前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的矿井自动排水系统管理平台设计，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：以物联网为构架，开发了基于物联网的矿井自动排水设备管理平台，从感知层、网络层和应用层三部分进行设计分析，给出了物联网管理系统结构图。通过振动与电流传感器对所有设备的运行状态信息进行收集，利用LabVIEW将采样所得的波形显示与屏幕上。先建立ODBC数据源，并配置LabVIEW不同数据间的链接属性。实现对矿井自动排水泵的故障诊断和预测，给出其界面功能和状态信息的可视化显示。
0引言
现阶段，国内的大部分煤矿企业都已实现排水设备的自动控制过程，通过结合管道流体压力、仓位等数据并通过电磁阀合理调控离心泵处于运行或停止状态，同时还可以进一步对控制系统进行联网以实现远程控制的目标。尚未建立对矿井自动排水设备进行管理与故障分析的完善监控系统，主要表现在还无法准确获知发生故障的区域范围，不能全面确定各类故障的实际范围。因此，为了掌握排水设备的实际运行状态，防止发生老化或磨损的问题，应构建一套更加全面、可靠的监测管理系统。物联网技术属于目前处于快速发展阶段的一门新型信息技术，可以实现对各类信息数据的实时感知、传输与高效处理，综合了各类全新的感知技术、智能识别和与计算技术，同时充分发挥互联网信息高效传输的优势，极大促进了整个信息行业的技术进步与服务水平的提升。物联网技术被广泛应用于许多煤矿行业中来实现矿井自动排水的功能，同时还可以更加高效地管理矿井中的自动排水设备，符合我国的产业政策导向要求。本文主要研究了矿井自动排水设备各项故障因素并对其进行了预测，在此基础上对矿井自动排水设备进行了实验测试、理论计算并对收集得到的数据进行了系统分析，从而可以高效监测矿井的各个自动排水泵状态并准确诊断实际故障因素，最终开发得到了一套可以监测矿井自动排水设备以及实现管理的系统，有效预防了因为煤矿水灾害而造成人员大量伤亡或各类意外经济损失，对于指导实际生产过程提供了一定的应用依据。
1系统整体方案设计
对矿井排水设备进行管理都需要建立在物联网技术的基础上，构建物联网矿井自动排水管理系统如图1所示。管理系统包括全面感知、传输可靠以及智能化处理等各项核心要素。
（1）全面感知
矿井的自动排水系统由高压电机、离心泵、阀门与管路等多个部分共同组成。对系统运行情况进行分析时，需采集的信号包括高压电机轴温、小井液位、离心泵进口与出口压力值、排水量等，同时还要分析电机电流信号以及离心泵振动信号。这些信号都是由本实验系统的离心泵管理平台产生。根据上述各项信号分析结果可以准确判断出此系统的整体运行状态，并且还能进一步预测矿井中各个自动排水泵对应的剩余值。
（2）传输可靠
管理系统除了需要收集各类设备状态信息，还要确保这些数据能够实现可靠的传输。可以利用井下以太环网把低频信号传输至系统数据管理中心，再利用OPC技术实现该数据与大数据库之间的相互关联，对于高频信号则是利用以太网与数据库之间直接构建连接，从而更加方便被LabVIEW调用。确保准确传输物联网数据是高效管理矿井自动排水设备的前提。因此，必须保证输入数据库内的所有数据都不能出现丢包或误码的情况，以此确保实现管理的目标。
（3）智能化处理
根据数据库中各个低频信号的曲线拟合结果可以计算出特定流量扬程，可以获得排水泵对应的剩余数据，之后再利用LabVIEW来实现可视化显示数据的过程；为可视化界面设定了小井液位的上限与下限值以及电机的最高轴温，并综合评价矿井自动排水系统的整体运行状态；此外，也可以分析数据库含有的高频信号来获得离心泵实际运行过程的时频谱图，之后对这些时频数据实施EMD分解，从而得到IMF分量，然后将输入IMF分量到BP网络进行训练，并给出合理化改善建议。最后，在数据库中输入智能处理结果，为后续查询过程提供便利。
