DOI:10.13606/j.cnki.37-1205/td.2018.03.057 煤矿现代化2018年第3期总第144期实现煤炭大规模的快速开采，大型采煤机是必不可少的核心设备，高设备工作效率高、能应对高强度的工作，但出现的故障次数也很多。所以，全面监控采煤机的工作状态，并及时诊断故障，是一项极为重要的工作。现阶段，通过PLC来控制采煤机运转，是比较普遍的做法[1]，此外，还运用特殊机器来监控其运行状况，及时、准确的诊断故障。通过运用NICRIO嵌入式平台，嵌入式系统、标准桌面系统及其他系统能进行有效协同，在不同的监测系统中，该平台已有广泛应用。所以，该文通过研究采煤机，采用NICRIO嵌入式平台和Labview开发平台，设计出采煤机的监控和故障诊断系统。运用这一系统，能有效监控采煤机不同运动机构的状态，进行阈值报警，监测到的各项数据及故障问题会及时保存，从而确保技术人员能采煤机运转情况有深入的分析。此外，在采煤机的出厂检验及井下检修空载运行信号研究，该系统会体现出其作用，并快速确诊采煤机的故障。1系统主要功能运用嵌入式平台设计出的采煤机监控和故障诊断系统，有以下功能：（1）用户权限管理：系统用户所拥有的权限级别有一定差异，在进入系统后，可以访问的系统功能和其权限匹配。（2）实时控制：调节牵引电动机的运行速度，全面控制采煤机运行状况，切断电动机工作，控制摇臂升降。（3）参数实时监测：对采煤机的各项参数进行实时监测，记录的参数公布到网络系统。所监测的参数主要有：①实时曲线：所有采煤机监测参数的变动情况会显示出来；②历史曲线：该系统能对所有参数的全部历史数据，通过曲线进行读取；③阈限报警：为不同的监测参数，设置相应的报警权限，如果超出权限范围，系统界面会不断闪烁报警。（4）数据库存储：监测到的各项数据，会在数据库中保存，便于查询。（5）故障诊断：能有效现实采煤机振动数据，分析功率谱、倒频谱、时域及滤波，从而完成设备在交付客户前及检修时，有效诊断设备故障。2系统硬件设计基于NICRIO嵌入式与LabView融合的采煤机故障预警研究高国强（阳煤一矿机电工区信息中心，山西阳泉045008）摘要本文通过运用NICRIO嵌入式平台以及Labview开发平台，设计出采煤机监控和故障诊断系统，并对这套系统的各项功能、软硬件设计进行了全面的分析。运用这一系统，一方面能有效监控采煤机不同运动机构的状态，进行阈值报警，监测到的各项数据及故障问题会及时保存，从而确保技术人员能采煤机运转情况有深入的分析，另一方面，采煤机的振动信号能在上面有准确的显示，分析功率谱、倒频谱、时域及滤波，从而确保设备在交付客户前及检修时，对各项故障进行有效诊断，快速确诊采煤机的故障。关键词采煤机；状态监控；故障诊断；嵌入式平台；Labview中图分类号：TD421.6；TD407文献标志码：A文章编号：1009-0797（2018）03-0159-03Researchonfaultearly-warningofShearerBasedonNICRIOembeddedandLabViewGaoGuoqiang（InformationcenterofmechanicalandelectricalareaofYangquancoalmine,ShanxiYangquan045008）Abstract：ThroughtheuseofNICRIOembeddedplatformandLabviewdevelopmentplatform,theshearermonitoringandfaultdiagnosissystemisdesigned,andthefunctions,softwareandhardwaredesignofthesystemareanalyzedcomprehensively.Byusingthissystem,onecaneffectivelymonitorthedifferentmovementmechanismoftheshearer,thethresholdalarm,theproblemofmonitoringdataandfaulttobesavedintime,soastoensurethattechnicalpersonnelcansheareroperationhavein