[发明专利]一种矿井带式输送机故障监测预警系统及方法

权利要求书

1.一种利用矿井带式输送机故障监测预警系统对矿井带式输送机出现的故障进行监测预警的方法，其特征在于：该矿井带式输送机故障监测预警系统包括上位监控机(1)、对被监测带式输送机的工作状况进行实时检测的输送机工况检测装置、与所述输送机工况检测装置连接的数据采集装置(5)、由上位监控机(1)进行控制的预警提示装置(2)和与上位监控机(1)连接的计时电路(4)，所述预警提示装置(2)和数据采集装置(5)均与上位监控机(1)连接；所述被监测带式输送机为安装于煤矿井下巷道内的带式输送机；

所述输送机工况检测装置包括电机工况检测装置(3-4)、布设在被监测带式输送机机头处的机头工况检测装置(3-1)和布设在被监测带式输送机机尾处的机尾工况检测装置(3-3)；所述机头工况检测装置(3-1)包括烟雾浓度检测单元(3-14)、对被监测带式输送机的带速进行实时检测的带速检测单元(3-15)、对被监测带式输送机机头安装的驱动滚筒转速进行实时检测的驱动滚筒转速检测单元(3-12)、对被监测带式输送机机头安装的导向滚筒转速进行实时检测的导向滚筒转速检测单元(3-13)和对所述驱动滚筒的滚筒轴承表面温度进行实时检测的滚筒轴承温度检测单元(3-16)；所述机尾工况检测装置(3-3)包括撕裂传感器(3-32)；所述电机工况检测装置(3-4)包括对所述驱动滚筒的驱动电机的三相电流分别进行实时检测的三相电流检测单元(3-42)、对所述驱动电机的三相绕组的温度分别进行实时检测的三相绕组温度检测单元(3-43)、对所述驱动电机的电机轴承温度进行实时检测的电机轴承温度检测单元(3-44)和对所述驱动电机的机壳温度进行实时检测的机壳温度检测单元(3-41)，所述驱动滚筒转速检测单元(3-12)、导向滚筒转速检测单元(3-13)、烟雾浓度检测单元(3-14)、带速检测单元(3-15)、滚筒轴承温度检测单元(3-16)、撕裂传感器(3-32)、三相电流检测单元(3-42)、三相绕组温度检测单元(3-43)、电机轴承温度检测单元(3-44)和机壳温度检测单元(3-41)均与数据采集装置(5)连接；

该方法包括以下步骤：

步骤一、输送机工况检测及检测信息同步上传：采用所述输送机工况检测装置对所述被监测带式输送机的工作状况进行实时检测，并通过数据采集装置(5)按照预先设定的采样频率f对所述输送机工况检测装置所检测的输送机工况信息进行采集，且将所采集的输送机工况信息同步传送至上位监控机(1)；其中，f＝1Hz；

步骤二、输送机工况信息分析处理：所述上位监控机(1)按照采样时间先后顺序对数据采集装置(5)各采样时刻采集的输送机工况信息分别进行分析处理，且根据分析处理结果对被监测带式输送机进行故障诊断并得出故障诊断结果；

所述故障诊断结果包括被监测带式输送机是否存在故障以及所存在故障的数量和各故障的类型；所述被监测带式输送机的故障类型包括打滑故障、撕裂故障、滚筒故障、冒烟故障、断带故障、电机轴承故障、电机过载故障和电机散热故障，所述电机轴承故障、电机过载故障和电机散热故障均为电机故障；

所述上位监控机(1)对数据采集装置(5)任一个采样时刻采集的输送机工况信息进行分析处理时，过程如下：

步骤201、输送机工况信息同步存储：对此时接收到的输送机工况信息进行同步存储，所存储的输送机工况信息为当前待处理输送机工况信息；

步骤202、故障诊断：调用故障诊断模块，对步骤201中所述当前待处理输送机工况信息进行分析处理，并根据分析处理结果对此时被监测带式输送机是否存在打滑故障、撕裂故障、滚筒故障、冒烟故障、断带故障和电机故障分别进行诊断；

其中，对此时被监测带式输送机是否存在打滑故障进行诊断时，过程如下：

步骤20111、打滑故障初步诊断：根据预先设定的所述被监测带式输送机的额定带速V_S，对所述当前待处理输送机工况信息中带速检测单元(3-15)所检测的带速V进行判断：当0.3V_S＜V＜0.7Vs时，说明此时为待诊断时刻，并进入步骤20112；否则，进入步骤20113；

步骤20112、打滑故障进一步诊断：对步骤20111中所述待诊断时刻之前连续P秒内数据采集装置(5)采集的输送机工况信息中带速检测单元(3-15)所检测的带速V分别进行诊断：当所述待诊断时刻之前连续P秒内数据采集装置(5)采集的输送机工况信息中带速检测单元(3-15)所检测的带速V均大于0.3V_S且小于0.7Vs时，诊断为此时被监测带式输送机存在打滑故障；否则，诊断为此时被监测带式输送机不存在打滑故障；其中，P为正整数且P＝10～20；

步骤20113、打滑故障进一步诊断：根据预先设定的滚筒转速差值V₀，对所述当前待处理输送机工况信息中驱动滚筒转速检测单元(3-12)所检测的转速值V1和导向滚筒转速检测单元(3-13)所检测的转速值V2进行诊断：当|V1-V2|≥V₀时，诊断为此时被监测带式输送机存在打滑故障；否则，诊断为此时被监测带式输送机不存在打滑故障；其中，V₀＝0.25m/s～0.35m/s；

