孔莊礦提升機監測監控系統的研究與應用

董佩

摘要：孔莊煤礦混合立井井筒直徑8.1m，井深1083m，設計生產能力為1.5Mt/a，混合井主井提升機滾筒直徑為4m，主電動機功率2500KW，提升高度1041米，額定載重量16噸。針對孔莊煤礦混合井井筒深，提升任務重，井筒裝備復雜，通過對孔莊煤礦混合井提升機監控系統的研究，成功完成了混合井信號，閘控、電控、天輪在線稱重等監控系統的融合。

關鍵詞：傳感器;監控系統;提升機;上位機

由于混合井井筒較深，提升任務重，井筒裝備復雜，因此為保障混合井各系統的安全穩定運行，需要對混合井各系統信息自動化系統進行分析研究，實現各系統的穩定密切配合，實時掌握設備的運行情況，實現設備故障的提前預防和處理，進而避免各類事故的發生，保障混合井的安全穩定運行。

1 提升機監測監控系統平臺

1.1 系統組成

通過對提升系統故障分析確定滿足診斷要求需監測方法和監測的特征參數，構建了監測系統，主要由絞車房監測單元、天輪監測單元、提升容器監測單元組成。

1.2 絞車房監測單元

1.2.1 主軸軸承振動監測單元

提升機摩擦輪主軸軸承位于絞車房內，因此采集到的軸承振動信號經變送器進行放大處理后再通過數據采集模塊，以總線方式直接傳輸至主控室，通過 CPU 解析后由監控平臺讀取。

1.2.2 懸繩振動監測單元

提升機鋼絲繩離開摩擦輪輪緣至天輪輪緣的一段通常稱為懸繩。懸繩持續劇烈的橫向振動往往會造成相鄰軸向運動懸繩之間的劇烈碰擦，，嚴重影響鋼絲繩的使用壽命;此外，懸繩劇烈的橫向振動容易加速繩槽磨損，嚴重縮短摩擦輪和天輪等設備的使用壽命。在鋼絲懸繩靜止時，進行目標初始位置進行拍攝，獲得原始標識。鋼絲懸繩運動過程中抓拍圖像與原始標識進行比較、計算，將圖上像素距離轉化為實際距離，對參數進行實時測量，設定規定閾值進行判斷、預警。

1.2.3 其他的信號接入模塊

絞車房內還有提升機的制動系統、傳動系統、控制系統等。這些系統一般都具有一定的監測模塊，對以采集到的信號本平臺因留有接口方便這些信號接入。

1.3 天輪監測單元

天輪軸承振動及偏擺監測單元：

（1）天輪軸承振動監測單元。由于提升機天輪軸承長期工作在低速重載的工況中，在天輪裝置的每個軸承座上安裝具有低頻特性的加速度振動傳感器采集軸承的振動信號，然后將振動信號傳輸給模擬量無線采集卡，通過無線采集卡將振動信號傳給無線接收裝置，最后由無線接收裝置將振動信號傳輸給監測平臺。本方案中采用的是 TG3C 三向加速度傳感器，該傳感器的頻率范圍是 0400Hz，靈敏度是 5000±50mV/g，通過磁吸的方式將振動傳感器安裝在軸承座上。

（2）天輪偏擺監測單元。在天輪運轉時，利用紅外攝像機對其目標監測位置進行實時攝像，所獲得的視頻流數據通過無線傳輸與接收，傳輸到視頻數據采集卡中。天輪甩油嚴重，因此對攝像機鏡頭需要一定的遮擋防止油污污染鏡頭。

1.4 提升容器監測單元

對于千米深井重載的提升系統來說，安全可靠性必然是監控系統的重大任務之一。一旦發生故障，例如過載、張力不平衡、斷繩、卡罐、過卷等事故時，將嚴重影響煤礦的正常安全生產以及危及工作人員的生命安全。因此，通過實時監測張力的變化情況，實時診斷出過載、張力不平衡、過卷、卡罐、卸載不徹底等異常工況，以保證提升機的安全運行和人員的生命安全。由于孔莊礦的提升鋼絲繩為 4 根，因此，需 4 個壓力傳感器進行壓力的實時監測，選擇量程為 35MPa。壓力變送器將鋼絲繩的張力變換為電信號，經由采集發射模塊采集轉化為數字信號，并向井口發射。

2 提升機全狀態故障診斷與預測平臺

2.1 系統組成

根據孔莊煤礦的主井提升機的實際，本方案進行了多傳感器信息融合的健康診斷研究，分別采集天輪軸承振動、天輪偏擺、主軸軸承、提升載荷、張力平衡裝置等方面的狀態信息，對其進行信號處理與特征提取，實現礦井提升機健康狀態的決策判斷。

2.2 故障診斷與預測平臺

提升系統全狀態監測平臺主要集成了天輪監測模塊、提升容器監測模塊、絞車房監測模塊。每一個模塊都是獨立的監測系統，具備自身特有的監測方法和報警功能。該平臺具有較強的可擴展性能，用戶可以根據需求在該平臺上再集成其他模塊。提升系統故障分析與診斷平臺主要通過監測平臺數據接收模塊接收監測平臺發送的故障信息（系統正常時的數據和信息由各模塊自行處理和儲存）。通過故障分析與診斷模塊給出該故障信息對應的故障原因與建議性解決方案。每一次的故障信息都將通過故障信息顯示和儲存模塊在人機界面上顯示。故障案例記錄存入專家系統知識庫。用戶可以通過該模塊查看歷史故障案例和案例分析。

3 結論

根據目前我國提升信息自動化的水平，混合井信息自動化監控系統對于其它煤礦提升系統具有較大的推廣應用價值。在主提絞車房可實時顯示混合井提升系統運行數據，并實現故障語音報警，做到事故的提前預防，進而實現了事故的提前預防和預警，提高了系統管理人員及現場人員的工作效率，保障了混合井系統的安全、可靠運行。

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夠更好地滿足高鐵的需求。工電一體化作業要結合實踐，從管理模式的改革入手，建立有效的管理制度、生產聯合和應急處置制度，實現對設備結合部的有效管理及病害的及時防治，實現工電維修工作效率提升的同時也保證維修工作的質量，確保鐵路運輸安全。

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