2设备配置与数据采集
为全面感知矿井自动排水泵的运行状态，应合理选择振动与电流传感器、工控机以及数据采集卡的类型，同时还应正确配置所有传感器以及正确安装数据采集卡驱动如图2所示。通过振动与电流传感器对所有设备的运行状态信息进行收集，根据模数转换结果可以获得不同频率对应的电流信号，再把该信号传输至工控机中。
（1）振动与电流传感器硬件配置
将采集的振动信号与PCI-4472采集卡建立信号连接；为电流传感器配置的电源电压为12V，利用ADAM-3968和PCI-1716L采集卡建立连接。在PCI插槽内插入该采集卡，从而完成显示与保存数据的功能。
（2）配置振动与电流传感器的信号采集系统
先为测量及自动化资源管理器配置参数信息，并设定采样率等于10kHz，并以差分模式进行测试。将配置测试得到的信号源传输至LabVIEW采集系统中，可以完成1000点的采样分组。信号采集程序如图3所示。可以看到利用PCI-1716L数据采集卡对电流信号进行采集的过程，先安装好系统，设置功能参数并完成保存，最后把信号源输入至LabVIEW电流信号采集系统内以实现采集电流信号的功能。
3可靠传输设计
利用远程传输的方式在数据库中写入或读取数据，便完成了远程传输信息。构建MicrosoftSQLServer2008R2数据库，再配置数据库；正确设置IP地址，同时建立ODBC数据源；配置LabVIEW不同数据间的链接属性和设定为数据库读写程序来实现远程读写数据的目的。
（1）构建数据库
本文构建得到了PaiShuiShuJu数据库，可以把数据表分类成振动信号与电流信号2种数据表；电流信号数据表包括序号、采样时间、电流3个变量名。
（2）配置ODBC数据源
利用ODBC数据源方式来远程读取数据并对SQLSever数据库进行访问，结果如图4所示。实现步骤：①首先在LabVIEW默认安装路径中设置好LabSQL工具包；②从计算机“管理工具”选项中选择“数据源”，将“SQLSever”加入“用户DSN”里；③为“SQLSever新数据源”进行命名，同时从“服务器”的下拉列表里输入数据库服务器IP；④选择SQLSever验证方式，同时输入对应的用户名与密码；⑤确定链接数据库，本文选择LiGDDATA作为链接数据库，之后测试了该数据库的数据源。
4排水管理系统的实现
根据矿井自动排水设备状态的可靠传输与全面感知，智能处理系统运行的各项数据。根据数据库高频信号的视频特征可以获得离心泵运行状态下的时频谱图，并对其实施EMD分解，得到IMF分量值，再把该值传输到BP神经网络中来完成诊断泵故障的功能，并给出维修建议；此外，根据拟合得到的低频信号曲线特征可推断出额定流量状态下对应的扬程，相比于实验测试得到的扬程序列数据，可以进一步推导出矿井自动排水泵所具备的剩余预测数据，实现矿井排水设备管理系统的故障诊断和寿命预测。矿井排水设备管理系统离心泵故障诊断界面如图5所示，界面包含功能：（1）具备“运行”与“停止”按钮；（2）分析振动信号的时频特征并绘制曲线，计算各项参数值；（3）对读取的振动信号进行EMD分解，获得各个频段下的分量并计算出不同频段的能量；（4）从训练样本中读取振动信号，并以此作为辨别标准；（5）在BP神经网络中输入频段能量，获得故障的诊断数据；（6）收集历史数据并绘制图表，对各组振动信号特征量进行记录并将结果存储到数据库内。
5结语
为了有效预防因为煤矿水灾害而造成人员大量伤亡或各类意外经济损失，本文设计了基于物联网的矿井自动排水设备管理平台，从感知层、网络层和应用层三部分进行设计分析，给出了物联网管理系统结构图，并以离心泵故障诊断界面为例分析了基于物联网的排水管理系统的实现，为矿井自动排水系统的自动化实现奠定一定的基础。
作者:肖楠 单位:牡丹江师范学院