对此时被监测带式输送机是否存在撕裂故障进行诊断时，根据所述当前待处理输送机工况信息中撕裂传感器(3-32)所检测信息进行诊断：当所述当前待处理输送机工况信息中撕裂传感器(3-32)检测出被监测带式输送机的输送带出现撕裂情况时，诊断为此时被监测带式输送机存在撕裂故障；否则，诊断为此时被监测带式输送机不存在撕裂故障；

对此时被监测带式输送机是否存在滚筒故障进行诊断时，根据所述当前待处理输送机工况信息中滚筒轴承温度检测单元(3-16)所检测的温度值T1进行诊断：当T1＞T1₀时，诊断为此时被监测带式输送机存在滚筒故障；否则，诊断为此时被监测带式输送机不存在滚筒故障；其中，T1₀为预先设定的滚筒轴承温度判断阈值且T1₀＝70℃～80℃；

对此时被监测带式输送机是否存在冒烟故障进行诊断时，根据所述当前待处理输送机工况信息中烟雾浓度检测单元(3-14)所检测的浓度值n进行诊断：当n＞n₀时，诊断为此时被监测带式输送机存在冒烟故障；否则，诊断为此时被监测带式输送机不存在冒烟故障；其中，n₀为预先设定的烟雾浓度判断阈值且n₀＝0.08mg/m³～0.12mg/m³；

对此时被监测带式输送机是否存在断带故障进行诊断时，过程如下：

步骤20121、断带故障初步诊断：根据预先设定的所述被监测带式输送机的额定带速V_S，对所述当前待处理输送机工况信息中带速检测单元(3-15)所检测的带速V进行判断：当V≤0.3V_S时，说明此时为待诊断时刻，并进入步骤20122；否则，诊断为此时被监测带式输送机不存在断带故障，完成此时被监测带式输送机的断带故障诊断过程；

步骤20122、断带故障进一步诊断：对步骤20121中所述待诊断时刻之前连续Q秒内数据采集装置(5)采集的输送机工况信息中带速检测单元(3-15)所检测的带速V分别进行诊断：当所述待诊断时刻之前连续Q秒内数据采集装置(5)采集的输送机工况信息中带速检测单元(3-15)所检测的带速V均不大于0.3V_S时，诊断为此时被监测带式输送机存在断带故障；否则，诊断为此时被监测带式输送机不存在断带故障；其中，Q为正整数且Q＝3～10；

对此时被监测带式输送机是否存在电机故障进行诊断时，根据所述当前待处理输送机工况信息中电机工况检测装置(3-4)所检测信息，对此时被监测带式输送机是否存在电机轴承故障、电机过载故障和电机散热故障分别进行诊断；

其中，对此时被监测带式输送机是否存在电机轴承故障进行诊断时，根据所述当前待处理输送机工况信息中电机轴承温度检测单元(3-44)所检测的温度值T2进行诊断：当T2＞T2₀时，诊断为此时被监测带式输送机存在电机轴承故障；否则，诊断为此时被监测带式输送机不存在电机轴承故障；其中，T2₀为预先设定的电机轴承温度判断阈值且T2₀＝75℃～85℃；

对此时被监测带式输送机是否存在电机过载故障进行诊断时，根据所述当前待处理输送机工况信息中三相绕组温度检测单元(3-43)和三相电流检测单元(3-42)所检测信息进行诊断：当三相绕组温度检测单元(3-43)所检测三相绕组的温度均大于T3₀且三相电流检测单元(3-42)所检测的三相电流均大于I₀时，诊断为此时被监测带式输送机存在电机过载故障；否则，诊断为此时被监测带式输送机不存在电机过载故障；其中，T3₀为预先设定的电机绕组温度判断阈值且T3₀＝115℃～125℃；I₀为预先设定的电机过载电流判断阈值且I₀＝A₁×I₁，A₁＝5～8；I₁为预先设定的所述驱动电机的额定电流；

对此时被监测带式输送机是否存在电机散热故障进行诊断时，根据所述当前待处理输送机工况信息中机壳温度检测单元(3-41)所检测的温度值T4进行诊断：当T4＞T4₀时，诊断为此时被监测带式输送机存在电机散热故障；否则，诊断为此时被监测带式输送机不存在电机散热故障；其中，T4₀为预先设定的电机机壳温度判断阈值且T4₀＝35℃～45℃；

步骤203、故障诊断结果输出：调用故障诊断结果输出模块，且根据步骤202中对此时被监测带式输送机是否存在打滑故障、撕裂故障、滚筒故障、冒烟故障、断带故障和电机故障分别进行诊断的诊断结果，输出此时被监测带式输送机的故障诊断结果，并对所输出的此时被监测带式输送机的故障诊断结果进行同步显示；

步骤204、预警判断：调用预警判断模块，且根据步骤203中输出的此时被监测带式输送机的故障诊断结果，判断此时是否需进行预警：当此时被监测带式输送机存在至少一种故障时，判断为此时被监测带式输送机存在故障，控制预警提示装置(2)进行报警提示；否则，判断为此时被监测带式输送机不存在故障。