提升机全生命周期健康管理 （PHM）系统开发与工程验证

一、引言

煤矿事业是我国矿产资源开发的重要保障，提升机在煤矿作业中发挥着运输矿石、煤炭的重要作用。但是在实际的煤矿作业中，提升机也存在着一些故障问题。在传统的提升机管理中，通常借助人工开展故障诊断与分析工作，无法及时识别提升机存在的故障问题。随着科技的发展进步，数字化技术也开始逐渐应用到提升机的故障诊断与健康管理等工作中，借助人工智能等技术提高健康管理的智能化水平[1]。因此，为了更好地实现对煤矿提升机作业设备的智能化管理，还应当积极落实全生命周期健康管理（PHM）系统的开发与设计 [2]。本文在研究中围绕煤矿提升机全生命周期健康管理的要求，借助java 技术、PLC 控制技术落实系统硬件与软件开发，更好地保障提升机作业的安全性。

二、提升机全生命周期健康管理（PHM）系统开发

（一）系统设计原则

从煤矿提升机作业的管理要求来看，提升机全生命周期健康管理（PHM）系统需要满足健康状态监测、健康评估、预测控制等功能，确保能够对系统进行全生命周期管理[3]。在提升机全生命周期健康管理工作中，需要借助状态监测、健康评估、预测与控制等功能实现对提升机的健康管理，更好地确保提升机运行状态的稳定性。其中状态监测能够及时实现对提升机全生命周期的工作状态进行监测，了解运行正常情况；健康评估能够借助 BP 神经网络模型实现对提升机健康性能的精准评估；预测控制将围绕提升机状态监测与健康评估的结果对提升机的故障进行预测，进而落实精准的修复与维护工作，减少故障的产生。

（二）系统总体架构

在本次提升机全生命周期健康管理（PHM）系统设计中，设计了设备层、传感器城、数据层以及分析决策层[4]。

其中设备层为提升机，位于提升机全生命周期健康管理（PHM）系统的最底层。

传感器层主要是实现对提升机运行数据信息的采集。传感器能够实现全生命周期的状态检测，有效实现动态信息采集，及时了解煤矿提升机的运行参数。

数据层包括数据处理和数据库，数据处理能够实现对提升机运行参数数据的处理，及时反映出提升机的运行状态信息，确保数据信息的精准性。数据库的作用主要是用来储存提升机的相关参数信息，通过对数据库信息的挖掘，借助 BP 神经网络模型分析，更好地了解提升机的健康状况。

分析决策层包括健康评估、预测推理以及维护决策的功能。在健康评估中，系统将根据数据库获取得到的提升机运行参数数据信息，开展 BP 神经网络数据模型分析。在预测推理环节中，及时预测提升机可能存在的健康问题，比如提升的故障内容、故障发生部位等，更好地为开展提升机维护管理带来指导。维护决策将结合预测推理的结果，科学制定维护决策方案，确保提升的安全健康运行。

（三）BP 神经网络数据模型

在本次提升机生命周期健康管理（PHM）系统的开发中，借助BP 神经网络技术开展了模型设计，通过建立模型、设置网络参数，更好地实现对提升机健康状态的有效评估。本研究中的模型采用带有 1个中间层的 3 层 BP 网络结构。其中输入层共有 9 个神经元，输出层共有 1 个神经元，中间层神经元个数为 5 个，更好地提升系统健康管理的稳定性。

三、提升机全生命周期健康管理（PHM）系统的工程验证

为了检验本次提升机全生命周期健康管理（PHM）系统设计的有效性，在研究中将系统应用到煤矿的提升机设备中，获取了 20 组数据，借助 BP 神经网络模型进行数据处理，对提升机的运行健康状态进行预测。在本次工程验证中，借助提升机全生命周期健康管理（PHM）系统预测的健康状态与实际状态重合度达到了 90% 以上，表明该系统能够有效实现对提升机健康状态的科学管理，更好地提升提升机的运行稳定性。

四、结论

综上所述，本文基于对提升机健康管理的要求分析，科学落实了提升机全生命周期健康管理（PHM）系统的开发。在系统设计中，借助 PLC 控制技术、java 技术进行了健康评估、状态监测、预测控制等系统功能设计，明确了系统的工作流程。同时搭建了设备层、传感器城、数据层以及分析决策层的系统总体架构，设计了 BP 神经网络数据模型，为实现提升机全生命周期健康管理带来保障。经过工程验证分析发现，提升机全生命周期健康管理（PHM）系统能够精准实现对提升机健康状态的监测，及时发现设备存在的故障问题，有助于保障提升机作业的安全性。

参考文献

[1]刘芳芳.绿色建筑环境下建筑特种设备的智能监控与管理研究[J]. 陶瓷 ，2024，（04）：169-171.

[2]史晓龙.基于PLC的矿井提升机控制系统设计与应用[J].机械管理开发 ，2022，37（08）：227-229.

[3]崔红刚.基于PLC矿井提升机故障监测与诊断系统的设计[J].机械管理开发 ，2021，36（01）：137-139.

[4]何俊峰，肖慧明.矿井提升机健康管理系统研究[J].制造业自动化 ，2020，42（06）：4-7+38.

作者简介：赵志强 1980 年 12 月 24 日 男 甘肃张家川回族自治县 汉 大学本科 项目经理、电气自动化工程师 研究方向： 提升机全生命周期健康管理（PHM）系统开发与工程验证

通讯作者：胡淑霞 1979 年6 月10 日 女 陕西省兴平市 汉 大学本科 项目经理、电气自动化工程师 研究方向： 多目标协同的矿用风机智能故障诊断与预测维护系统设计