一种矿用机电设备的故障检测系统、方法及装置与流程

本发明实施例涉及煤矿安全技术领域，尤其涉及一种矿用机电设备的故障检测系统、方法及装置。

背景技术：

在现有的煤炭行业中，每年因设备故障引发起火、爆炸等恶性事故时有发生，造成了较严重的人员伤亡和经济财产损失，引发环境污染，造成不良的社会影响。作为预防措施，定期的停产检修对设备进行维护和及时发现设备的故障征兆有一定作用，但检修频次过高，会因多次停产增加生产成本，而过低的检修频次又可能无法及时查出安全隐患，并且由于是离线诊断，无法对设备的运转过程中突发故障起作用，也为安全生产埋下了隐患。现有的煤矿安全检测领域问题如下：

第一，缺乏长期有针对性的信号监测。目前矿用机电设备维护检修人员仍大量依靠手持式终端检测设备，仅能做到定时检测，数据完整性大打折扣，不具备参考性；监测数据也仅停留在轴承温度或电流电压等设备基本参数上，并不能表征设备故障。

第二，监测数据缺乏有效及时的分析和推理。某些大型矿井虽然完成了自动化改造，并对重点风机和掘进机等设备运行参数长期监测。但由于缺乏有设备维修经验的诊断专家对监测数据进行可靠的分析推理，设备故障预发阶段无法做出预警，只能依靠频繁的停机检修来完成设备维护。

第三，缺乏对设备故障点、故障类型以及损坏程度的精确诊断。某些矿井检修人员虽然具备一定的维修经验，能够对经常维修的某故障部件进行故障判别。但仅停留在“事后维修”阶段，且在多部件故障或新故障发生时只能对设备进行整体替换。耗费大量人力物力。

随着计算机技术、嵌入式技术以及新兴仪器的发展，故障诊断装置和仪器已经由最初的模拟式监测仪表发展到现在的基于计算机的实时在线监测与故障诊断系统和基于微机的便携式监测分析系统。在实际的运用中，传统的使用硬件进行故障诊断的技术依然占据主导，基于软件的智能化诊断技术大多还停留在研究阶段，具体运用在煤矿设备的故障诊断系统的成品还很少见。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提出一种矿用机电设备的故障检测系统、方法及装置，旨在解决如何提高设备故障点、故障类型以及损坏程度的精确诊断的问题。

为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面，一种矿用机电设备的故障检测系统，所述故障检测系统包括：

矿用本安型振动传感器、矿用本安型故障谐波检测仪和矿用本安型监测分站；

所述矿用本安型振动传感器和所述矿用本安型故障谐波检测仪，用于采集设备轴承的振动信号以及电动机进线电缆电流产生的电磁波；

所述矿用本安型监测分站，用于通过分站信号处理所述振动信号和所述电磁波后，将处理后的数据上传给上位机系统软件，由所述上位机系统软件对所述处理后的数据进行分析和判断，并自动生成故障诊断专家意见报告。

可选地，所述故障检测系统包括矿用设备故障诊断专家系统；

所述矿用设备故障诊断专家系统，用于根据信号处理的故障推理算法，研究煤矿旋转类机电设备在运行过程中的关键机泵轴承振动、谐波信号特征值与故障类型的对应关系；通过监测矿井机电设备正常和/或故障的运行参数，建立适应矿用机电设备的专家诊断数据库。

可选地，所述矿用本安型振动传感器和所述矿用本安型故障谐波检测仪，包括振动频谱分析技术、振动信号的时域和/或频域的幅值谱分析技术；用于获取流向电气设备电机、驱动器的电流产生的高次谐波与设备的异常和劣化程度的响应特性，和通过快速傅里叶变换算法提取有用的故障征兆信息。

