一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统，上述的系统由大容量数据存储设备、采煤机电气主控制器、本质安全型振动加速度传感器、振动数据传输电缆、通信数据传输线及采煤机机载电源组成；通过此系统对煤矿井下采煤机实现机载长时间大容量记录其自身的各种运行状态参数的目的并且综合分析基于截割电机和牵引电机的电压、电流、温度、扭矩信息，并辅助分析摇臂振动信号、采煤机左右摇臂升降油缸压力、牵引电机速度信号，建立运用小波包分析振动信号的不同频段能量特征，运用概率统计样本分析截割电机工作参数的特征分布、多传感器信息融合技术综合建立不同煤岩性状数据库，实现基于采煤机电机参数的煤岩性状识别系统。
【专利说明】一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于采集机电设备工作状态参数的仪器及一种识别机电设备负载介质的方法，尤其是能用于煤矿井下采煤机识别截割煤岩性状的系统。
【背景技术】
[0002]煤矿井下大型采掘设备，是指为煤矿井下综采工作面使用的各种采煤机和综掘工作面使用的各种掘进机，是煤炭综合机械化生产中最为关键的大型设备。
[0003]在井下作业，工作环境恶劣，粉尘量大，能见度低，工作空间狭窄，极易偏离工作方向和造成机械设备的损耗，因此对设备性能要求较高。而煤炭生产是一个恶性事故频发的行业，事故死亡人数远远高于发达国家和世界平均事故死亡率。发展无人值守，最大程度上实现工作面的无人化，有助于提高生产过程的安全性，是煤矿机械发展的一个方向。
[0004]井下生产设备日趋大型化、高速化、自动化和智能化，年产煤量也逐年攀升，一旦出现设备故障，造成的损失也就更大，因此对系统的安全性、可靠性和有效性的要求也进一步提尚。
[0005]而采煤机识别截割煤岩性状的前提是获取采煤机的工作状态参数并进行状态监测。研制用在井下机电设备的机载大容量数据记录仪系统能够实时采集和记录该设备的各种工作状态参数，实现设备健康运行的实时工作状态参数的跟踪和记录，识别截割煤岩性状硬度。
[0006]煤层组织中含有成分不同的岩石和硬夹杂物，它们的含量、形状和物理一机械性质各异，加上煤层结构中有层理(沉积矿物中天然形成的分层面〉、节理(由各种地质力的作用而形成的剪切断裂面)等裂隙，所以使煤层各处的性质不同，即煤是一种非均质、各向异性的脆性物质。
[0007]硬度或坚固性是一种表示煤岩破碎难易程度的综合指标，它是煤岩体抵抗拉力、剪切、弯曲和热力等作用的综合表现。
[0008]硬度系数？表示煤岩的坚固性大小。是苏联学者普罗托季雅柯诺夫于1926年提出的，因此又称普氏系数。可以用捣碎法测量硬度系数，还可以采用计算普氏系数的其中一种方法，即根据煤岩的极限抗压强度幻近似确定。
[0009]我国用硬度系数来进行岩石分级和煤层分类。煤和软岩？ ( 4，中硬岩？ = 4?8，硬岩？彡8，最硬的岩石？达20 ；同时还规定迂? 1.5的煤为软煤4 = 1.5?3.0的煤为中硬煤，？ ^ 3的煤为硬煤。
[0010]研宄采煤机电机工作参数与煤岩硬度影响关系，其中，电机工作参数主要研宄截割电机与牵引电机工作参数，截割电机是滚筒执行旋转切割的动力来源，因此滚筒截割煤岩承受载荷将通过传动机构传递至截割电机，而滚筒所承受的沿采煤机行走方向的阻力同样影响牵引电机，除此之外采煤机左右摇臂的升降油缸的油压以及牵引电机的牵引速度也是重要衡量识别煤岩性状的关键参数。
[0011]进行煤矿井下采煤机多参数采集存储分析为识别截割煤岩性状的意义主要有:
[0012]于获取煤矿井下采煤机工作时的大量原始数据，为其识别煤岩性状和健康诊断的研宄提供了宝贵资料；
[0013]为煤矿井下采煤机自主截割功能实现的设计及完善提供了重要的参考数据和方法。
[0014]为煤矿井下安全生产的信息化，和最终的无人化的研宄积累最原始最基础的数据参考资料。
实用新型内容
[0015]本实用新型的主要目的在于，提供一种采煤机电机多参数采集记录系统，通过此系统对煤矿井下采煤机实现机载长时间大容量记录其自身的各种运行状态参数的要求并且综合分析基于截割电机和牵引电机的电压、电流、温度、扭矩信息，并辅助分析摇臂振动信号、采煤机左右摇臂升降油缸压力、牵引电机速度信号，建立运用小波包分析振动信号的不同频段能量特征，运用概率统计样本分析截割电机工作参数的特征分布、多传感器信息融合技术综合建立不同煤岩性状数据库，实现基于采煤机电机参数的煤岩性状识别系统。
[0016]基于采煤机电机参数的煤岩性状识别系统包括:大容量数据存储设备，采煤机电气主控制器、本质安全型振动加速度传感器、振动数据传输电缆、通信数据传输线，采煤机机载电源。
