矿井提升机状态监测数据分析研究

引言

　　提升机是矿山行业中广泛应用的一种运输工具，承担着矿石提升任务。矿井提升机结构复杂、载荷大、工况环境较为恶劣。提升机的正常工作是保障矿山安全生产的重要组成部分，为了保证其具有高效、安全和稳定的特点，矿井提升机都具有很好的控制系统和安全保护系统。目前随着科技水平的不断提高，矿井提升机也不断进行着技术更新，逐步向着自动化、智能化的方向发展。

　　通过配置多类型传感器，对提升机的工作状态进行实时监测，并根据数据分析算法，对监测数据进行分析，提取有效信息，及时发现故障和安全隐患，是提高提升机安全运行的重要技术手段。基于计算机的提升机状态监测可以实现现场数据采集变送、处理分析、存储打印、应急预警等功能。

　　1 矿井提升机监测系统组成

　　矿井提升机监测系统包括硬件系统和软件系统，硬件系统包括现场传感器、变送器、数据采集卡、通信网关等部件，主要通过系统集成的方式进行实现。软件系统主要包括现场数据采集端的数据采集与处理软件，以及安装在监控室上位机的数据分析软件组成。

　　采用LabVIEW作为软件开发平台，针对矿井提升机的电枢电流，电压，温度，速度，加速度等状态参数进行监测和数据分析，同时设置过流、过压等超限报警功能。LabVIEW是一种用图形代替文字进行创作、编辑的图形化编程语言，具有操作便捷、界面直观等优点。提升机状态监测数据分析软件的主要功能如下：

　　（1）能够显示提升机的实时动态位置以及运动情况;

　　（2）能够监测提升机的速度、加速度、电压、电流等状态量的变化;

　　（3）能够以文本、曲线等形式对监测的状态数据进行实时显示;

　　（4）具有参数超限报警功能，当检测数据超过预先设定的预警值之后能够发出报警提示;

　　（5）能夠对监测数据进行均值、方差、标准差等时域分析。

　　（6）能够对监测数据进行频谱：功率谱、傅里叶变换等频域分析。

　　2 监测系统数据采集设计

　　在提升机的运行过程中运行速度、加速度、电动机电压、电流、油温、油压和提升机的实时位置等参数直接影响到提升机是否能够正常工作，所以为保障提升机运行过程中一旦出现故障，技术人员可以及时发现并提出相应的解决方案，本监测系统的数据采集部分主要以上述参数作为主要对象。数据采集软件包括用户登陆模块、数据采集模块、参数设置模块、数据显示存储模块等组成。软件运行时，首先出现的是登录界面，用来对用户设置访问权限，只有输入正确密码并按登录键，才能进入主界面。用户登录成功后，进入监测主界面，实现数据采集分析、存储显示等功能。监测数据处理程序框图和数据存储程序框图分别如图1和图2所示。

　　3 监测数据分析设计

　　对提升机的运行数据分别采用时域和频域方法进行分析处理。时域分析是以时间为衡量标准，在时间域内进行变量的分析，分析各个变化量随着时间的变化而变化的情况，运用二维坐标系进行波形显示，根据输出的时间关系特性，得到系统稳定性、暂态、稳态特性等。针对电压、电流、速度和加速度参数，采用的主要分析方法包括监测数据的均值、均方根、方差、标准差、众数、中值以及最大值和最小值等。均值是所有得到的数据的平均值，表示监测数据中最接近的一个数值，可以表征数据的聚集程度。方差和标准差能表达出监测数据的离散程度。众数是一组监测数据之中出现次数频率最多的数据，代表数据的一般水平。基于LabVIEW的提升机电枢电流时域分析模块如图3所示。

　　图3 提升机电枢电流时域分析模块

　　监测数据时域分析软件界面如图4所示。包括过流、过压、超温指示灯和提升状态显示，速度、加速度、油压和电枢电流的曲线显示等。软件界面的下部为时域分析结果，通过这些数值的时域计算，可分析出监测数据的时域指标。

　　图4 监测数据时域分析界面

　　频域分析法是一种常用的数据处理方法。系统中的采集信号都是由许多复杂的信号合成而来。频率特性是指输出信号与输入信号之间的频域特性关系。频域分析法既可以分析系统的稳态特性，同时也能分析系统的动态特性，可以十分便捷的分析出系统瞬态性能的指标，简要分析出输入信号对于瞬态响应的影响，以便研究系统的瞬态性能特征。同时频域分析不受系统的线性特点影响，既可以分析线性时变系统，也可以分析非线性时变系统。

　　本设计对于所采集到的矿井提升机电枢电流和电压进行频域的分析监测数据分析。主要分析方法包括频谱、功率谱、傅里叶变换、窗函数设计等。监测数据频域分析软件界面如图5所示。

　　图5 监控数据频域分析

　　4 结束语

　　针对提升机状态监测问题，设计基于LavBIEW的数据采集和数据分析软件。软件主要由系统管理、数据采集、参数监测、数据分析、故障报警等功能模块组成。实现了提升机电枢电流、电压、运行速度、加速度、位置，油温油压等信息的采集和分析。采用时域方法对监测数据的均值、方差、众数、最值等信息进行分析，以及监测数据的频谱、功率谱等频域特性分析。