可选地，所述矿用本安型监测分站安装在煤矿井下，用于接收、处理监控主机发出的命令，实时采集机电设备振动参数，当通讯中断时，所述矿用本安型监测分站独立进行采集工作；

所述矿用本安型监测分站的防爆型式为矿用本质安全型；防爆标志为exibι；

所述矿用本安型监测分站的工作电压为dc22.5v，最大工作电流不大于500ma；

所述矿用本安型监测分站的传输方式为以太网通信和光纤通信，所述以太网通信包括一路传输接口、以太网rj45传输方式、最大传输距离为100m和传输速率自适应或者10/100m；所述光纤通信包括一路传输接口、单模光纤传输方式、最大传输距离20km、传输速率为100m、接受灵敏度小于等于35dbm；

所述矿用本安型监测分站的分站采集接口包括16路的振动传感器接口、8路的(4-20)ma电流型传感器输入接口和2路的rs485传感器接口。

可选地，所述矿用本安型振动传感器，用于煤矿井下机电设备加速度、速度参数监测；所述矿用本安型振动传感器为矿用本质安全型，能将加速度参数转变为标准电信号传输给所述矿用本安型监测分站；

所述矿用本安型振动传感器的防爆型为矿用本质安全型、防爆标志为exibi，测量范围为-80g至+80g；输出信号为电压信号；基本误差小于等于5％。

可选地，所述矿用本安型故障谐波检测仪，用于检测煤矿井下机电设备产生谐波；所述矿用本安型故障谐波检测仪为矿用本质安全型，将谐波转变为标准电信号通过rs485总线信号传输给所述矿用本安型监测分站，并具有显示功能；

所述矿用本安型故障谐波检测仪的防爆型式为矿用本质安全型，防爆标志为exibi；时间分辨率为5ms；通道数量为8；谐波测试符合en61000-4-7标准；输出信号为rs485。

可选地，所述故障检测系统包括列表显示功能，所述列表显示功能包括显示取样点号、取样时间、各个取样点加速度值、谐波检测值和显示报警状态；并具有监测点实时曲线和历史曲线显示功能。

可选地，所述故障检测系统包括打印功能，所述打印功能具有报表、曲线和初始化参数召唤打印功能；所述故障检测系统具有按取样点和监测参数为索引的存储和查询功能，存储、查询内容包括加速度值、谐波检测值、测定时间及报警状态。

可选地，所述故障检测系统包括人机对话功能，所述故障检测系统具有人机对话功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用和控制命令输入；并具有操作权限管理功能；用于设置和修改加速度值、及其他被测参数、量程和/或报警值；并用于设置和/或修改取样地点名称。

第二方面，一种矿用机电设备的故障检测方法，所述方法包括：

通过icp振动加速度传感器信号调理电路获取振动信号，模拟带通滤波器进行谐波检测；通过分站对传感器信号进行采集，并将数据打包上传到上位机诊断软件；通过诊断软件分析振动频谱，并通过快速傅里叶变换算法获取故障征兆信息；所述振动频谱包括振动信号的时域和/或频域的幅值谱；所述故障征兆信息包括煤矿旋转类机电设备在运行过程中的关键机泵轴承振动信号特征值与故障类型的对应关系；

通过谐波法设备故障诊断技术获取流向电气设备电机、驱动器的电流产生的高次谐波与谐波法设备的异常和劣化程度的响应特性；

根据采集和信号处理得到的故障征兆参数，与预先存储的故障样本进行匹配，根据匹配的结果确定所述矿用机电设备是否有故障。

第三方面，一种矿用机电设备的故障检测装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于通过icp振动加速度传感器信号调理电路获取振动信号，模拟带通滤波器进行谐波检测；通过分站对传感器信号进行采集，并将数据打包上传到上位机诊断软件；通过诊断软件分析振动频谱，并通过快速傅里叶变换算法获取故障征兆信息；所述振动频谱包括振动信号的时域和/或频域的幅值谱；所述故障征兆信息包括煤矿旋转类机电设备在运行过程中的关键机泵轴承振动信号特征值与故障类型的对应关系；

