煤矿机电设备振动监测系统设计
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存储模块主要实现振动监测系统数据的存储功 能。当管理员需要调取机电设备历史数据时，可以从 存储系统进行调用，实现数据的可追溯功能，因此需 要选用较大容量的存储器作为本系统的存储模块。 目前市场上主流的存储器有 Ｕ 盘、ＦＬＡＳＨ 芯片、ＳＤ 卡等。本系统选用 ＳＤ 卡作为存储器。 5 电源模块的设计
文献标识码：Ａ
文章编号：1003-773X（2019）02-0214-02
引言 随着煤矿机电设备应用的比例逐年上升，机电
设备的作用在煤矿生产中占据无比重要的位置，一 旦机电设备发生故障，不仅会给煤矿带来无可估量 的经济损失，甚至会造成人员伤亡。因此如何提前监 测到机电设备的故障，是迫切需要解决的问题。振动 作为机电设备工作状态的重要指标之一，通过建立 振动监测系统，利用传感器监测机电设备工作过程 中的振动状态，可预知机电设备工作是否正常。利用 煤矿机电设备振动监测系统分析和处理功能，通过 对设备运行状态信息的监测，而获得设备振动信号 的数据，帮助技术人员提前预判机电设备工作状态 是否正常，避免由于振动造成机电设备故障给企业 带来损失［１］。 1 系统整体设计
微处理器是整个系统的运行中枢，负责对整个 系统下达指令，其直接影响到整个振动监测系统的 电路设计和监测性能。微处理器主要由寄存器堆、运
２０１９ 年第 ２ 期
刘伟：煤矿机电设备振动监测系统设计
·２１５·
算器、时序控制电路，以及数据和地址总线组成，按 照应用领域的不同微处理器可以分为通用高性能微 处理器、嵌入式微处理器等。通用高性能微处理器主 要用于通用软件，系统结构较复杂，嵌入式微处理器 主要用于某些专用领域，用来处理特定问题。本系统 主要用来解决振动信号的处理属于特定的问题，因 此选用嵌入式微处理器。选用一种 ３２ 位 ＳＴＭ３２ 型 处理器，该处理器具有运行速度快，功耗低，性能高 的特点，能够很好的满足振动检测处理系统的需求。 4 存储模块的设计
浏览器
浏览器
远程监测中心
浏览器
浏览器
浏览器
部门负责人
图 １ 各模块的组成及连接关系系统框图
式，压阻式，压电式等。压电式传感器是一种应用较 为广泛的加速度传感器，其属于惯性传感器。压电式 传感器的主要部件为压电陶瓷或石英晶体。当压电 传感器中的加速度计受到振动力时，质量块加在压 电原件上的力也随之变化，利用压电陶瓷或石英晶 体的压电特性，将振动力产生的加速度转换成电信 号输送为振动检测系统。通过对以上三种传感器的 特性分析，可以看出位移式传感器和速度传感器大 多都采用机械式或接触式测量，对振动的监测不能 达到很好的效果。压电式加速度传感器利用压电陶 瓷和石英晶体的物理效应，能够很好的监测机电设 备的振动状态且压电式机电设备具有体积小，重量 轻和性能可靠等优点，因此选用压电式加速度传感 器。通过对市面上各种型号的压电式传感器进行筛 选，决定采用 ＨＫ９１ＸＸ 系列传感器。该传感器的主要 特性有：抗干扰、低阻抗输出、噪声小，通用电缆即可 输出信号；稳定性高、抗周围环境侵蚀；安装简便、性 价比高、适应多点测量。 3 微处理器的选择
（山西西山煤电股份有限公司西曲矿， 山西 古交 ０３０２００）
摘 要：针对煤矿机电设备维护的现状和监测需求，提出一种机电设备振动监测系统，该系统能够实现对煤矿
机电设备运行过程中的振动进行数据采集并分析处理，最终实现对机电设备工作状态的监测功能。
关键词：机电设备 维护 振动 监测系统
中图分类号：ＴＤ４７；ＴＰ２７７
实现振动监测系统的功能可以将其分为：信号 采集模块、通信模块、存储模块和显示模块等。其硬 件组成主要包括微处理器模块，传感器模块，输入 ／ 输出模块，存储器模块和通信模块等。振动检测系统 的硬件结构如图 １ 所示。 2 传感器选型
本系统需要利用传感器对机电设备的振动信号 进行监测，对于振动信号的测量主要用到三种传感 器：位移传感器、速度传感器和加速度传感器。位移 传感器主要是监测机电设备的振动位移，该类传感 器多采用非接触式测量。例如：电涡流传感器、电容 式振动传感器、应变式振动传感器和光线式振动传 感器等。速度传感器的工作原理是磁电式，将线圈安 装在弹簧上，并随着设备振动而振动，线圈切割磁感 线运动，输出速度与电压成正比。加速度传感器是一 种能够感受加速度，并将其转换为可用的输出信号 的设备。常见的加速传感器有电容式，电感式，应变