-depthanalysis,ontheotherhand,thevibrationsignaloftheshearercanaccuratelydisplayontopanalysis,powerspectrum,cepstrum,andtime-domainfiltering,soastoensurethattheequipmentinthedeliveryofcustomerandmaintenance,todiagnosethefault,faultquickdiagnosisofshearer.Keywords:Coalshearer;statemonitoring;faultdiagnosis;embeddedplatform;Labview159··中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

煤矿现代化2018年第3期总第144期图1为该系统的硬件配置。4路数字输出通道基于嵌入式模块，会输出4位开关量控制信号，对变频器进行有效控制，从而实现调整牵引电动机的运行速度，还会控制整体的运动状况，对截割电动机、降尘喷水系统、摇臂液压泵的启停实施控制。上调采煤机电磁换向阀的高度，由4路开关信号来控制，从而控制摇臂机的高度。图1采煤机与上位机的接口配置要有效收集到传感器的输出量，就要在FPGA模块中，为采煤机的待监测参数设定相应的模拟量输入口，有效监控降尘器进水量、防爆电阻、振动信号等各项参数，并保存其状态信息，从而确保系统在具有较高安全性的前提下，稳定运转。此外，确定倾角值，用到倾角传感器，还能计算得到摇臂高度，其数值会返回监控界面，并显示出来。传入至采煤机传感器的信号是模拟得到的，因此，信号的输入会通过嵌入式平台的模拟输入通道，控制信号的输出，采用的是嵌入式平台的数字输出通道，实现对采煤机运动状况的有效控制。上位机软件会全面控制嵌入式平台的输入及输出。图2系统功能结构布局3系统软件设计设计采煤机监控和故障诊断系统，运用了嵌入式及Labview开发平台，该系统包含登录界面及主界面，其中主界面分为控制监测、故障诊断以及数据库界面。主界面的各界面会不断切换，通过这种方式，能有效转换功能。该系统的结构如图2所示。3.1登录界面界面包含4个按钮，分别为登录、添加用户、删除用户以及退出。进入系统须输入用户名及密码。3.2主界面在采煤机监控和故障诊断系统中，主界面的前面板属于其过渡界面。要进入主界面，则要进行登录，这一界面当中，具体操作者会及时看到采煤机运转所参考的各项参数和报警指示灯。有专门的按钮用来控制采煤机控制系统运转，有对应的按钮用于主界面功能界面的切换。主界面的前面板中，有“退出”按钮，通过它能切断Labview程序的运行。在主界面中编程，可用事件结构进行编程，把“开机”、“控制监测界面”、“故障诊断”和“数据库”依次视为分别作为４个事件结构的分支外加一个“超时”分支，完成应用程序设计。“开机”事件分支当中，通过分析I/O函数选板中的“获取当前VI路径”函数最终获取VI现在的路径，为开启VI的路径，要对路径实施拆分，通过创建得到的得到相应路径，将其传输给应用程序控制函数选板中的“打开VI引用”和“调用节点”，从而能有效控制主界面的各个模块。此时开展操作，调用“运行”，在VI界面的后台来运行各个模块。运行主界面的3个分界面的时候，前面板未开启，所以3个VI会在相同时间内保持后台运行，收集到各项数据，传入主界面，并进行显示。系统界面中，依次点击“控制监测界面”、“故障诊断”和“数据库”按钮，各自的VI前面板会显示出来，它们早已开启运行状态。这时，也会通过运用文件I/O函数选板的“获取当前VI路径”函数，从而获取现在VI的路径。在此基础上，通过拆分、创建路径，将当前路径转化为需要打开VI的路径，新的路径会被传输给应用程序控制函数选板中的“打开VI引用”和“调用节点”函数，通过点击各节点的“打开前面板”，从而将系统主界面的3个功能界面的前面板开启。在该事件结构里面，针对此3个VI，只有打开的操作权限，为防止因多次运行导致错误，“开机”事件早已开启。对比事件结构的不同分支可知，“超时”事件分支的重要程度最高，当其中的所有事件分支皆无响应的时候，在超时时间过后，超时事件分支便会触发。事件分支的全部程序包含在分支当中，如果发生超时，则超时框图中的全部程序都会触发，主界面的3个功能分界面会于后台运行。通过分析可知，超时结构中，包含了160··中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