第二获取模块，用于通过谐波法设备故障诊断技术获取流向电气设备电机、驱动器的电流产生的高次谐波与谐波法设备的异常和劣化程度的响应特性；

第三获取模块，用于根据采集和信号处理得到的故障征兆参数，与预先存储的故障样本进行匹配，根据匹配的结果确定所述矿用机电设备是否有故障。

本发明实施例提供一种矿用机电设备的故障检测方法、装置及系统，所述故障检测方法通过icp振动加速度传感器信号调理电路获取振动信号，模拟带通滤波器进行谐波检测；通过分站对传感器信号进行采集，并将数据打包上传到上位机诊断软件；通过诊断软件分析振动频谱，并通过快速傅里叶变换算法获取故障征兆信息；所述振动频谱包括振动信号的时域和/或频域的幅值谱；所述故障征兆信息包括煤矿旋转类机电设备在运行过程中的关键机泵轴承振动信号特征值与故障类型的对应关系；通过谐波法设备故障诊断技术获取流向电气设备电机、驱动器的电流产生的高次谐波与谐波法设备的异常和劣化程度的响应特性；根据采集和信号处理得到的故障征兆参数，与预先存储的故障样本进行匹配，根据匹配的结果确定所述矿用机电设备是否有故障。本发明实施例通过将多种诊断技术综合应用，研制出具备矿井通风、排水、采掘、供电等设备的在线监测装置，设计出适应矿用机电设备的在线故障诊断专家系统，对设备进行实时状态监测与故障诊断；及时准确识别设备核心零部件故障的微弱特征信号，为潜在故障预示和演化、寿命预测和制定维修策略提供技术支持，从而提高煤矿关键装备整体运行安全性和可靠性。实现由“事后维修”到“预知维修”的转变，避免意外停机及恶性事故发生，具有巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明实施例提供一种矿用机电设备的故障检测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种矿用机电设备的故障检测装置的功能模块示意图；

图3是本发明实施例提供的一种矿用机电设备的故障检测系统的功能模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。

参考图1，图1是本发明实施例提供一种矿用机电设备的故障检测方法的流程示意图。

如图1所示，所述矿用机电设备的故障检测方法包括：

步骤101，通过icp振动加速度传感器信号调理电路获取振动信号，模拟带通滤波器进行谐波检测；通过分站对传感器信号进行采集，并将数据打包上传到上位机诊断软件；通过诊断软件分析振动频谱，并通过快速傅里叶变换算法获取故障征兆信息；所述振动频谱包括振动信号的时域和/或频域的幅值谱；所述故障征兆信息包括煤矿旋转类机电设备在运行过程中的关键机泵轴承振动信号特征值与故障类型的对应关系；

步骤102，通过谐波法设备故障诊断技术获取流向电气设备电机、驱动器的电流产生的高次谐波与谐波法设备的异常和劣化程度的响应特性；

步骤103，根据采集和信号处理得到的故障征兆参数，与预先存储的故障样本进行匹配，根据匹配的结果确定所述矿用机电设备是否有故障。

本发明实施例提供一种矿用机电设备的故障检测方法，所述故障检测方法通过icp振动加速度传感器信号调理电路获取振动信号，模拟带通滤波器进行谐波检测；通过分站对传感器信号进行采集，并将数据打包上传到上位机诊断软件；通过诊断软件分析振动频谱，并通过快速傅里叶变换算法获取故障征兆信息；所述振动频谱包括振动信号的时域和/或频域的幅值谱；所述故障征兆信息包括煤矿旋转类机电设备在运行过程中的关键机泵轴承振动信号特征值与故障类型的对应关系；通过谐波法设备故障诊断技术获取流向电气设备电机、驱动器的电流产生的高次谐波与谐波法设备的异常和劣化程度的响应特性；根据采集和信号处理得到的故障征兆参数，与预先存储的故障样本进行匹配，根据匹配的结果确定所述矿用机电设备是否有故障。本发明实施例通过将多种诊断技术综合应用，研制出具备矿井通风、排水、采掘、供电等设备的在线监测装置，设计出适应矿用机电设备的在线故障诊断专家系统，对设备进行实时状态监测与故障诊断；及时准确识别设备核心零部件故障的微弱特征信号，为潜在故障预示和演化、寿命预测和制定维修策略提供技术支持，从而提高煤矿关键装备整体运行安全性和可靠性。实现由“事后维修”到“预知维修”的转变，避免意外停机及恶性事故发生，具有巨大的经济效益和社会效益。

