提升機遠程監測及異常診斷系統的研究

牛海兵

（長治三元中能煤業有限公司，山西 長治046600）

引言

礦井提升機是利用驅動電機帶動提升罐籠進行升降的一種裝置，被廣泛應用于井下物料和人員輸送中。隨著煤炭綜采效率的不斷提升，對礦井提升機運行時的效率和安全性也提出了更高的需求，但由于提升機驅動機構長期在高負荷狀態下運行，因此導致提升機故障頻發，這已經成為影響礦井生產安全的一個關鍵因素。目前對提升機運行狀態的控制主要是通過定期維護的方式，側重于“過后”排查，無法及時對提升機的運行異常進行報警和維護，不僅維護效率低下而且可靠性差，無法滿足運行安全需求。本文提出了一種提升機遠程監測及異常判斷系統，通過對提升機主要異常原因的分析，制定了遠程監測參數和異常判斷邏輯，實現了對提升機運行過程的動態監測。

1 提升機故障信號監測系統原理

提升機主要由提升系統、制動系統、控制系統等構成，通過對提升機故障類別的分析，提升系統和制動系統故障占到了提升機總故障的96%以上，在提升系統的故障中傳遞齒輪的故障率達到了63%，傳動軸承的故障率達到了22%，制動系統的故障類別主要是制動力不足，制動間隙過小等。

提升系統中傳動齒輪和軸承的運行故障監測可利用振動傳感器進行監控，但由于振動傳感器在安裝過程中無法直接設置到軸承和齒輪處，因此為了確保對運行時的異常振動檢測的準確性，在選擇監測位置時，應盡量靠近振動敏感位置和故障多發位置[1]，同時設置傳感器的機座要具有較大的強度，避免運行時的振動導致機座變形，影響監測結果的準確性。根據實際驗證，將振動傳感器設置到提升系統的軸承座上時能夠獲得最佳的監測效果，振動傳感器的監測點分布如圖1所示，在提升系統上共設置8個監測點，從而滿足對提升系統運行狀態的全貌監測。

圖1 振動傳感器分布示意圖

提升機制動系統相對復雜，所出現的故障類型也較多，因此對提升機制動系統的監測既需要滿足正常運行情況下的監測需求又要滿足制動時安全、高效、靈敏性的需求，根據提升機在運行時的特點及常見故障類型，所選擇的制動系統監測參數主要包括制動閘瓦間隙、液壓系統的油壓、制動盤的偏擺量。對制動閘瓦間隙的監測主要通過非接觸式電渦流傳感器[2]，其監測精度達到了±0.2 mm，監測精度高、穩定性好。對液壓系統油壓的監測主要通過油壓式監測傳感器，監測精度高、抗干擾能量強。對制動盤偏擺量的監測通過渦流式位置傳感器，能夠滿足±0.2 mm的監測精度需求。提升機故障信號監測系統整體結構如下頁圖2所示。

在該故障信號監測系統中，采集卡主要是用于對各類監測信號進行數據存儲和傳輸，因此要求采集卡的采集頻率范圍要廣、數據轉換速度快、穩定性好，經過對比分析，確定選用采樣速率為300 kHz的異步數據采集卡，滿足數據采樣完整性的需求。

2 遠程監測及故障診斷系統的整體結構

在對提升機各類故障發生原因和現象進行數據收集的基礎上，所提出的遠程監測及故障診斷系統整體結構如圖3所示。該系統主要包括了本地診斷和遠程在線診斷兩個部分[3]，本地診斷主要由現場監測站、C/S客戶端等構成，主要用于對單個模塊進行精確的故障分析和處理。遠程診斷中心則主要包括遠程數據服務器、遠程數據傳輸中心等，主要用于遠程在線監測和調整。

圖2 提升機故障信號監測系統整體結構示意圖

圖3 遠程監測及故障診斷系統結構示意圖

在該遠程監測和故障診斷系統中，現場監測站是系統的核心，一方面需要對提升機運行過程中的各類運行參數、振動數據進行監測和存儲，另一方面需要接受控制終端傳輸過來的各類指令，進行調整和數據信息反饋，因此對數據處理能力要求較高，需要有足夠大的存儲空間和極快的數據處理速度。系統的總監測站一方面需要對提升機整個系統的運行狀態進行監測和顯示，另一方面需要作為遠程診斷系統的數據中轉站，滿足異地專家遠程在線診斷的需求。

3 遠程監測及故障診斷系統診斷方法

為了進一步規范提升機運行故障類別，提升故障判別的準確性和效率，本文在對提升機常見故障的類別、原因、處理方案進行深入分析的基礎上，提出了利用模糊故障樹理論[4]對提升機故障進行分析。在實際應用中首先由系統故障來倒推導致系統故障的各個設備故障，再由設備故障倒推相關零件的故障，由此建立一個金字塔形的故障類別邏輯關系圖。

當提升機運行時出現故障后，系統自動從故障現象入手，對故障原因和設計的設備、零件進行倒推，從而快速確定故障原因，為了確保故障診斷系統的運行精確性，在系統中設置了接口模塊，便于對故障樹模型進行修正和完善，提升機遠程監測及故障診斷系統故障樹模型如圖4所示。

圖4 故障樹模型示意圖

4 應用效果

根據統計，該提升機遠程監測及故障診斷系統自投入應用以后，提升機的停機異常降低了96.4%，平均故障維修時間降低了91.8%，顯著提高了提升機運行的穩定性和效率，目前該方案已經在多個煤礦投入應用，取得了較好的應用效果。

5 結論

1）將振動傳感器設置到提升系統的軸承座上時能夠獲得最佳的監測效果；

2）提升機故障診斷系統包括本地診斷和遠程在線診斷兩個部分，該系統能夠實現本地自檢和遠程在線診斷，有效提升故障處理速度；

3）該提升機遠程監測及故障診斷系統自投入應用以后，提升機的停機異常降低了96.4%，平均故障維修時間降低了91.8%，顯著提高了提升機運行的穩定性和效率。