[發明專利]一種基于數字孿生技術應用到煤礦采掘設備的監控系統

有效

• 申請號: 202110876807.1
• 申請日: 2021-07-31
• 公開（公告）號: CN113610290B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 陳龍;付翔;王宏偉;耿毅德;閆志蕊;李永安;王浩然
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;G06F30/27;G06Q50/02;G06F16/28;G16Y10/20;G16Y20/10;G16Y20/20;G16Y40/10;G16Y40/20;G16Y40/40;G06F111/18;G06F111/06
• 代理公司: 沈陽一諾君科知識產權代理事務所(普通合伙) 21266
• 代理人: 王建男

本發明涉及煤礦設備技術領域，一種基于數字孿生技術應用到煤礦采掘設備的監控系統，煤礦采掘設備信息模塊：用于構建和存儲煤礦采掘設備的信息模型；傳感器群：負責實時采集煤礦采掘設備物理本體運動的相關數據；信息編譯執行模塊：獲取和消除煤礦采掘設備物理本體運動的相關數據中的噪聲信號；建模計算模塊：獲得煤礦采掘設備的當前工作狀態，以及煤礦采掘設備的故障預期；人機交互判斷模塊：對煤礦采掘設備進行監控，實現煤礦采掘設備的物理信息與虛擬信息融合及智能化監控。該系統可視化直觀反映礦井綜掘工作面環境、工況狀態和設備運行狀態，以及對設備進行故障定位和健康預測等問題。

技術領域

本發明涉及煤礦設備技術領域，特別是一種基于數字孿生技術應用到煤礦采掘設備的監控系統。

背景技術

煤礦機械屬于機械的一個大的分類，煤礦機械是專門用于煤礦開采的機械，由于其專業的特點而不同于其他礦山機械，作為煤炭生產的大國，中國每年煤炭的產量在不斷的提升，截止2008年底全國的煤炭產量突破了24億噸，煤礦機械的生產在我國有著舉足輕重的作用。

但是，現有的煤礦掘進工作面存在粉塵濃度大、能見度低、噴霧、滴水等不利因素，對視頻圖像的采集影響較大，因此基于視頻技術的掘錨一體機監控系統工作可靠性和效果并不理想，難以可視化直觀反映礦井綜掘工作面環境、工況狀態和設備運行狀態，以及對設備進行故障定位和健康預測，因此，不滿足現有的需求。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種基于數字孿生技術應用到煤礦采掘設備的監控系統，該系統可視化直觀反映礦井綜掘工作面環境、工況狀態和設備運行狀態，以及對設備進行故障定位和健康預測等問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于數字孿生技術應用到煤礦采掘設備的監控系統，包括傳感器群、煤礦采掘設備信息模塊、信息編譯執行模塊、建模計算模塊和人機交互判斷模塊，

煤礦采掘設備信息模塊：用于構建和存儲煤礦采掘設備中所涉及部件的信息模型；

傳感器群：分布固定安裝在煤礦采掘設備物理本體上，負責實時采集煤礦采掘設備物理本體運動的相關數據并即時反饋數據；

信息編譯執行模塊：獲取煤礦采掘設備物理本體運動的相關數據，將煤礦采掘設備物理本體運動的相關數據進行預處理，具體為，將煤礦采掘設備物理本體運動的相關數據進行分類，根據分類中預設的處理標準，消除煤礦采掘設備物理本體運動的相關數據中的噪聲信號，將降噪后的煤礦采掘設備物理本體運動的相關數據進行保存；

建模計算模塊：通過煤礦采掘設備的三維圖紙模型構建監控所涉及的煤礦采掘設備監控模型，將煤礦采掘設備信息模塊儲存的存儲煤礦采掘設備中所涉及部件的信息模型附加到所涉及的煤礦采掘設備監控模型中，共同形成煤礦采掘設備的數字孿生體，該數字孿生體存在于煤礦采掘設備的整個生命產品周期，并可以實時地反映物理層中煤礦采掘設備的真實狀態；所述建模計算模塊還用于將信息編譯執行模塊降噪后的煤礦采掘設備物理本體運動的相關數據附加在數字孿生體上，通過孿生體性能退化虛擬的方式，得到虛擬運行狀態監控數據，根據虛擬行狀態監控數據控制幾何模型完成仿真動作，實現對礦采掘設備運行狀態監控系統的動態仿真，獲取煤礦采掘設備物理體的實際運行狀態和孿生體退化模擬狀態的狀態偏差值，最終獲得煤礦采掘設備的當前工作狀態，以及煤礦采掘設備的故障預期；

人機交互判斷模塊：通過仿真模擬產生相應的狀態偏差值和故障預期，對煤礦采掘設備進行監控，最終實現煤礦采掘設備的物理信息與虛擬信息融合及智能化監控。

作為優選的，所述煤礦采掘設備信息模塊包括幾何模型、功能信息模型、規則模型、行為模型、控制邏輯模型。

作為優選的，所述煤礦采掘設備包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機和轉載機。

作為優選的，所述傳感器群包括溫度傳感器、霍爾傳感器、壓力傳感器、線速度傳感器、角度傳感器。