参考图2，图2是本发明实施例提供的一种矿用机电设备的故障检测装置的功能模块示意图。

如图2所示，所述矿用机电设备的故障检测装置包括：

第一获取模块201，用于通过icp振动加速度传感器信号调理电路获取振动信号，模拟带通滤波器进行谐波检测；通过分站对传感器信号进行采集，并将数据打包上传到上位机诊断软件；通过诊断软件分析振动频谱，并通过快速傅里叶变换算法获取故障征兆信息；所述振动频谱包括振动信号的时域和/或频域的幅值谱；所述故障征兆信息包括煤矿旋转类机电设备在运行过程中的关键机泵轴承振动信号特征值与故障类型的对应关系；

第二获取模块202，用于通过谐波法设备故障诊断技术获取流向电气设备电机、驱动器的电流产生的高次谐波与谐波法设备的异常和劣化程度的响应特性；

第三获取模块203，用于根据采集和信号处理得到的故障征兆参数，与预先存储的故障样本进行匹配，根据匹配的结果确定所述矿用机电设备是否有故障。

本发明实施例提供一种矿用机电设备的故障检测装置，所述故障检测装置通过icp振动加速度传感器信号调理电路获取振动信号，模拟带通滤波器进行谐波检测；通过分站对传感器信号进行采集，并将数据打包上传到上位机诊断软件；通过诊断软件分析振动频谱，并通过快速傅里叶变换算法获取故障征兆信息；所述振动频谱包括振动信号的时域和/或频域的幅值谱；所述故障征兆信息包括煤矿旋转类机电设备在运行过程中的关键机泵轴承振动信号特征值与故障类型的对应关系；通过谐波法设备故障诊断技术获取流向电气设备电机、驱动器的电流产生的高次谐波与谐波法设备的异常和劣化程度的响应特性；根据采集和信号处理得到的故障征兆参数，与预先存储的故障样本进行匹配，根据匹配的结果确定所述矿用机电设备是否有故障。本发明实施例通过将多种诊断技术综合应用，研制出具备矿井通风、排水、采掘、供电等设备的在线监测装置，设计出适应矿用机电设备的在线故障诊断专家系统，对设备进行实时状态监测与故障诊断；及时准确识别设备核心零部件故障的微弱特征信号，为潜在故障预示和演化、寿命预测和制定维修策略提供技术支持，从而提高煤矿关键装备整体运行安全性和可靠性。实现由“事后维修”到“预知维修”的转变，避免意外停机及恶性事故发生，具有巨大的经济效益和社会效益。

参考图3，图3是本发明实施例提供的一种矿用机电设备的故障检测系统的功能模块示意图。

如图3所示，所述故障检测系统包括：

矿用本安型振动传感器301、矿用本安型故障谐波检测仪302和矿用本安型监测分站303；

所述矿用本安型振动传感器301和所述矿用本安型故障谐波检测仪302，用于采集设备轴承的振动信号以及电动机进线电缆电流产生的电磁波；

所述矿用本安型监测分站303，用于通过分站信号处理所述振动信号和所述电磁波后，将处理后的数据上传给上位机系统软件，由所述上位机系统软件对所述处理后的数据进行分析和判断，并自动生成故障诊断专家意见报告。

可选地，所述故障检测系统包括矿用设备故障诊断专家系统；

所述矿用设备故障诊断专家系统，用于根据信号处理的故障推理算法，研究煤矿旋转类机电设备在运行过程中的关键机泵轴承振动、谐波信号特征值与故障类型的对应关系；通过监测矿井机电设备正常和/或故障的运行参数，建立适应矿用机电设备的专家诊断数据库。

