矿井提升机的故障监视和诊断

1 问题的提出
    矿井提升机是地下矿山的“咽喉"设备，一旦发生故障，造成的损失是很大的。为此，必须抓好维修工作。传统的维修方式一般为事后维修和预防维修两种。事后维修是发生故障之后再进行修理，这种维修方式难以事先做好生产及维修计划，因而维修费用高，对生产影响大。预防维修是在设备运行一段时间后，定期地对它进行检查、清扫、保养更换零部件或做修理，以避免设备发生故障和停机。这种维修方法不会等到因故障停机后修理，因而提高了设备利用率，降低了维修成本。目前，大部分矿山企业对矿井提升机采用预防维修的方法。

    但是，由于预防维修是按预定的时间间隔来进行的．故障的随机性和维修时间的确定性之间存在着矛盾，在实际工怍中很容易出现设备尚好检修期已到的“过剩维修"、设备有隐患但检修期未到的“欠修"和频繁拆卸而造成的人为故障：要解决这些问题，更有效地对设备进行维修，景合理的方法应该是根据设备运行状态的好坏来安排检修工作，这种方法称为预知维修。而要真正做好预知维修，必须建立矿井提升机的微机故障监视和诊断系统。

2 矿井提升机的故障模型
    为了满足对起动、调速、制动及其它静、动态特性的要求，目前矿井提升机电气传动系统多采用晶闸管整流装置供电的直流双闭环调速系统，其故障大体可分为3类。
2．1 紧急停车
    简称I类故障，此类故障一旦发生，则断开交、直流回路并立即制动停车。此类故障包括：
（1）提升机两终端过卷扬；（2）制动系统液压站电动机故障；（3）提升机错向运行；（4）提升机运行过程中各水平摇台稳罐器动作；（5）两终端超速；（6）主电动机失励磁；（7）保护回路失电；（8）直流主回路过电流；（9）直流主回路过电压；

2．2 事故停车
    简称为Ⅱ类故障，此类故障一旦发生，提升机将按照速度图自动减速，在达到低于2 m／s时自动制动而停车。此类故障包括：（1）制动轮变形；（2）尾绳故障；（3）紧停后未调零；（4）操作限位开关失灵；（5）开车时安全门打开；（6）调零电机故障；（7）两终端之间超速。
2．3 信号预报
    简称为Ⅲ类故障，此类故障发生时，不制动停车，只发生声、光故障信号预报。此类故障包括：（1）直流主电机轴承过热；（2）直流操作电流接地；（3）制动闸瓦磨损；（4）润滑油压异常；（5）通风故障；（6）直流主回路接地。

    根据以上3种故障类型，我们可建立如图1所示的提升机故障模型。

图1 矿井提升机故障模型

    为了建立故障监视和诊断系统，必须首先对以上故障进行分类编号，然后在人一机对话的方式下，逐次输入以上故障类型、名称、编号和部位等，以备计算机读取和识别之用。

3 故障监视和诊断
    依据上述故障模型，可采用二级微机系统来实现故障监视和诊断。第一级负责运行参数显示、故障综合、停机故障诊断等功能，可选择一台IBM PC，这种机器内存大、运算速度快、抗干扰能力强，且有较好的接口扩展功能，容易实现人机对话；第二级负责故障检测和故障处理，可选择MCS-51系列中低功耗的80C31单片机一台；另外，配置16路A／D板1块、32路数字输入板5块、32路数字输出板2块和16路D／A输出板1块。硬件系统结构如图2所示。

    各种故障信号采集后，经转换电路转换成标准信号，即正常时为逻辑“1"，故障时为逻辑“0"，由数字输入板输入；各种运行参数如电流、电压、速度、温升等，经转换电路后，由A／D输入板输入；各种故障处理信号由数字输出板和D／A输出板输出。

图2 硬件系统结构

    80C31单片机可采用汇编语言编程，采用模块化方式，即便于程序调试和提高系统的通用性，又可满足提升机的起动预检、各种闭锁、故障处理、故障监视和诊断等功能。IBM PC机可采用智能语言Turbo Prolog编程，其软件设计应能满足运行参数显示、运行故障综合、事故信号预报、停机故障诊断等功能。
    系统的主程序框图如图3所示。

图3 系统主程序