（上接第158页）（1）“三下”压煤煤柱。由于村庄进行了改扩建，3煤以村庄外轮廓为界，外推10m围护带，按第四系45°、岩层75°往下垂切至3煤层。泗河煤柱以河堤为界，外推15m围护带，然后按第四系45°、岩层75°往下垂切至3煤层。但由于充填开采的等效采高为0.45m，预计地表开采最大下沉0.38m，如果地表村庄建筑物下进行充填开采，对建筑物也会有一定影响，开采前要再进行论证和分析，制定相应措施。（2）第四系底含防水岩柱。首期已回采一分层区域再进行充填开采时防砂岩柱不小于15m。后期根据情况论证，防砂岩柱可能缩小。6.2储量计算已开采区域中，按照4m残留煤厚估算，防砂岩柱大于15m区域的可采储量326.4万t，其中：234.1万t不涉及村庄与泗河下，92.3万t为村庄、泗河下；防砂岩柱10~15m可采储量36.2万t。防砂岩柱大于15m不涉及村庄、泗河的区域优先开采，取得经验后再论证开采村庄及泗河下区域的资源，及防砂岩柱10~15m区域的资源。7结论因南区已采区域大部分可采，再结合未开采区域合理进行工作面布置，但要加强覆岩厚度、富水异常区等地质情况的探测，建立完善排水系统，加强巷道顶板管理，并建设防溃砂系统。对于村庄下分层充填开采要进行充分的研究论证，在村庄、泗河以外实验成功后再进行村庄、泗河下充填开采。在充填开采过程中要不断总结优化，针对不同的区域采取不同措施，确保安全生产。参考文献：[1]建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范.煤炭工业出版社，2017.作者简介：李燕，女，毕业于山东科技大学泰山科技学院，测绘工程专业，现于山东省兖州市大统矿业有限公司从事地测工作，工程师。（收稿日期：2017-11-15）煤矿现代化2018年第3期总第144期3个油温显示报警程序。此外，通过模拟得到左右摇臂“防爆电阻”的报警灯以及现在要进行的操作提示等。此处还能实现主界面的操作说明，它会通过属性节点“visible”，实现对包含操作说明的文本框的有效控制，在此基础上，显示、隐藏操作说明。把控制监测界面的进水量从全局变量进行传递，从而显示出“进水量”。3.3故障诊断界面参数设置、时域分析、倒频谱分析、功率谱分析构成了故障诊断的前面板。可对滤波参数和电动机、齿轮、轴承内外圈、轴承滚动体的特征频率理论值进行设置，依次进行时域、倒频谱和功率谱的分析，获得相应结果，故障数据也会显来。（1）时域分析。实时此项分析，所用的指标参数主要有峰值、均值、均方根值、等。对每项指标设置报警值，通过分析报警和状态信息，掌握故障信息。（2）倒频谱分析。是对齿轮边频结构进行识别。（3）功率谱包络分析。机械冲击会产生具有高频的响应，通过这一分析方法，能有效避免上述问题，从而快速确诊滚动轴承的故障。4结语运用NICRIO嵌入式平台及Labview开发平台设计出的采煤机监控和故障诊断系统是一项综合监控系统，能动态监测集采煤机状态数据，内部构造相对简单，功能齐全。运用该系统，将故障预警及及分析诊断融合在一起，科学、及时诊断故障，确保采煤机稳定运行；通过运用数据库，可以及时保存各项数据，并进行数据查询，从而使工作人员对采煤机运行状态有更详实的了解。参考文献：[1]韩可.虚拟现实技术在综采工作面仿真中的应用[J].计算机仿真，2006，23（6）：229-232.．[2]王东，孙锡春．采煤机传动系统故障诊断的仿真实现[J].煤炭技术，2007，26（2）：7-9．[3]梁健，常宗旭，刘混举，等.基于ADAMS的连续采煤机履带行走装置的仿真研究[J].机械工程与自动化，2010，162（5）：23-25.作者简介：高国强（1987-），男，山西繁峙县人。毕业于西安工程大学通信工程专业，本科，现就职于机电工区信息中心，电气助理工程师。（收稿日期：2017-9-26）161··中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net