一种应用在采煤机瞬态检测的自动保护预警装置及方法与流程

本发明涉及采煤机技术领域，尤其涉及一种应用在采煤机瞬态检测的自动保护预警装置及方法。

背景技术：

矿井下采煤机切割头作业时，经常会碰到液压支护前探顶梁或其它坚硬铁矿石等，此时煤机切割头上的截齿非常容易损坏，井道支护铁架和主电机也会受到一定损伤，从而会影响安全性能和采煤效率。目前针对这个问题，主要采用监控主电机线圈电流大小的方法来间接判断是否切割异常，电流值一般采用常规互感线圈检测，这种检测方式存在速度慢、精度差等明显缺点，最终达到的保护效果较低。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种应用在采煤机瞬态检测的自动保护预警装置，包括：电流传感器，振动传感器以及fpga单元；

电流传感器和振动传感器分别与fpga单元连接；fpga单元与采煤机plc模块连接；

电流传感器设置在采煤机切割电机动力线上，电流传感器用于感应切割电机动力线的电流值，并将感应的电流值传输给fpga单元；

振动传感器靠近采煤机切割头设置，振动传感器用于感应采煤机切割头的振动量，并将感应的振动量传输给fpga单元；

fpga单元用于获取采煤机切割头的振动量阈值以及切割电机动力线的电流阈值，将接收的电流值与电流阈值进行比对，还将接收的振动量与振动量阈值进行比对；

当接收的电流值超出电流阈值，或接收的振动量超出振动量阈值，或接收的电流值和振动量均超出阈值时，向采煤机plc模块发出报警信息。

优选地，电流传感器包括：罗氏线圈和电流采集积分器；罗氏线圈环绕在采煤机切割电机动力线上，当动力线上流过电流时，罗氏线圈感应出的电流经过电流采集积分器被采集，采集的电流值传输至fpga单元。