[0017]上述的一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统采集截割电机的电压、电流、温度、扭矩信息，以及牵引电机的电压、电流、温度、转速、转矩等信息，通过多传感器信息融合技术的主分量分析方法判断截割煤岩的硬度范围。
[0018]本实用新型是这样实现的:一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统，其组成由大容量数据存储设备、采煤机电气主控制器、本质安全型振动加速度传感器、振动数据传输电缆、通信数据传输线及采煤机机载电源组成。
[0019]本质安全型振动加速度传感器采集设备工作状态下的振动信号，并由其结构内的信号调理模块调理该振动信号。再由大容量数据存储设备内的数据采集卡接收经过调理后的振动信号，送至大容量数据存储设备内的嵌入式计算机主板，经处理存储至主机内的大容量固态硬盘中。采集设备的振动信号主要研宄意义在于:
[0020]可用于设备的状态监测和健康诊断；
[0021]可用于煤岩分界识别的研宄，长期以来该问题始终未能得到解决，是最终实现自动化无人综采工作面的技术瓶颈之一；
[0022]可用于设备载荷谱识别的研宄；
[0023]大容量数据存储设备通过其内部的嵌入式主板上的串口连接设备自身的控制单元，通过设定通讯数据协议，实现交互通讯，将设备自身控制单元采集的各个工作状态参数发送到大容量数据存储设备内的嵌入式计算机主板上，经处理，将数据存储在大容量数据存储设备内的大容量固态硬盘中。
[0024]由于本实用新型采用了以上的技术方案，所以具有以下优点:
[0025]1、一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统能够采集设备的各种工作状态参数信号，并对这些信号具有通信和存储功能。
[0026]2、一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统能够机载安装，实现长达一个月以上的跟踪记录设备的工作状态参数。
[0027]3、一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统在设备出现故障时能够通过该系统内的本安型振动加速度传感器采集并由主机记录设备的振动特征信号及设备自身工作状态参数，以便后续的处理和分析设备故障的原因。
[0028]4、一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统中的固态存储器采用固态非易失性存储器，在掉电后数据仍然不会丢失，其存储容量可以保存一个月以上的设备工作状态参数信息，这些信息可以复制到其他终端以便分析数据。
[0029]5、当采掘设备出现故障时，及时设备不升井，也可在不打开电控箱的情况下，导出记录仪记录的事故前最后一段时间的各种关键数据，用于分析事故原因，对于指导设备的现场抢修具有重要意义。
[0030]6、整个系统体积小，操作简单，自动控制；经济实用，社会和经济效益巨大。
[0031]本实用新型的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本实用新型系统结构示意图
[0033]图中:
[0034]1:大容量数据存储设备 2:嵌入式计算机主板
[0035]3:大容量固态硬盘4:串口通信模块
[0036]5:电机信息采集模块 6:油缸信息采集模块
[0037]7:牵引电机彳目息米集模块8:米煤机
[0038]9:振动信息采集模块
【具体实施方式】
[0039]为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统及方法的【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如下。
[0040]有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过【具体实施方式】的说明，当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。
[0041]本实用新型较佳实施例的一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统，如图1所示，由包括大容量数据存储设备，采煤机电气主控制器、本质安全型振动加速度传感器、振动数据传输电缆、通信数据传输线，采煤机机载电源组成。其中，
