一种多能源供给的矿井设备在线健康监测系统

一种多能源供给的矿井设备在线健康监测系统

0采矿工业生产面临的安全隐患采矿业是一个人与自然条件差、风险多、工业生产行业的行业。安全活动一直是相关公司面临的最重要和最困难的问题。尽管国家有关部门多次下发有关矿井管理条例,但各种安全事故每年夺走数千煤矿工人的生命,造成数以亿计的财产损失,不仅损害人民群众的生命财产和切身利益,也制约着我国采矿工业的持续健康发展,对经济发展、社会稳定和国家形象都产生了负面影响。目前我国采矿安全生产形势严峻,突出问题有:瓦斯灾害严重,爆炸事故多发。我国煤矿露天开采比重小,井工开采比重大,地质结构复杂,约半数的煤矿为高瓦斯、“高突”矿井;技术装备落后,机械化程度低瓦斯、火灾、透水等各种安全隐患在造成巨大损失的同时,更严重威胁着矿井作业工人的人身安全。对矿井设备健康运行状况实时进行检测是防止煤矿发生安全事故、确保人身安全和生产安全的重要措施。针对目前矿井设备周期性检测的不足,不能及时了解设备的健康运行状况,本论文提出一种多能源供给的无线矿井设备在线健康监测系统,它采用多种绿色能源供给,能量利用效率高、装置结构简单、数据采集精确度高、信息传输效率高,并能够实现对矿井设备健康状况的时时监控。1设备健康运行状况的检测多能源供给的矿井设备在线检测系统设计目的是:收集利用矿井多种能源供给检测矿井设备健康状况的传感器,并将传感器采集到的矿井设备的健康运行状况传输至中央监控室。系统的设计思路为:使用各种传感器将各设备需要采集的物理量转换为电信号,并将传感器输出的电信号进行适当的放大和滤波,然后将放大的信号进行A/D转换1.1传感器模块设计多能源供给的矿井设备在线健康监测系统,它包括电源收集和管理模块、传感器模块、微处理器模块、无线通信模块、无线路由节点、报警模块;电源收集和管理模块与微处理器模块、无线通信模块连接,并为它们提供电能;传感器模块中具有数字式无源传感器和模拟量传感器,数字式无源传感器与微处理器模块直接相连,模拟量传感器经过信号调理电路再与微处理器模块连接,微处理器模块与无线通信模块连接,无线通信模块通过无线电将数据发送至无线路由节点,并进而发送至中央监控室。从而实现检测矿井设备的传感器采集的数据进行实时传输。当检测值超出设定警戒值时报警模块发出现场报警信号,同时通过网络将报警信息传输到中央监控室,在中央监控室监控界面发出相应的报警信号。1.2振动能模块的安装位置电源收集和管理模块中包括电能收集模块、电源管理芯片、超级电容电能收集模块中的振动能模块和热能模块根据相关规定安装在矿井设备的最佳位置,振动能模块安装于矿井设备的振动幅度较大的地方。由于矿井设备本身的振动,振动能模块中的振动条就会有电压输出,热能等其他形式输出的电能通过整流桥、滤波电路、稳压芯片连接至电源管理芯片LTC3588,由电源管理芯片LTC3588连接超级电容1.3调理电路和传感器的连接无源传感器模块包括对不同设备的载荷、表面形貌、结构强度等参数进行测量的传感器。这些无源传感器无需再外接电源,模拟量传感器输出信号经过调理电路连接至微处理器模块,并由微处理器模块进行处理。部分数字量传感器无需调理电路可以直接连接至微处理器模块。多个传感器可以连接至一个微处理器模块,主要包括以下几类传感器:载荷检测传感器,能在一些在载重设备危险荷载通过前检测出危险情况并及时发出报警信号;温度监测传感器,监测设备内温度和环境温度;湿度检测传感器,监测设备在工作状态下设备内外的湿度情况,由此根据湿度对矿井设备的影响评估矿井设备的安全性和工作状态;动挠度监测传感器,能较为方便、准确地监测到设备结构的变形状态;振动监测传感器,对矿井设备动力特性及振动水平进行监测;支座变形监测传感器,监测支座在一些大型矿井设备工作状态下的位移,了解矿井设备结构在荷载作用下的位移,对矿井设备这些参数的监测能更好的了解矿井设备的健康运行状况。1.4强等优点的选择微处理器模块采用的主处理器选用的是TI公司的MSP430F5438单片机,该单片机具有低电压、低功耗、处理能力强等优点,非常适用于低功耗的场合。微处理器模块首先完成初始化工作,根据对处理器每个引脚所连接的传感器的不同,对微处理器模块引脚进行配置。模拟量传感器的输入需经过片内的A/D转换进行处理。数字量传感器的输入无需转换,微处理器模块其传输过来的数据进行处理,为了提高监测数据的准确度和数据传输效率,可以对各种数据采用中值滤波法处理1.5无线路的发送无线通信模块把经微处理器模块处理的数据通过无线电的方式发送到无线路由节点。无线通信模块采用基于MC703-EVB平台的华为CDMAEV-DO模块2温度自适应的模糊规则多能源供给的矿井设备在线检测系统的软件设计主要涉及电源收集与管理模块的算法设计。以下将介绍电源收集与管理模块的智能模糊算法的设计。将超级电容的输出电压连接至微处理器模块的电压检测引脚,实时检测超级电容的输出电压。利用模糊智能算法管理微处理器模块的“运行”与“休眠”时间。由于采用的微处理器模块、无线通信模块的供应电压V都是3.3V,当检测到超级电容的电压V处于2.5~3.3V的时候,微处理器模块处于“运行”状态,当电压V低于2.5V的时候,微处理器模块处于“休眠”状态,超级电容进行充电,在此期间记录电压V从3.3V降至2.5V的时间T,由智能模糊算法根据时间T确定微处理器模块的休眠时间t,采用的智能模糊算法确定输入、输出的量的模糊分布(1)选定三个模糊子集:时间短(ST)、时间中(MT)、时间长(LT),用于涵盖输入量x的论域[0,100],它们的隶属函数如下,其分布如图3所示:(2)选定三个模糊子集涵盖输出量t建立模糊规则。根据相关的经验可以归纳总结以下三条模糊规则“电压V从3.3V降至2.5V的时间T短,微处理器模块休眠的时间t设为短”。“电压V从3.3V降至2.5V的时间T中等,微处理器模块休眠的时间t设为中等”。“电压V从3.3V降至2.5V的时间T长,微处理器模块休眠的时间t设为长。规则表如下:近似推理。对于模糊规则,“ifxisSTthentisS”其输出为“ifxisMTthentisM”其输出为“ifxisLTthentisL”其输出为最后输出的模糊子集U(t),是三个子集U求出模糊量U(t)的清晰化。这里采用的模糊量清晰化方法是最大隶属度方法3矿井设备报警模块的设计多能源供给的矿井设备在线检测系统设计,在振动能、热能等能源供给下,能够实现电源收集与管理模块的智能充放电,微处理器模块采集相应的矿井设备参数并进行分析处理,传输至井下无线通信基站,实现矿井设备参数的实时传输,当检测值超出已设定好的警戒值时,报警模块能够发出现场报警信号,并在中央监控室监控界面发出相应的报警信号,以警示相应的矿井设备没有健康运行。4