一种基于互联网的矿用变频器监控系统及方法与流程

本发明涉及互联网的矿用变频器监控领域，具体为一种基于互联网的矿用变频器监控系统及方法。

背景技术：

1、在矿山生产领域，矿用变频器起着至关重要的作用，其性能和运行状态直接影响着整个生产系统的效率和安全性。随着矿山机械化和自动化程度的不断提高，对矿用变频器的监控需求日益迫切。矿用变频器在运行过程中会产生谐波问题，谐波会影响变频器自身的使用寿命和性能，还会对矿山电网质量造成严重干扰，导致电网损耗增加和功率因数下降，现有的监控系统往往缺乏对谐波的全面分析和有效管理，不能及时准确地评估谐波的危害程度，也无法采取针对性的措施进行抑制。

2、对于矿用变频器的能耗管理，矿山企业难以精确掌握变频器在不同时间段的能耗情况，无法有效识别能耗异常的设备和时段，不利于实施节能措施和优化能源利用效率，在设备老化评估和故障诊断方面，缺乏全面且智能的手段，为了提高矿山生产的效率，需要一种基于互联网的功能全面且智能化的矿用变频器监控系统及方法，谐波精确分析、能耗精细管理、设备老化评估以及故障智能诊断与分级处理等功能，以适应现代矿山生产的发展需求。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明提供了一种基于互联网的矿用变频器监控系统及方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、本发明第一方面提供了一种基于互联网的矿用变频器监控系统，包括端口采集模块、谐波信号分析模块、能耗分析模块、故障显示模块、设备中央控制模块和数据中心。

4、端口采集模块根据连接各类型传感器的端口，实时采集各监测时间点的数据，其具体过程如下：

5、端口采集模块内设置有采集单元和数据分类存储单元；采集单元的输入端口连接各类型传感器的输出端口，采集单元对各类型传感器的连接端口进行初始化，初始化包括设置端口的通信参数，并检测端口和各类型传感器的连接状态，设置检测指令发送至各类型传感器的端口，得到各传输时长，提取数据库内标准接收时长，将大于标准接收时长的对应端口记为连接异常端，并将对应传感器发送至维护人员手机终端进行维修；

6、采集时间间隔设置为3秒，通过电流传感器和电压传感器实时采集变频器的输出电压信号和输出电流信号，对采集到包含谐波的输出电压信号和输出电流信号进行a/d转换，得到电压离散信号序列和电流离散信号序列，端口采集模块的输出端连接谐波信号分析模块的输入端，将电压离散信号序列和电流离散信号序列发送至谐波信号分析模块；通过电流传感器和电压传感器实时采集输出电压值和输出电流值发送至能耗分析模块。

7、谐波信号分析模块根据采集的数据对谐波有效值、谐波含量、总谐波失真率和电话谐波因数进行分析，将实时分析结果和预设阈值进行比对，若大于预设阈值将分析后的结果发送至设备中央控制模块处理，其具体过程如下：

8、谐波信号分析的输入端连接数据库的输出端，谐波信号分析的输出端连接设备中央控制模块的输入端，谐波信号分析模块内设置有分析单元和模型代入处理单元，分析单元将电压离散信号序列和电流离散信号序列进行傅里叶变换运算，得到电压复数幅值序列和电流复数幅值序列，将两者进行匹配得到频域中的功率复数幅值序列，k表示为频率，根据公式得到第n次谐波的幅值an，n表示为当前采集到的谐波总数量，再将幅值an代入公式得到实时谐波有效值gr；

9、设置当前基波有效值为tu，将基波有效值和实时谐波有效值代入公式得到实时谐波含量ge；

10、设置预设谐波监测时段，将预设谐波监测时段划分成若干个预设谐波监测分时段，一个谐波监测分时段对应一个实时谐波有效值，得到各谐波监测分时段对应的各实时谐波有效值，将各实时谐波有效值进行平方和计算得到谐波有效平均和值ft，将谐波有效平均和值和基波有效值代入公式得到当前的总谐波失真率gp；

11、获取当前区域的电话持续时长、电话拨打次数和电话拨打信号值，分别设置为ti、tl、tg，将其归一化处理并代入公式计算得到电话谐波因数gc，其中，g1、g2和g3为电话持续时长、电话拨打次数和电话拨打信号值的权重因子系数；

12、分析单元将分析后得到的实时谐波有效值、实时谐波含量、总谐波失真率和电话谐波因数发送至模型代入处理单元，模型代入处理单元通过内置谐波集成量化模型进行计算，将各数据代入公式得到当前矿用变频器的谐波集成量化值gtq，其中，c1、c2、c3和c4为预设比例系数，为预设谐波含量，为预设谐波有效值，i表示为谐波监测分时段，n表示谐波监测分时段的总数量；

13、提取数据库的预设谐波集成量化阈值，将矿用变频器的谐波集成量化值和预设谐波集成量化阈值进行比较，若谐波集成量化值大于预设谐波集成量化阈值，则生成谐波信号发送至设备中央控制模块。

