摘要：以物聯(lián)網(wǎng)為構(gòu)架，開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井自動排水設(shè)備健康管理平臺，從感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三部分展開了設(shè)計分析，給出了物聯(lián)網(wǎng)健康管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。通過振動與電流傳感器對所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行收集，利用LabVIEW將采樣所得的波形顯示與屏幕上。先建立ODBC數(shù)據(jù)源，并配置LabVIEW不同數(shù)據(jù)間的鏈接屬性。完成了礦井自動排水泵的故障診斷和健康預(yù)測，給出其界面功能和狀態(tài)信息的可視化顯示。

　　關(guān)鍵詞：礦井,自動排水系統(tǒng),健康管理平臺,物聯(lián)網(wǎng)

　　現(xiàn)階段，國內(nèi)的大部分煤礦企業(yè)都已實(shí)現(xiàn)排水設(shè)備的自動控制過程，可以結(jié)合管道流體壓力、倉位等數(shù)據(jù)并通過電磁閥合理調(diào)控離心泵處于運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)，同時還可以進(jìn)一步對控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)[1-3]。但到目前為止，尚未建立對礦井自動排水設(shè)備進(jìn)行健康管理與故障分析的完善監(jiān)控系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在還無法準(zhǔn)確獲知發(fā)生故障的區(qū)域范圍，不能全面確定各類故障的實(shí)際范圍[4]。

　　根據(jù)上述分析，為了掌握排水設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，防止發(fā)生老化或磨損的問題，應(yīng)構(gòu)建一套更加全面、可靠的健康監(jiān)測管理系統(tǒng)[5]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)屬于目前處于快速發(fā)展階段的一門新型信息技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對各類信息數(shù)據(jù)的實(shí)時感知、傳輸與高效處理，綜合了各類全新的感知技術(shù)、智能識別和與計算技術(shù)，同時充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)信息高效傳輸?shù)膬?yōu)勢，極大促進(jìn)了整個信息行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與服務(wù)水平的提升。

　　當(dāng)前，各個行業(yè)都與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形成緊密結(jié)合，并對人們的日常生活也造成了明顯影響。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于許多煤礦行業(yè)中來實(shí)現(xiàn)礦井自動排水的功能，同時還可以更加高效地管理礦井中的自動排水設(shè)備，符合我國的產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向要求[6-8]。

　　本文主要研究了礦井自動排水設(shè)備各項(xiàng)故障因素并對其進(jìn)行了健康預(yù)測，在此基礎(chǔ)上對礦井自動排水設(shè)備進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試、理論計算并對收集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，從而可以高效監(jiān)測礦井的各個自動排水泵狀態(tài)并準(zhǔn)確診斷實(shí)際故障因素，最終開發(fā)得到了一套可以監(jiān)測礦井自動排水設(shè)備以及實(shí)現(xiàn)健康管理的系統(tǒng)，有效預(yù)防了因?yàn)槊旱V水災(zāi)害而造成人員大量傷亡或各類意外經(jīng)濟(jì)損失，本文研究結(jié)果對于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)過程提供了一定的應(yīng)用依據(jù)。

　　1系統(tǒng)整體方案設(shè)計

　　對礦井排水設(shè)備進(jìn)行健康管理都需要建立在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上。

　　1.1全面感知

　　礦井的自動排水系統(tǒng)由高壓電機(jī)、離心泵、閥門與管路等多個部分共同組成。對系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析時，需采集的信號包括高壓電機(jī)軸溫、小井液位、離心泵進(jìn)口與出口壓力值、排水量等，同時還要分析電機(jī)電流信號以及離心泵振動信號。這些信號都是由本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的離心泵健康管理平臺產(chǎn)生。根據(jù)上述各項(xiàng)信號分析結(jié)果可以準(zhǔn)確判斷出此系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)，并且還能進(jìn)一步預(yù)測礦井中各個自動排水泵對應(yīng)的剩余健康值。

　　1.2傳輸可靠

　　在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，除了需要收集各類設(shè)備狀態(tài)信息，還要確保這些數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的傳輸。可以利用井下以太環(huán)網(wǎng)把低頻信號傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理中心，同時再利用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)該數(shù)據(jù)與大學(xué)數(shù)據(jù)庫之間的相互關(guān)聯(lián)，對于高頻信號則是利用以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫之間直接構(gòu)建連接，從而更加方便被LabVIEW調(diào)用。確保準(zhǔn)確傳輸物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)是高效、健康管理礦井自動排水設(shè)備的前提。因此，必須保證輸入數(shù)據(jù)庫內(nèi)的所有數(shù)據(jù)都不能出現(xiàn)丟包或誤碼的情況，以此確保實(shí)現(xiàn)健康管理的目標(biāo)。

　　1.3智能化處理

　　根據(jù)數(shù)據(jù)庫中各個低頻信號的曲線擬合結(jié)果可以計算出特定流量揚(yáng)程，可以獲得排水泵對應(yīng)的剩余健康數(shù)據(jù)，之后再利用LabVIEW來實(shí)現(xiàn)可視化顯示數(shù)據(jù)的過程;為可視化界面設(shè)定了小井液位的上限與下限值以及電機(jī)的最高軸溫，并綜合評價礦井自動排水系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài);此外，也可以分析數(shù)據(jù)庫含有的高頻信號來獲得離心泵實(shí)際運(yùn)行過程的時頻譜圖，之后對這些時頻數(shù)據(jù)實(shí)施EMD分解，從而得到IMF分量，然后將輸入IMF分量其中BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，并給出合理化改善建議。最后，在數(shù)據(jù)庫中輸入智能處理結(jié)果，為后續(xù)查詢過程提供便利。