可选地，所述矿用本安型振动传感器301和所述矿用本安型故障谐波检测仪302，包括振动频谱分析技术、振动信号的时域和/或频域的幅值谱分析技术；用于获取流向电气设备电机、驱动器的电流产生的高次谐波与设备的异常和劣化程度的响应特性，和通过快速傅里叶变换算法提取有用的故障征兆信息。

可选地，所述矿用本安型监测分站303安装在煤矿井下，用于接收、处理监控主机发出的命令，实时采集机电设备振动参数，当通讯中断时，所述矿用本安型监测分站303独立进行采集工作；

所述矿用本安型监测分站303的防爆型式为矿用本质安全型；防爆标志为exibι；

所述矿用本安型监测分站303的工作电压为dc22.5v，最大工作电流不大于500ma；

所述矿用本安型监测分站303的传输方式为以太网通信和光纤通信，所述以太网通信包括一路传输接口、以太网rj45传输方式、最大传输距离为100m和传输速率自适应或者10/100m(mbit/s)；所述光纤通信包括一路传输接口、单模光纤传输方式、最大传输距离20km、传输速率为100m、接受灵敏度小于等于35dbm；

所述矿用本安型监测分站303的分站采集接口包括16路的振动传感器接口、8路的(4-20)ma电流型传感器输入接口和2路的rs485传感器接口。

可选地，所述矿用本安型振动传感器301，用于煤矿井下机电设备加速度、速度参数监测；所述矿用本安型振动传感器301为矿用本质安全型，能将加速度参数转变为标准电信号传输给所述矿用本安型监测分站303；

所述矿用本安型振动传感器301的防爆型为矿用本质安全型、防爆标志为exibi，测量范围为-80g至+80g(重力加速度单位：1g＝9.8m/s2)；输出信号为电压信号；基本误差小于等于5％。

其中，ex是防爆标志ib是本质安全型b类i是一类防爆区域。

可选地，所述矿用本安型故障谐波检测仪302，用于检测煤矿井下机电设备产生谐波；所述矿用本安型故障谐波检测仪302为矿用本质安全型，将谐波转变为标准电信号通过rs485总线信号传输给所述矿用本安型监测分站303，并具有显示功能；

所述矿用本安型故障谐波检测仪302的防爆型式为矿用本质安全型，防爆标志为exibi；时间分辨率为5ms；通道数量为8；谐波测试符合en61000-4-7标准；输出信号为rs485。

可选地，所述故障检测系统包括列表显示功能，所述列表显示功能包括显示取样点号、取样时间、各个取样点加速度值、谐波检测值和显示报警状态；并具有监测点实时曲线和历史曲线显示功能。

可选地，所述故障检测系统包括打印功能，所述打印功能具有报表、曲线和初始化参数召唤打印功能；所述故障检测系统具有按取样点和监测参数为索引的存储和查询功能，存储、查询内容包括加速度值、谐波检测值、测定时间及报警状态。

可选地，所述故障检测系统包括人机对话功能，所述故障检测系统具有人机对话功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用和控制命令输入；并具有操作权限管理功能；用于设置和修改加速度值、及其他被测参数、量程和/或报警值；并用于设置和/或修改取样地点名称。

本发明实施例对比现行的矿用设备故障检测装置，该成果具有以下优势：(1)首次提出将振动法与谐波法设备故障检测方法综合应用于矿用机电设备健康诊断。大大提高了故障诊断的准确性和可靠性，避免了因单一检测手段的缺点造成的故障诊断类别不清，劣化程度不明等问题。(2)创新性的在煤矿领域引入了故障诊断专家系统。将以往大量需要人为采集、数据整理的工作以及需要有多年设备健康诊断经验的专家来完成的分析和推理工作交由诊断系统数据库来完成。

以上结合具体实施例描述了本发明实施例的技术原理。这些描述只是为了解释本发明实施例的原理，而不能以任何方式解释为对本发明实施例保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明实施例的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明实施例的保护范围之内。