14、能耗分析模块根据对矿用变频器的总异常功耗时段、总异常负载时段和综合老化评估指数进行分析，具体过程如下：

15、能耗分析模块的输入端连接数据库的输出端，能耗分析模块的输出端连接故障显示模块的输入端，能耗分析模块内设置有负载识别单元、设备老化分析单元和能耗危险模型单元，负载识别单元识别各矿用变频器的空载状态和负载状态，获取空载状态下变频器的输出电流值和输出电压值，根据输出电流值和输出电压值得到输出功率，设置设定时段为二十四小时，提取数据库内标准空载功耗值和标准负载功耗值，采集设定时段内大于标准空载功耗值的各异常空载功耗时段，将各异常空载功耗时段进行相加得到总异常功耗时段ql，采集设定时段内大于标准负载功耗值的各异常负载功耗时段，将异常负载功耗时段进行相加得到总异常负载时段qy；

16、设备老化分析单元获取各矿用变频器的使用时间点，再截止当前矿用变频器的时间点，标记为截止时间点，将各矿用变频器的使用时间点和截止时间点进行作差，得到各矿用变频器的已运行时间段rq，再通过高清摄像头获取各矿用变频器的表面图像，对表面图像进行识别得到各污垢面积、污垢数量、磕碰面积和磕碰数量，将各垢面积和污垢数量进行匹配得到总污垢面积be，将磕碰面积和磕碰数量进行匹配得到总磕碰面积bt，将得到的总污垢面积、总磕碰面积和已运行时间段进行归一化处理代入公式得到综合老化评估指数qk，其中q1、q2和q3为总污垢面积、总磕碰面积和已运行时间段对应的权重系数；

17、能耗危险模型单元利用公式将总异常功耗时段、总异常负载时段和综合老化评估指数进行计算，利用公式得到各矿用变频器的设备能耗危险值qs，其中l1、l2和l3为预设比例系数，m表示为各矿用变频器的编号，g表示为各矿用变频器的总数量，提取数据库内预设设备能耗危险阈值，将各矿用变频器的设备能耗危险值和预设设备能耗危险阈值进行比较，若某矿用变频器的设备能耗危险值大于预设设备能耗危险阈值，则对该矿用变频器标记为待维修设备，生成老化信号发送至故障显示模块。

18、故障显示模块根据信号智能获取当前矿用变频器的故障区域，将故障区域进行显示发送至设备中央控制模块，其具体过程如下：

19、故障显示模块的输出端连接设备中央控制模块的输入端，故障显示模块由设备定位单元和热成像识别单元构成，设备定位单元通过定位传感器获取对应矿用变频器的位置信息，设备定位单元以对应矿用变频器为原点，获取附近内热成像设备定位，将热成像设备定位发送至热成像识别单元；

20、热成像识别单元生成开启指令发送至对应热成像设备，热成像设备获取对应矿用变频器的热成像图像，识别热成像图像的高温面积并进行标识，将标识位置发送至设备中央控制模块进行显示。

21、设备中央控制模块对矿用变频器的故障结果分成各等级进行处理，其具体过程如下：

22、设备中央控制模块对谐波等级进行设定，谐波等级为轻微谐波故障等级、中度谐波故障等级和严重谐波故障等级，设置轻微谐波故障阈值，设置监控界面，轻微谐波故障等级具体为总谐波失真在规定范围内5%-10%，且各次谐波含量各自设定的轻微故障阈值，则生成轻微预警信号，并以“轻微谐波故障”文本字样描述的方式发送至监控界面显示说明；中度谐波故障等级具体为总谐波失真在超过规定范围内10%-20%，含量超过轻微故障阈值25%，则生成中度预警信号，并以“中度谐波故障”文本字样描述的方式发送至监控界面显示说明，限制矿用变频器的输出功率和运行时间；严重谐波故障等级具体为超过总谐波失真规定范围20%以上，含量超过轻微故障阈值40%，则生成重度预警信号，并以“重度谐波故障”文本字样描述的方式发送至监控界面显示说明，停止矿用变频器运行；

23、接收到标识位置，将对应标识位置生成信号发送至附近维修人员进行维修。

24、请参照图2所示，本发明第二方面提供了一种基于互联网的矿用变频器监控方法，其具体步骤如下：

25、k1：端口采集模块根据连接各类型传感器的端口，实时采集各监测时间点的数据；

26、k2：谐波信号分析根据采集的数据对谐波有效值、谐波含量、总谐波失真率和电话谐波因数进行分析，将实时分析结果和预设阈值进行比对，若大于预设阈值将分析后的结果发送至设备中央控制；

27、k3：能耗分析模块根据对矿用变频器的总异常功耗时段、总异常负载时段和综合老化评估指数进行分析；

28、k4：故障显示根据信号智能获取当前矿用变频器的故障区域，将故障区域进行显示；

29、k5：设备中央控制模块对矿用变频器的故障结果分成各等级进行处理。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：谐波信号分析模块能够精确计算谐波有效值、谐波含量、总谐波失真率和电话谐波因数等参数，通过与预设阈值比对，及时发现谐波超标情况，并计算谐波集成量化值，为设备中央控制模块提供准确依据。这使得矿山企业可以针对性地采取措施，如调整变频器运行参数或启用谐波抑制设备，减少谐波对设备和电网的危害，提高电网质量和设备稳定性，能耗分析模块通过对总异常功耗时段、总异常负载时段和综合老化评估指数的分析，能够精准识别能耗异常的设备和时段。通过计算设备能耗危险值，标记待维修设备，有助于矿山企业及时发现并解决设备能耗问题，实现节能降耗，为设备的维护和更新提供数据支持，优化设备运行策略，提高能源利用效率。