　　2設(shè)備配置與數(shù)據(jù)采集

　　為全面感知礦井自動排水泵的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)合理選擇振動與電流傳感器、工控機(jī)以及數(shù)據(jù)采集卡的類型，同時還應(yīng)正確配置所有傳感器以及正確安裝數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動。通過振動與電流傳感器對所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行收集，根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果可以獲得不同頻率對應(yīng)的電流信號，再把該信號傳輸至工控機(jī)中。振動與電流傳感器硬件配置：將采集的振動信號與PCI-4472采集卡建立信號連接;為電流傳感器配置的電源電壓為12V，之后利用ADAM-3968和PCI-1716L采集卡建立連接。

　　在PCI插槽內(nèi)插入該采集卡，從而完成顯示與保存數(shù)據(jù)的功能。根據(jù)下述條件配置振動與電流傳感器的信號采集系統(tǒng)：先為測量及自動化資源管理器配置參數(shù)信息，并設(shè)定采樣率等于10kHz，并以差分模式進(jìn)行測試。把上述配置得到的信號源傳輸至LabVIEW采集系統(tǒng)中，可以完成1000點(diǎn)的采樣分組。先安裝好系統(tǒng)系統(tǒng)，之后設(shè)置功能參數(shù)并完成保存，最后把信號源輸入至LabVIEW電流信號采集系統(tǒng)內(nèi)以實(shí)現(xiàn)采集電流信號的功能。

　　3可靠傳輸設(shè)計

　　利用遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞皆跀?shù)據(jù)庫中寫入或讀取數(shù)據(jù)，便完成了遠(yuǎn)程傳輸信息。先構(gòu)建MicrosoftSQLServer2008R2數(shù)據(jù)庫，再配置數(shù)據(jù)庫;之后，正確設(shè)置IP地址，同時建立ODBC數(shù)據(jù)源;配置LabVIEW不同數(shù)據(jù)間的鏈接屬性和設(shè)定為數(shù)據(jù)庫讀寫程序來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程讀寫數(shù)據(jù)的目的。

　　3.1構(gòu)建數(shù)據(jù)庫

　　本文構(gòu)建得到了PaiShuiShuJu數(shù)據(jù)庫，可以把數(shù)據(jù)表分類成振動信號與電流信號兩種數(shù)據(jù)表;電流信號數(shù)據(jù)表包括序號、采樣時間、電流共三個變量名。

　　3.2配置ODBC數(shù)據(jù)源

　　本文利用ODBC數(shù)據(jù)源方式來遠(yuǎn)程讀取數(shù)據(jù)并對SQLSever數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問�？梢愿鶕�(jù)下述步驟實(shí)現(xiàn)：①首先在LabVIEW默認(rèn)安裝路徑中設(shè)置好LabSQL工具包;②從計算機(jī)“管理工具”選項(xiàng)中選擇“數(shù)據(jù)源”，將“SQLSever”加入“用戶DSN”里;③為“SQLSever新數(shù)據(jù)源”進(jìn)行命名，同時從"服務(wù)器"的下拉列表里輸入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器IP。④選擇SQLSever驗(yàn)證方式，同時輸入對應(yīng)的用戶名與密碼;⑤確定鏈接數(shù)據(jù)庫，本文選擇LiGDDATA作為鏈接數(shù)據(jù)庫，之后測試了該數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源。

　　4排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)礦井自動排水設(shè)備狀態(tài)的可靠傳輸與全面感知，智能處理上述各項(xiàng)數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫高頻信號的視頻特征可以獲得離心泵運(yùn)行狀態(tài)下的時頻譜圖，之后對其實(shí)施EMD分解，得到IMF分量值，再把該值傳輸?shù)紹P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中來完成診斷泵故障的功能，并給出維修建議;此外，根據(jù)擬合得到的低頻信號曲線特征可推斷出額定流量狀態(tài)下對應(yīng)的揚(yáng)程，相比于實(shí)驗(yàn)測試得到的揚(yáng)程序列數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步推導(dǎo)出礦井自動排水泵所具備的剩余健康預(yù)測數(shù)據(jù)。

　　1)具備“運(yùn)行”與“停止”按鈕;2)分析振動信號的時頻特征并繪制曲線，計算各項(xiàng)參數(shù)值;3)對讀取的振動信號進(jìn)行EMD分解，獲得各個頻段下的分量并計算出不同頻段的能量;4)從訓(xùn)練樣本中讀取振動信號，并以此作為辨別標(biāo)準(zhǔn);5)在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸入頻段能量，獲得故障的診斷數(shù)據(jù);6)收集歷史數(shù)據(jù)并繪制圖表，對各組振動信號特征量進(jìn)行記錄并將結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

　　5結(jié)論

　　為了有效預(yù)防了因?yàn)槊旱V水災(zāi)害而造成人員大量傷亡或各類意外經(jīng)濟(jì)損失，本文設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井自動排水設(shè)備健康管理平臺，從感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三部分展開了設(shè)計分析，給出了物聯(lián)網(wǎng)健康管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并以離心泵故障診斷界面為例分析了基于物聯(lián)網(wǎng)的排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，為礦井自動排水系統(tǒng)的自動化實(shí)現(xiàn)奠定一定的基礎(chǔ)。

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　　相關(guān)刊物推薦：中國礦業(yè)(月刊)創(chuàng)刊于1992年，由國土資源部主管、中國礦業(yè)聯(lián)合會主辦的大型礦業(yè)期刊。