优选地，采煤机设置有多个切割电机，每个切割电机均设置有电流传感器；

采煤机设置有多个切割头，每个切割头均设置有振动传感器；

fpga单元还用于当采煤机的任一切割电机动力线的电流值超出阈值时，向采煤机plc模块发出报警信息；

当采煤机的任一切割头的振动量超出阈值时，向采煤机plc模块发出报警信息。

优选地，fpga单元采用can2.0通讯方式与采煤机plc模块通信连接。

优选地，fpga单元包括：fpga处理器，ad转换器，电源模块以及通信模块；

fpga处理器通过ad转换器分别与电流传感器和振动传感器连接；

fpga处理器通过通信模块与采煤机plc模块通信连接；

电源模块用于给fpga单元内部模块供电，并将供的电压进行交直转换，变压以及稳压。

优选地，振动传感器采用ks74c10型号传感器。

一种应用在采煤机瞬态检测的自动保护预警方法，方法包括：

电流传感器感应切割电机动力线的电流值，并将感应的电流值传输给fpga单元；

振动传感器感应采煤机切割头的振动量，并将感应的振动量传输给fpga单元；

fpga单元获取采煤机切割头的振动量阈值以及切割电机动力线的电流阈值；

fpga单元将接收的电流值与电流阈值进行比对，还将接收的振动量与振动量阈值进行比对；

当接收的电流值超出电流阈值，或接收的振动量超出振动量阈值，或接收的电流值和振动量均超出阈值时，向采煤机plc模块发出报警信息。

优选地，方法还包括：

罗氏线圈环绕在采煤机切割电机动力线上，当动力线上流过电流时，罗氏线圈感应出的电流经过电流采集积分器被采集，采集的电流值传输至fpga单元。

优选地，方法还包括：

fpga单元获取采煤机plc模块发出的采煤机启动信号；

fpga单元判断采煤机切割电机动力线上是否有感应的电流值；

当fpga单元接收到采煤机切割电机动力线上的电流值时，将接收的电流值与电流阈值进行比对，判断是否超阈值；

如果超出阈值，向采煤机plc模块发出电流超阈值报警信息；

当采煤机plc模块在预设时长内持续接收到超出阈值信息时，采煤机plc模块控制切割电机停止运行。

优选地，方法还包括：

如果采煤机切割电机动力线上的电流值未超出阈值，切割电机启动运行，振动传感器感应采煤机切割头的振动量，并将感应的振动量传输给fpga单元；

fpga单元将接收的振动量与振动量阈值进行比对；如果超出阈值，向采煤机plc模块发出振动量超阈值报警信息；

当采煤机plc模块在预设时长内持续接收到超出阈值信息时，采煤机plc模块控制切割电机停止运行。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明中，电流传感器采用柔性罗氏线圈电流检测，具有检测精度高、速度快等优势，可很好地实现对割煤电机瞬态冲击电流的有效检测，振动传感器感应煤机工作时机身主体的振动频率以及振动强度，并将其按特定比例转换为模拟电压信号。本发明具有检测精度高、振动量程大、频率高等优势，可很好地实现对煤机工作状态中的振动强度以及振动频率的实时监测，一旦出现超阈值状况，能够及时发出提醒报警，避免故障扩大，影响采煤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为应用在采煤机瞬态检测的自动保护预警装置示意图；

图2为应用在采煤机瞬态检测的自动保护预警装置实施例示意图；

图3为应用在采煤机瞬态检测的自动保护预警装置实施例示意图。

具体实施方式

本发明提供一种应用在采煤机瞬态检测的自动保护预警装置，如图1所示，包括：电流传感器1，振动传感器2以及fpga单元3；

电流传感器1和振动传感器2分别与fpga单元3连接；fpga单元3与采煤机plc模块4连接；

电流传感器1设置在采煤机切割电机动力线13上，电流传感器1用于感应切割电机动力线的电流值，并将感应的电流值传输给fpga单元3；

振动传感器2靠近采煤机切割头设置，振动传感器2用于感应采煤机切割头的振动量，并将感应的振动量传输给fpga单元3；

fpga单元3用于获取采煤机切割头的振动量阈值以及切割电机动力线的电流阈值，将接收的电流值与电流阈值进行比对，还将接收的振动量与振动量阈值进行比对；

当接收的电流值超出电流阈值，或接收的振动量超出振动量阈值，或接收的电流值和振动量均超出阈值时，向采煤机plc模块4发出报警信息。

这里所描述的技术可以实现在硬件，软件，固件或它们的任何组合。所述的各种特征为模块，单元或组件可以一起实现在集成逻辑装置或分开作为离散的但可互操作的逻辑器件或其他硬件设备。在一些情况下，电子电路的各种特征可以被实现为一个或多个集成电路器件，诸如集成电路芯片或芯片组。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

本发明提供的实施例中，如图2所示，电流传感器1包括：罗氏线圈11和电流采集积分器12；罗氏线圈11环绕在采煤机切割电机15动力线13上，当动力线上流过电流时，罗氏线圈11感应出的电流经过电流采集积分器12被采集，采集的电流值传输至fpga单元3。

本发明提供的实施例中，如图3所示，采煤机9设置有多个切割电机，每个切割电机均设置有电流传感器1；采煤机设置有多个切割头，每个切割头均设置有振动传感器2；fpga单元3还用于当采煤机的任一切割电机动力线的电流值超出阈值时，向采煤机plc模块4发出报警信息；当采煤机的任一切割头的振动量超出阈值时，向采煤机plc模块4发出报警信息。

fpga单元3采用can2.0通讯方式与采煤机plc模块4通信连接。fpga单元3包括：fpga处理器6，ad转换器5，电源模块8以及通信模块7；fpga处理器6通过ad转换器5分别与电流传感器1和振动传感器2连接；fpga处理器6通过通信模块7与采煤机plc模块4通信连接；电源模块8用于给fpga单元3内部模块供电，并将供的电压进行交直转换，变压以及稳压。振动传感器2采用ks74c10型号传感器。

计算机可读介质的计算机程序产品可以形成一部分，其可以包括包装材料。数据的计算机可读介质可以包括计算机存储介质，诸如随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，非易失性随机存取存储器(nvram)，电可擦可编程只读存储器(eeprom)，闪存，磁或光学数据存储介质，和类似物。在一些实施例中，一种制造产品可包括一个或多个计算机可读存储媒体。

