[發明專利]一種基于虛擬儀器開發平臺的煤礦通風機實時故障診斷及預警裝置

在審

• 申請號: 201710164270.X
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106884809A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 吳新忠;陳明;倪婷婷;周成;夏令祥;張兆龍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及旋轉機械設備故障診斷領域，特別是一種基于虛擬儀器開發平臺的煤礦通風機實時故障診斷及預警裝置。

背景技術

礦井通風機作為煤礦通風系統的關鍵設備之一，素有“礦井肺腑”之稱。它為礦井輸送大量清新空氣，稀釋、排出CO、NH₃等有毒有害氣體，還可以調節井下工作面所需風量，大大降低井下作業面瓦斯濃度。礦井通風機對改善井下作業場所的勞動條件以便于安全生產具有十分重要的意義。其故障與否將直接影響井下生產進度，甚至帶來不可挽回的生命、財產損失。因此需要對礦井通風機進行故障診斷及早期的預警，既保障人身及財產安全，又提高經濟效益。

數據統計，振動導致的故障占通風機故障的70%以上。振動因影響風機的可靠性、穩定性導致風機故障的發生。振動跡象已成為判斷通風機是否發生故障的重要標志。本發明重點針對振動信號進行檢測及分析。公開號為CN102183951A的中國發明專利《基于虛擬儀器開發平臺的回轉支承狀態監測與故障診斷裝置》，其包括數據采集模塊、數據處理模塊、故障診斷模塊，數據處理模塊采用小波變換對非平穩的振動信號進行特征提取，不具有自適應性。故障診斷模塊采用BP神經網絡進行故障分類，具有學習速度慢，網絡訓練失敗可能性大等缺陷。該技術方案采用PCI板卡進行振動信號的模/數轉換，成本高且占用空間，且該技術方案并沒有體現預警功能。公開號為CN103671190A的中國發明專利《一種智能早期礦用通風機在線故障診斷系統》，其下位機采用PLC控制柜進行數據采集，體積龐大且安裝復雜。

針對以上技術方案的不足以及通風機大型、固定、不易拆解和常年運行的特點，本發明通過對其安裝精密傳感器，應用ARM處理器自身強大的模/數轉換器對采集的模擬信號進行模/數轉換，通過USB傳輸通道快速傳輸，并選用便于攜帶的一體化工控機，基于虛擬儀器平臺（LabVIEW）應用先進的信號處理算法對數據進行特征提取分析，再利用先進的分類算法對故障類型進行分類，從而準確快速識別故障類型，并提供預警功能，能夠很好地實現對礦井通風機的實時故障診斷及預警。

發明內容

本發明的目的則是克服了現有技術的不足，提供一種基于虛擬儀器開發平臺的煤礦通風機實時故障診斷及預警裝置。該裝置無需專家參與即可實時診斷礦井通風機常見故障類型并提供預警功能。為了實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明是一種基于虛擬儀器開發平臺的煤礦通風機實時故障診斷及預警裝置，由下位機數據采集模塊和上位機信號處理模塊、故障診斷模塊及預警模塊構成。所述下位機數據采集模塊包括ARM處理器，所述ARM處理器通過電源線和振動信號檢測模塊、SD存儲模塊、穩壓電源模塊、USB接口芯片連接。

進一步，所述振動信號檢測模塊包括加速度傳感器（水平）、加速度傳感器（垂直）和信號調理模塊。所述加速度傳感器（水平）、加速度傳感器（垂直）和信號調理模塊輸入端相連，所述加速度傳感器（水平）、加速度傳感器（垂直）分別將采集到的通風機水平和垂直方向的振動信號傳送至信號調理模塊。所述信號調理模塊作用是將傳送來的模擬信號進行濾波、放大和偏置處理。所述信號調理模塊輸出端與ARM處理器的A/D模數轉換器對應的GPIO口相連，ARM處理器的A/D模數轉換器能夠將采集到的模擬信號轉換為數字信號。所述ARM處理器采用ADC（模/數轉換）校正算法對采樣過程進行校正，以提高ADC（模/數轉換）的采樣精度。所述ARM處理器將轉換完成的數字信號轉存到SD存儲模塊或通過USB接口芯片傳輸給上位機做進一步分析處理，完成通風機振動信號的檢測工作。

進一步，所述ARM處理器為下位機的控制核心，選用高性能的Cotex-M3內核處理器STM32F103ZET6，控制各模塊之間的運行和通信，并將振動信號的模擬量轉換為數字量保存至SD存儲模塊或通過USB接口芯片傳輸給上位機。

進一步，所述穩壓電源模塊包括鎳鎘電池組和電源變換器。為下位機各模塊的正常工作提供電能。

進一步，所述SD存儲模塊用于通風機振動數據的保存管理，方便對歷史數據的查詢。

進一步，所述USB接口芯片用于上位機LabVIEW平臺和下位機ARM處理器之間的數據通信。所述ARM處理器可以將其自身的A/D模數轉換器轉換完成的數字信號通過USB數據總線發送到USB接口芯片，所述USB接口芯片將接收的數據存儲到對應的端點緩沖區，上位機LabVIEW平臺通過USB驅動讀取該端點緩沖區數據做進一步分析處理。