礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

礦用機(jī)械式采掘設(shè)備的發(fā)展越來(lái)越趨于大型化以及復(fù)雜化，在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障。自動(dòng)監(jiān)測(cè)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障，是確保礦用機(jī)械式采掘設(shè)備安全、穩(wěn)定工作的重要前提條件[1]。目前，我國(guó)應(yīng)用的礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要采用主動(dòng)自報(bào)的方式監(jiān)測(cè)設(shè)備故障中的具體參數(shù)，并通過(guò)GPRS傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在監(jiān)測(cè)精度低的問(wèn)題，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)警的現(xiàn)象。未彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精度不足的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)一種新型礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，致力于提高礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)精度，降低監(jiān)測(cè)誤報(bào)警率。

1 礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 傳感器

本文設(shè)計(jì)的傳感器型號(hào)為BT-A500-E432，用于測(cè)量礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障電壓、電流等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)[2]。傳感器內(nèi)置MPU-589741芯片，MPU-589741芯片作為一個(gè)封裝的復(fù)合型芯片，能夠有效提高礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳感精度。BT-A500-E432傳感器，具體參數(shù)指標(biāo)，如表1所示。

表1 BT-A500-E432傳感器參數(shù)指標(biāo)

結(jié)合表1所示，BT-A500-E432傳感器能夠測(cè)量故障以及非故障狀態(tài)下的礦用機(jī)械式采掘設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，多種維度監(jiān)測(cè)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障中的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，滿足礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)的要求。

1.2 監(jiān)測(cè)主機(jī)

在傳感器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)主機(jī)，型號(hào)為OM-A6 X2547777，帶獨(dú)立看門(mén)狗，大容量存儲(chǔ)器，無(wú)需依賴網(wǎng)絡(luò)即可完成礦用機(jī)械式采掘設(shè)備配電、UPS、溫度、濕度、煙感、圖像采集等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，并集中監(jiān)控管理，通過(guò)短信、電話、郵件、聲光、微信等進(jìn)行報(bào)警。在故障狀況下，完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)圖像采集、報(bào)警信息發(fā)布、遠(yuǎn)程控制等操作。以此，完成系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)。

2 礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)追蹤礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)信號(hào)

在礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)過(guò)程中，首先要明確故障監(jiān)測(cè)信號(hào)的發(fā)射點(diǎn)與傳輸路徑[3]。而后基于信號(hào)分析，假定監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)可表示礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障的實(shí)時(shí)狀態(tài)，設(shè)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)的表達(dá)式為，則有公式（1）。

公式（1）中：m指的是信號(hào)濾波轉(zhuǎn)換次數(shù)；j指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)的選擇傳輸路徑；Amj指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)濾波轉(zhuǎn)換次數(shù)序列分布平方和；n指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)跟蹤節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)。通過(guò)公式（1），重構(gòu)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)信號(hào)在傳輸路徑的需排列。假定經(jīng)過(guò)濾波轉(zhuǎn)換后，礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)信號(hào)的能量傳輸呈現(xiàn)逐步遞減趨勢(shì)，滿足自動(dòng)追蹤35kv電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)信號(hào)的要求。可將自動(dòng)追蹤礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)信號(hào)的目標(biāo)函數(shù)設(shè)為E，則有公式（2）。

公式（2）中：k指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)信號(hào)能量值。通過(guò)公式（2），實(shí)現(xiàn)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)信號(hào)自動(dòng)追蹤。最后，利用礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)信號(hào)的映射函數(shù)與信號(hào)庫(kù)映射的方式，接收礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，推理監(jiān)測(cè)信號(hào)的故障點(diǎn)。

2.2 礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

在接收礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，配置故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的匯編代碼[4]。本文采用XCOM V2.0定點(diǎn)模塊對(duì)故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)執(zhí)行匯編代碼，平均分配每個(gè)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)，即為deviceld。這樣一來(lái)，通過(guò)deviceld將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，從而減少礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的冗余值，進(jìn)一步提高礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)精度，降低監(jiān)測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的誤報(bào)警次數(shù)。

2.3 顯示礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)結(jié)果

完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理后，將系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)報(bào)警功能連接后臺(tái)，顯示礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[5]。將數(shù)字形式數(shù)據(jù)在終端的顯示映射取值范圍設(shè)置在0～1之間，通過(guò)計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)的映射值，以此獲得礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)結(jié)果。設(shè)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)結(jié)果的表達(dá)式為Q，可得公式（3）。

公式（3）中：K指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)數(shù)字形式數(shù)據(jù)可信任度；E指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障電壓值；φ指的是礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障電流值。通過(guò)公式（3），計(jì)算得出的映射值作為礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵依據(jù)，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞情況，傳輸終端數(shù)據(jù)，并顯示數(shù)據(jù)信息，完成礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障監(jiān)測(cè)。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為構(gòu)建實(shí)例分析，實(shí)驗(yàn)對(duì)象選取某礦用機(jī)械式采掘設(shè)備，并對(duì)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障的基本參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，如表2所示。

表2 礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障參數(shù)

根據(jù)表2所示，分別使用傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及本文設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)置傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為測(cè)試兩種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)誤報(bào)警率，監(jiān)測(cè)誤報(bào)警率越低證明監(jiān)測(cè)精度越高。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)誤報(bào)警率對(duì)比圖

通過(guò)圖1可得出如下的結(jié)論：本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)誤報(bào)警率明顯低于對(duì)照組，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題。由此可見(jiàn)，本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是具有現(xiàn)實(shí)意義的。

在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用力度。截止目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究仍存在一些問(wèn)題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)礦用機(jī)械式采掘設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高礦用機(jī)械式采掘設(shè)備的綜合性能提供專業(yè)指導(dǎo)。