贵州中岭矿业有限责任公司贵州毕业553034
摘要：现阶段，国内矿山勘测设备管理和故障预防措施仅仅是依靠维修诊断，而这种方式仍会造成一定的损失，因此实现机电设备自动在线监测与故障诊断越来越重要。通过系统需求分析设计系统结构框架，并通过硬件和软件设计，完成自动在线监测与故障诊断系统的全部设计。通过使用传统机电管理方式与新系统方法处理故障的实验对比，证明新设计的机电设备自动在线监测与故障诊断系统切实有效，可以对矿山机电设备进行监测，做出故障预测，并提高故障处理效率。
关键词：设备管理；在线监测；故障诊断；处理效率
随着工业强度的增加，设备运行强度增大，故障发生可能性也越来越大，且一旦发生损失严重。因此为保障生产安全，机电设备管理系统的要求也不断提高。通过对机械设备的各个部件或对其整体进行状态监测来判断设备的运行是否正常，及时发现故障征兆；通过实时自动监测检查设备的老化损坏程度，做出预防警报，及时采取应对措施。旨在不影响设备的正常运行情况下，判定可能发生故障的位置，进行故障预报，提供有效的预防方案，以下是对矿山机电设备自动在线监测与故障诊断系统的设计。
1系统结构框架
矿山机电设备自动在线监测与故障诊断系统的实现，凭借对矿山机电设备整体和局部部件的运行温度及振动频率监测。理论上要实现以下功能：对设备运行状态进行实时监测；设备处于故障状态进行报警处理、设备处于临界状态发出警告；对已经发生的设备故障进行在线诊断，评估故障严重程度，做出维修指导。其系统结构图如图1所示。
图1系统结构图
在机电设备管理的基础上增加在线监测系统和故障诊断系统模块，通过监测设备运行状态，实时评估机电设备的性能，并通过运行数据的波动，及时发现设备异常。使用矿山机电设备自动在线监测与故障诊断系统，还可以对已经发生的机电设备故障进行快速诊断分析。
2系统硬件设计
（1）在线监测模块设计
依据系统需求，以每一个矿山机电设备为基本单位，监测系统对各个部件的振动幅度、温度等数据进行监测，因此在线监测系统中主要的硬件设备是矿用本安型振动分析仪、矿用本安型振动加速度传感器、矿用本安型数据采集分站。矿用本安型振动监测分析仪由三大部分组成：振动信号采集模块、数据处理模块、结果显示及存储模块。在数据处理模块中，其中最重要的部分就是DSP高速处理器，使用DSP处理器能够高效完成数据运算，并且根据振动分析仪的设定，完成对应精度数据的输出。矿用本安型振动监测分析仪的结果显示与存储是通过嵌入式LINUX环境下，使用ARM7处理器实现结果显示和存储模块，存储模块的内存可以使用外扩设备扩大。使用上述设备再通过SPI方法实现ARM与DSP之间高效快速的数据传输工作。
（2）故障诊断模块设计
故障诊断系统数据来源就是在线监测系统对机电设备零部件状态信息采集。通过振动监测仪测量部件的振动峰峰值、频率量信号。再将采集的振动信号通过传感器传递到振动分析仪中，进行内置规范算法计算，主要对机电轴承连接损耗性大的部位进行重点分析诊断。
振动分析仪的硬件指标考察包括：矿用本质安全型、供电电源、12路振动加速度电流输入接口型号、频率范围、1路频率信号输入接口性能、外壳防护等级等。本系统需要的硬件支持包括：电压DC16-24V，电流不大于600mA；振动峰峰值在0-20间；频率范围处于0.5-5000Hz；1路频率信号输入接口测量范围在0-1000Hz间，测量误差小于0.5%；其中1路RS485接口的传输速率要不低于5600bps，并且传输距离不小于3km；使用传输速率高于15Mbps的半双工TCP/IP电信号传输，并把故障诊断结果通过双色灯状态显示。
3软件设计
因为矿山机电作业中，可能出现需要进行远程求助的情况，因此系统选用B/S结构。使用B/S系统结构时，发出数据访问请求，web服务器会对请求发出验证指令，通过验证后才能查询数据库。在线监测系统和故障诊断系统通过整体的设备管理系统进行互联。每个在线监测管理子系统监测单独的设备，所有的监测数据通过CAN总线网络模式汇集到集控中心处理机中，通过集控中心的数据处理完成设备故障诊断、实现报警功能。
4实验论证分析
为验证设计的机电设备自动在线监测与故障诊断系统有效性，进行实验论证。实验对象为同一个矿山的两台同型号的挖掘设备，一种使用新系统进行自动在线监测和故障诊断，另一种使用传统机电设备管理系统进行排查诊断。通过人为设置三种故障，对比两种方式排查故障的效率。实验论证结果如图2所示。
图2实验论证结果图
由图2实验结果可知，使用新系统排查故障比使用传统的机电设备管理方法耗时少，且可以更快处理故障，使用本文设计的机电设备自动在线监测与故障诊断系统可以大大提高机电设备的故障诊断效率。
5矿山机电控制自动化技术运用
PLC技术是矿山机电控制自动化技术中的核心技术，其又叫作可编辑逻辑控制技术，该技术以数字运算作为设备的控制操作方法，在设备运行过程中，借助于可编程存储器来进行逻辑运算、算数运算以及顺序运算等相关指令，以此实现对各类数据的输入与输出。PLC技术无论是在稳定性还是可靠性上，都有着其他技术所无法比拟的优势，在设备操作上也非常简单快捷。PLC的组成部分包括编辑器、存储器、输入与输出端口、CPU、电源以及扩展接口等，数据、地址与电源是数据交换过程中的必要条件，可通过数据的交换来实现设备功能的各种控制。PLC具有非常强大的应用功能，其在矿山机电控制自动化技术中有着灵活的应用方式，不同单元和模块都可按照系统的具体需求来进行随意组合，从而使工业控制变得更加近年来，国家对矿产资源需求量的不断增加，使矿山机电控制设备在矿产开采工作中占据着越来越重要的地位，只有确保矿山机电控制设备的稳定、可靠运行，才能从根本上提高矿产开采效率，因此，对矿山机电控制设备的自动化技术进行研究，将有助加快矿山机电控制设备的更新换代，进而使其具有更高的稳定性与可靠性。对于矿山开采作业来说，由于作业地点位于井下，而井下环境又十分恶劣、复杂，这也使作业人员的人身安全极易受到威胁。此外，机电控制设备的操作流程复杂，并且涉及到诸多环节和技术操作，如果采用传统的机电控制技术，势必难以满足矿山开采需要，而且也非常容易引发安全事故。为了避免这些问题，将自动化技术应用于其中，可通过灵活组合各种模块来制造出所需的机电控制设备，这大大提高了机电控制设备的实用性与扩展性。并且，自动化技术有着明确而较为系统的编程流程，应用起来非常方便，在控制表达上既可利用逻辑图来实现，也可利用梯形图来实现，并且在控制过程中不需要操作人员参与其中，有效避免了安全事故的发生，提高了机电控制设备的安全性，并且在机电控制设备中还安装有PLC装置，该装置中的屏蔽模块与稳压模块，可有效避免外部环境对机电控制设备的干扰。
结语：
本文对现阶段我国矿山勘测机电设备管理的新需求进行分析，通过系统硬件设计和软件设计完成矿山机电自动在线监测与故障诊断系统整体设计。并且经过实验论证证明了该系统的有效性。希望本文设计的系统经过更加详细的改良可以投入矿山机电设备自动管理中，为我国的矿山勘测开采工作安全和效率提供保障。
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