壓力、油溫有無超標；監測轉子運行時的振動情況；確定設備存在的缺陷與出現的故障；監測制動盤有無偏擺、閘瓦間隙大小；利用無線訊號發送及接收設備的實時狀態信息。

（2）安裝在現場的工控機能夠借助網絡對提升機的運行數據進行實時分析，從而及時對設備出現的故障做出診斷。

（3）監測站獲得的設備實時運行數據以及工控機做出的分析結果都將顯示在監控中心；借助曲線圖可以在監控中心直觀的了解設備運行狀況的具體變化。

（4）設備運行中出現異常情況時將實時發出警報，與此同時系統還將以短信息的方式發出警報，并且該警報將被收錄入相關記錄內。

（5）某一時段內設備的運行、操作、故障等相關信息都可以打印成報表供管理人員進行查閱，該方式不僅有助于工作人員及時對設備故障進行排查，而且還可以提供真實的歷史數據，從而方便進行貝葉斯網絡仿真。

本次設計的在線監測系統將按照“現場監測站遠程監控中心”的經典模式進行建設。其中選用OPC 服務器和西門子公司的 PPI協議進行現場通信；遠程通信則利用公網的固定式IP 進行組網，其后搭配GPRS 。從組成來看，安裝在現場的監測站其核心結構包括電源、傳感器及電控系統以及工控機、PLC 、數據傳輸設備和負責采集模擬量的模塊等等；遠程監控中心的核心結構主要為計算機，其配備的計算機均帶有固定IP，借助網絡該中心能夠監測提升機的實時運行情況，同時還能對其故障做出及時診斷。下圖1對該系統的硬件構成做出了簡單示意：

3監測系統的軟件設計

本次設計的在線監控系統其數據采集及相關處理選用了西門子公司的可編程式邏輯控制器 PLC，考慮到系統的兼容性與穩定性需求，最終決定選用型號為SINAUTMD720-3的模塊負責系統的無線通訊。因為當前的GPRS 技術在實時性方面有所欠缺無法實時處理振動信號等相關信息，綜合考慮后本系統決定首先借助PPI 協議和 PC/PPI電纜與工控機對采集到的實時信息進行處理，其后再將故障信息發送給PLC ，按照該設計PLC 需要傳輸的信息量將大大減少，而且整個系統還能對設備實現實時監控與故障預警等相關操作。

4基于PLC控制技術的GPRS 通信模塊

西門子公司針對型號為S7-200的PLC 專門開發了一款型號為 STEP7-Micrp/WIN的專業編程軟件，使用西門子 的用戶在開發過程中將不可避免的用到該工具，該編程工具對于相關產品的開發設計以及設備的檢測、調試等工作均有著極大幫助。

PLC中針對設備實時狀態監測的相關開關量可以進行直接提取，在西門子提供了一個專業的指令庫，借助該指令庫的換算比例可以將傳感裝置采集的模擬量訊號進行實時轉換從而獲得實際模擬量。本篇論文主要對無線通訊的確立過程以及短信發送程序的切換操作進行了著重介紹。

從操作模式來看SINAUTMD720-3共有AT 與GPRS 兩種，即終端與OPC 兩大模式。從功能來看AT 模式的核心功能為收發短信； GPRS模式的核心功能在于負責實現 OPC服務器與S7-200 的通訊。利用上述編程工具編寫短信發送以及 通訊兩個程序時需要用到西門子公司的專業程序庫。為確保實現無線通訊，必須要利用PPI電纜將 的通訊接口（ RS485）同 SINAUTMD720-3 對應的接口（RS232 ）進行連接。

為確保應用SMS 與GPRS 兩大功能時更加的安全、方便與穩定，下文將對上述兩種模式的切換操作展開針對性介紹。調制解調器與CPU 通訊口即PPI 或自由口的通訊模式主要依靠WDC CONTROL 功能塊負責修改，該功能模塊存在于SINAUT MICRO SC 指令庫內，其核心功能在于切換AT 與GPRS 兩種指令。下面簡單介紹其運行時的主要操作過程：

（1）CPU運行時，其通訊接口將從與調制解調器的連接狀態切換至自由口狀態；

（2）等待GPRS 連接的建立；

（3）連接成功后，遠程監測站將立刻登錄；

（4）當用戶需要利用AT指令對調制解調器進行直接訪問時，比如需要發送短消息時必須要將模式進行轉換，使其處于AT 模式下。要向功能模塊WDC CONTROL中的 變量發送一個專門的訊號用以喚醒ACT-AT-MODE 模式。

5結束語

從內容來講，第一步文章首先對無線通訊各種傳輸模式的選擇進行了簡單介紹，其中重點對無線通訊的優勢與選擇組網方式兩個方面展開了描述。第二步介紹了該系統的總方案，并對系統選用的主要硬件進行了說明。文章最后介紹了本系統所用的各種軟件，并點明了以PLC 為基礎的GPRS 通訊的具體實現辦法。

參考文獻：

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