收稿日期：２０１８－０８－２９ 作 者 简 介 ：刘 伟（１９９１—），男 ，毕 业 于 山 西 煤 炭 职 业 技 术 学 院，主要从事煤矿机电方面的工作。
温度 温度传感器
压力 压力传感器
温度、压力模拟量前段模块
输 入 端 保 护
信 号 滤 波
信 号 调 理 放 大
模 拟 数 字 量 转 换
数 字 量 接 口
电源系统主要由稳压电路和滤波电路构成，该 系统能够提供±２４ Ｖ、５ Ｖ 和 ３．３ Ｖ 三种电压。其 中±２４ Ｖ电压供传感器使用，５ Ｖ 电压供 ＭＡＸ２３２ 使用，３．３ Ｖ 电压供处理器和通信芯片等设备使用。 6 信号调理系统的电路设计
根据不同的传感器的功能不同，可以监测的信 号的类别也不尽相同，主要可以分为数字信号、模拟 信号和开关信号。其中数字信号和开关信号经过传 感器采集后可以直接进行处理，而模拟信号即电压 或电流的信号，则需要经过信号调理器的处理。本系 统主要是对机电设备的振动状态进行监测，根据压 电式加速度传感器的工作原理，选用 ＳＴＭ３２ 片内集 成式的模拟数字转换器，同时设计了集成式多功能 振动信号采集系统，多路加速度信号采集通道，可以
总第 １９０ 期 ２０１９ 年第２ 期
自动化技术与设计
机械管理开发 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ
Ｔｏｔａｌ １９０ Ｎｏ．２，２０１９
ＤＯＩ：１０．１６５２５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ１４－１１３４／ｔｈ．２０１９．０２．０９０
煤矿机电设备振动监测系统设计
刘伟
加速度 传感器
振动模拟量前段模块
信号补偿
加速度 输
振
振 动 信
模 拟 数
数 字
入 端 保 护
Байду номын сангаас
动 信 号 滤 波
号 调 理 放 大
字 量 转 换
量 接 口
网关
ｉｎｔｅｒｎｅｔ
主控芯片模块
ＳＴＭ３２ Ｆ１０３
ＳＤ 卡 状态显示 按键输入 ＪＴＡＧ 调试接口 ＣＡＮ 总线
ＲＳ－２３２
数据采集工作站
ｉｎｔｅｒｎｅｔ
文献标识码：Ａ
文章编号：1003-773X（2019）02-0214-02
引言 随着煤矿机电设备应用的比例逐年上升，机电
设备的作用在煤矿生产中占据无比重要的位置，一 旦机电设备发生故障，不仅会给煤矿带来无可估量 的经济损失，甚至会造成人员伤亡。因此如何提前监 测到机电设备的故障，是迫切需要解决的问题。振动 作为机电设备工作状态的重要指标之一，通过建立 振动监测系统，利用传感器监测机电设备工作过程 中的振动状态，可预知机电设备工作是否正常。利用 煤矿机电设备振动监测系统分析和处理功能，通过 对设备运行状态信息的监测，而获得设备振动信号 的数据，帮助技术人员提前预判机电设备工作状态 是否正常，避免由于振动造成机电设备故障给企业 带来损失［１］。 1 系统整体设计
微处理器是整个系统的运行中枢，负责对整个 系统下达指令，其直接影响到整个振动监测系统的 电路设计和监测性能。微处理器主要由寄存器堆、运
２０１９ 年第 ２ 期
刘伟：煤矿机电设备振动监测系统设计
·２１５·
算器、时序控制电路，以及数据和地址总线组成，按 照应用领域的不同微处理器可以分为通用高性能微 处理器、嵌入式微处理器等。通用高性能微处理器主 要用于通用软件，系统结构较复杂，嵌入式微处理器 主要用于某些专用领域，用来处理特定问题。本系统 主要用来解决振动信号的处理属于特定的问题，因 此选用嵌入式微处理器。选用一种 ３２ 位 ＳＴＭ３２ 型 处理器，该处理器具有运行速度快，功耗低，性能高 的特点，能够很好的满足振动检测处理系统的需求。 4 存储模块的设计
浏览器
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远程监测中心
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部门负责人
图 １ 各模块的组成及连接关系系统框图