所述代码或指令可以是软件和/或固件由处理电路包括一个或多个处理器执行，如一个或多个数字信号处理器(dsp)，通用微处理器，特定应用集成电路（asics），现场可编程门阵列(fpga)，或者其它等价物把集成电路或离散逻辑电路。因此，术语“处理器，”由于在用于本文时可以指任何前述结构或任何其它的结构更适于实现的这里所描述的技术。另外，在一些方面，本公开中所描述的功能可以提供在软件模块和硬件模块。

系统采用分别实时探测瞬态电流数据和采煤机身振动量数据，采用fpga为核心的主控单元，对电流曲线与振动曲线相结合的特殊算法，使得采煤机切割头碰到支护铁架或其它坚硬铁矿石时能有效的自动保护预警效果。

本发明还提供一种应用在采煤机瞬态检测的自动保护预警方法，方法包括：

电流传感器感应切割电机动力线的电流值，并将感应的电流值传输给fpga单元；

振动传感器感应采煤机切割头的振动量，并将感应的振动量传输给fpga单元；

fpga单元获取采煤机切割头的振动量阈值以及切割电机动力线的电流阈值；

fpga单元将接收的电流值与电流阈值进行比对，还将接收的振动量与振动量阈值进行比对；

当接收的电流值超出电流阈值，或接收的振动量超出振动量阈值，或接收的电流值和振动量均超出阈值时，向采煤机plc模块发出报警信息。

方法可能以许多方式来实现本发明的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本方法中，罗氏线圈环绕在采煤机切割电机动力线上，当动力线上流过电流时，罗氏线圈感应出的电流经过电流采集积分器被采集，采集的电流值传输至fpga单元。

本方法中，fpga单元获取采煤机plc模块发出的采煤机启动信号；

fpga单元判断采煤机切割电机动力线上是否有感应的电流值；

当fpga单元接收到采煤机切割电机动力线上的电流值时，将接收的电流值与电流阈值进行比对，判断是否超阈值；

如果超出阈值，向采煤机plc模块发出电流超阈值报警信息；

当采煤机plc模块在预设时长内持续接收到超出阈值信息时，采煤机plc模块控制切割电机停止运行。

方法还包括：如果采煤机切割电机动力线上的电流值未超出阈值，切割电机启动运行，振动传感器感应采煤机切割头的振动量，并将感应的振动量传输给fpga单元；

fpga单元将接收的振动量与振动量阈值进行比对；如果超出阈值，向采煤机plc模块发出振动量超阈值报警信息；

当采煤机plc模块在预设时长内持续接收到超出阈值信息时，采煤机plc模块控制切割电机停止运行。

方法中电流传感器感应两个煤机切割电机工作动力线上的瞬态电流，并将其按特定比例转换为模拟电压信号。本实施方式中，电流传感器采用柔性罗氏线圈电流检测，具有检测精度高、速度快等优势，可很好地实现对割煤电机瞬态冲击电流的有效检测，所述的振动传感器用于感应煤机工作时机身主体的振动频率以及振动强度，并将其按特定比例转换为模拟电压信号。本实施方式中，振动传感器采用ks74c10型号传感器，其采用德国mmf超高频工业级加速度传感器检测方式，具有检测精度高、振动量程大、频率高等优势，可很好地实现对煤机工作状态中的振动强度以及振动频率的实时监测。

当动力线上流过电流时，罗氏线圈感应出的电流经过电流采集积分器被采集，振动传感器放置于采煤机电控箱内，内置高灵敏高量程加速度传感器，当采煤机工作时，产生的机械运动加速度就被内置的加速度传感器感知，然后反应到振动量，fpga放置于电控箱，实时采集两个电流传感器和振动传感器信号，采用电流曲线与振动曲线相结合的方法，综合判断出采煤机切割头的工作状态，同时采用can2.0通讯方式与plc信号交互，达到及时保护采煤机切割头的效果。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。