[0042]所述的大容量数据存储设备安装在采煤机自身的电控箱中，由电控箱中供电模块供电，提供24伏直流供电。该大容量数据存储设备由嵌入式计算机主板、串口通信模块、大容量固态硬盘紧凑组合而成，并对外提供多个通讯接口，完成数据的传输。所述的大容量数据存储设备提供的对外数据接口为串口通信模块和振动信号采集模块，通过该串口通信模块连接采煤机的电控箱中的主控单元，设定统一的数据通讯协议，在大容量数据存储设备和采煤机均开启后，即刻通过该串口通信模块完成数据的通信；通过振动信号采集模块对外连接本质安全型振动加速度传感器，采集经本质安全型振动加速度传感器信号调理模块调理后的设备关键部位振动信号。在设备上电开启时，大容量数据存储设备随即启动，其内部的用户程序启动运行，开始数据的采集和存储。
[0043]所述的嵌入式计算机主板，安装在大容量数据存储设备内，是既防高温又防高湿的低功耗的主板，可运等主流操作系统，也可运行X？ ￡111136(1(16(1或1111(10*8 02等具有掉电保护的嵌入式操作系统。该嵌入式计算机主板通过串口通信模块实现同采煤机通信。所述的串口通信模块为板载的1？3232作3485接口，通过1？3232作3485接口连接采煤机电控单元的串口通信模块，从而实现同机电设备通信，可挂载大容量存储设备。该嵌入式计算机主板是该系统的核心控制模块，运行嵌入式操作系统，通过运行开发的用户程序完成数据的采集和记录，记录的每条数据可精确至毫秒级别。
[0044]所述的振动信息采集模块，安装在大容量数据存储设备内，能够实现多通道采集，硬件可调的单双端信号输入，软件可调的采样频率，与主板旧8接口连接，并由该接口提供供电，实现高速采集振动加速度信号，并通过主板旧8接口将信号传入嵌入式计算机主板，并通过嵌入式计算机主板将振动加速度信号实时的存入大容量固态硬盘(3)中。
[0045]所述的大容量固态硬盘，其非易失性存储特性和抗振特性，能够保证稳定的实时的存储来自采煤机的振动信号和采煤机的状态信号，其大容量的存储空间能够完成长时间的存储这些信号。根据图1中的大容量固态硬盘的数据存储中，其存储的数据的一个实例是:将数据存储到文件⑶格式的文本文件中；将串口通信模块采集的数据存储到嵌入式数据库3亂1仏中，它主要设计用于嵌入式开发环境，不用安装，代码开源，最大支持218容量。建立的数据库有第三方软件提供可视化界面供查询和修改数据库。我们可以将该数据库的代码直接移植到我们自己的程序设计中。每条数据记录的基本条目包括:时间(年月日时分秒)，能够精确至毫秒；设备状态参数信息(电压、电流、振动加速度
[0046]所述的本质安全型振动加速度传感器，其本质安全特性可以使其在要求本质安全工作环境的采煤机上工作，一个实例是将本质安全型振动加速度传感器安装在井下煤矿设备的多个关键部位，在采煤机工作时，记录设备关键部位的振动特性。
[0047]所述的采煤机，它自身的机电设备电控箱中的主控单元通过采集自身的截割电机和牵引电机的电压、电流、温度、转矩、转速，油缸传感器等的信号，将其作为设备自身工作状态参数传输到大容量数据存储设备中处理和记录。
[0048]如上所述是本实用新型的基本构思。但是，在本实用新型的【技术领域】内，只要具备最基本的知识，可以对本实用新型的其他可操作的实施例进行改进。在本实用新型中对实质性技术方案提出了专利保护请求，其保护范围应包括具有上述技术特点的一切变化方式。
[0049]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种基于采煤机电机多参数的煤岩性状识别系统，其特征在于其由由大容量数据存储设备、采煤机电气主控制器、通信数据传输线及采煤机机载电源组成；其中，所述的大容量数据存储设备安装在采煤机的电控箱内，通过串口通信模块与采煤机电控单元的串口连接，并由采煤机机载电源供电；在大容量数据存储设备内安装有: 嵌入式计算机主板，接收处理采集到的各种数据；所述的嵌入式计算机主板通过发送指令要求串口通信模块将信息传输给采煤机，采煤机串口通信模块接受指令并将截割和牵引电机的电压、电流、温度、转矩、转速信息以及油缸信息等传输至大容量数据存储设备大容量固态硬盘，作为存储设备记录数据；所述的大容量固态硬盘为非易失性，可重复读写，抗震性能好的存储设备。
【文档编号】E21C39/00GK204163728SQ201420607889
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】杨健健, 吴淼, 李旭, 姜海, 赵国瑞, 周剑锋, 赵新赢, 吉晓冬, 杨子贤 申请人:中国矿业大学(北京)