式，压阻式，压电式等。压电式传感器是一种应用较 为广泛的加速度传感器，其属于惯性传感器。压电式 传感器的主要部件为压电陶瓷或石英晶体。当压电 传感器中的加速度计受到振动力时，质量块加在压 电原件上的力也随之变化，利用压电陶瓷或石英晶 体的压电特性，将振动力产生的加速度转换成电信 号输送为振动检测系统。通过对以上三种传感器的 特性分析，可以看出位移式传感器和速度传感器大 多都采用机械式或接触式测量，对振动的监测不能 达到很好的效果。压电式加速度传感器利用压电陶 瓷和石英晶体的物理效应，能够很好的监测机电设 备的振动状态且压电式机电设备具有体积小，重量 轻和性能可靠等优点，因此选用压电式加速度传感 器。通过对市面上各种型号的压电式传感器进行筛 选，决定采用 ＨＫ９１ＸＸ 系列传感器。该传感器的主要 特性有：抗干扰、低阻抗输出、噪声小，通用电缆即可 输出信号；稳定性高、抗周围环境侵蚀；安装简便、性 价比高、适应多点测量。 3 微处理器的选择
（山西西山煤电股份有限公司西曲矿， 山西 古交 ０３０２００）
摘 要：针对煤矿机电设备维护的现状和监测需求，提出一种机电设备振动监测系统，该系统能够实现对煤矿
机电设备运行过程中的振动进行数据采集并分析处理，最终实现对机电设备工作状态的监测功能。
关键词：机电设备 维护 振动 监测系统
中图分类号：ＴＤ４７；ＴＰ２７７
实现振动监测系统的功能可以将其分为：信号 采集模块、通信模块、存储模块和显示模块等。其硬 件组成主要包括微处理器模块，传感器模块，输入 ／ 输出模块，存储器模块和通信模块等。振动检测系统 的硬件结构如图 １ 所示。 2 传感器选型
本系统需要利用传感器对机电设备的振动信号 进行监测，对于振动信号的测量主要用到三种传感 器：位移传感器、速度传感器和加速度传感器。位移 传感器主要是监测机电设备的振动位移，该类传感 器多采用非接触式测量。例如：电涡流传感器、电容 式振动传感器、应变式振动传感器和光线式振动传 感器等。速度传感器的工作原理是磁电式，将线圈安 装在弹簧上，并随着设备振动而振动，线圈切割磁感 线运动，输出速度与电压成正比。加速度传感器是一 种能够感受加速度，并将其转换为可用的输出信号 的设备。常见的加速传感器有电容式，电感式，应变
收稿日期：２０１８－０８－２９ 作 者 简 介 ：刘 伟（１９９１—），男 ，毕 业 于 山 西 煤 炭 职 业 技 术 学 院，主要从事煤矿机电方面的工作。
温度 温度传感器
压力 压力传感器
温度、压力模拟量前段模块
输 入 端 保 护
信 号 滤 波
信 号 调 理 放 大
模 拟 数 字 量 转 换
数 字 量 接 口
电源系统主要由稳压电路和滤波电路构成，该 系统能够提供±２４ Ｖ、５ Ｖ 和 ３．３ Ｖ 三种电压。其 中±２４ Ｖ电压供传感器使用，５ Ｖ 电压供 ＭＡＸ２３２ 使用，３．３ Ｖ 电压供处理器和通信芯片等设备使用。 6 信号调理系统的电路设计
根据不同的传感器的功能不同，可以监测的信 号的类别也不尽相同，主要可以分为数字信号、模拟 信号和开关信号。其中数字信号和开关信号经过传 感器采集后可以直接进行处理，而模拟信号即电压 或电流的信号，则需要经过信号调理器的处理。本系 统主要是对机电设备的振动状态进行监测，根据压 电式加速度传感器的工作原理，选用 ＳＴＭ３２ 片内集 成式的模拟数字转换器，同时设计了集成式多功能 振动信号采集系统，多路加速度信号采集通道，可以
总第 １９０ 期 ２０１９ 年第２ 期
自动化技术与设计
机械管理开发 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ
Ｔｏｔａｌ １９０ Ｎｏ．２，２０１９
ＤＯＩ：１０．１６５２５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ１４－１１３４／ｔｈ．２０１９．０２．０９０
煤矿机电设备振动监测系统设计
刘伟
加速度 传感器
振动模拟量前段模块
信号补偿
加速度 输
振
振 动 信
模 拟 数
数 字
入 端 保 护
Байду номын сангаас
动 信 号 滤 波
号 调 理 放 大
字 量 转 换
量 接 口
网关
ｉｎｔｅｒｎｅｔ
主控芯片模块
ＳＴＭ３２ Ｆ１０３
ＳＤ 卡 状态显示 按键输入 ＪＴＡＧ 调试接口 ＣＡＮ 总线
ＲＳ－２３２
数据采集工作站
ｉｎｔｅｒｎｅｔ