一种基于STFT-CNN的矿井通风机异常诊断系统的制作方法

本发明涉及矿井通风机异常诊断，具体为一种基于stft-cnn的矿井通风机异常诊断系统。

背景技术：

1、矿井通风机是井下重要工作设备之一，而矿井通风是矿井安全生产的重要保障，通风状况直接影响到井下工人的生命安全和生产效率经济效益。

2、目前对于矿井下的环境通风情况，一般会定期分配工作人员进行通风检查，检查人员会根据自己的经验和对通风机相关的知识对通风机进行逐一排查，这种检测方式不仅需要花费大量的时间、物力和人力而且对于检测出的异常情况比较单一和片面，无法做到对矿井通风机异常情况进行全面和精确的检测。

3、为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有的对矿井通风机异常诊断的方式较为单一和片面，无法对矿井通风机异常诊断进行准确的监测分析和预警提示，且无法确定通风机电气运行情况以及出现故障情况，导致通风状况异常直接影响到井下工人的生命安全和生产效率经济效益，通过数据分析的方式分别对矿井通风机电气运行状态和矿井通风机损坏程度以及矿井通风机cnn通风运行状态进行了准确的监测分析，并通过触发相应的控制操作，来进行预警提示，从而实现了对矿井通风机的全面异常诊断，而提出一种基于stft-cnn的矿井通风机异常诊断系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、本发明为一种基于stft-cnn的矿井通风机异常诊断系统，包括服务器，服务器通信连接有数据采集单元、动力设施电气诊断单元、主体设施损坏诊断单元、cnn通风运行状态诊断单元、异常诊断控制单元和显示终端；

4、所述数据采集单元用于采集矿井通风机电气运行状态信息以及矿井通风机损坏程度状态信息和矿井通风机cnn通风运行状态信息，并将其通过服务器发送到动力设施电气诊断单元、主体设施损坏诊断单元和cnn通风运行状态诊断单元；

5、所述动力设施电气诊断单元用于接收矿井通风机电气运行状态信息并进行电气运行状态分析处理，据此得到重度预警信号、中度预警信号和轻度预警信号并将其发送到异常诊断控制单元；

6、所述主体设施损坏诊断单元用于接收矿井通风机损坏程度状态信息并进行损坏程度状态分析处理，据此得到重损反馈信号、中损反馈信号和轻损反馈信号并将其发送到异常诊断控制单元；

7、所述cnn通风运行状态诊断单元用于接收矿井通风机cnn通风运行状态信息并进行cnn通风运行状态分析处理，据此得到通风正常信号和通风异常信号，将得到的通风异常信号发送到异常诊断控制单元；

8、所述异常诊断控制单元用于接收动力设施电气诊断单元直接发送的重度预警信号和通过服务器发送的中度预警信号和轻度预警信号，用于接收主体设施损坏诊断单元直接发送的重损反馈信号和通过服务器发送的中损反馈信号和轻损反馈信号，用于接收cnn通风运行状态诊断单元发送的通风异常信号，并进行异常数据调控分析处理，据此触发一级检修指令、k1报警指令、f1报警检修指令、f2报警检修指令和f3报警检修指令，并将其发送到显示终端进行相对应的操作处理。

9、进一步的，电气运行状态分析处理，具体操作过程如下：

10、监测一段时间内矿井通风机电气运行状态信息中的停电次数、过热预警次数和电气故障次数，将其标定为npo、now和nef并将其进行归一化处理，依据公式：npem＝npo×e1+now×e2+nef×e3，得到电气运行系数npem，其中e1、e2和e3分别表示为停电次数、过热预警次数和电气故障次数的修正因子，且e3＞e2＞e1，修正因子用于修正各项参数在公式计算过程中出现的偏差，从而使得计算更加准确的参数数据，具体修正因子的设置由本领域技术人员根据实际情况合理设置；

11、以时间为横坐标，以电气运行系数为纵坐标，并据此建立二维电气动态坐标系，并将一段时间内计算得到的电气运行系数通过描点的方式绘制在二维电气动态坐标系上；

12、获取一段时间内各电气运行系数跟原点之间在二维电气动态坐标系上的斜率值，设置电气运行参照斜率阈值，将电气运行斜率值与设定的电气运行参照斜率阈值进行对比分析，当电气运行斜率值大于或小于设定的电气运行参照斜率阈值时，则将电气运行状态判定为异常运行形态，统计被判定为异常运行形态的数量，并将与一段时间内电气运行状态总判定数量进行占比计算，依据公式：得到电气运行异常波动值nk，其中q1，q2为权重系数，且q2＞q1，权重系数用于均衡各项数据在公式计算中的占比权重，从而促进计算结果的准确性，具体权重系数的设置由本领域技术人员根据实际情况合理设置；

13、设置电气运行异常波动阈值为nzd，将电气运行异常波动值与电气运行异常波动阈值进行比较，当电气运行异常波动值大于电气运行异常波动阈值时，则生成重度预警信号，当电气运行异常波动值等于电气运行异常波动阈值时，则生成中度预警信号，异常波动值小于电气运行异常波动阈值时，则生成轻度预警信号。

14、进一步的，损坏程度状态分析处理，具体操作过程如下：

15、监测一段时间内矿井通风机损坏程度状态信息中的粉尘量值、过载量值和振动量值，并分别标定为fece、guza和zedo，依据公式：suh＝fece*u1+guza*u2+zedo*u3，得到损坏程度系数suh，其中u1、u2和u3分别表示为粉尘量值、过载量值和振动量值的权重系数，且u1＞u2＞u3，权重系数用于均衡各项数据在公式计算中的占比权重，从而促进计算结果的准确性，具体权重因子的设置由本领域技术人员根据实际情况合理设置；

16、设置损坏程度系数的三个损坏梯度对比区间，分别为第一梯度损坏区间tdsh1、第二梯度损坏区间tdsh2和第三梯度损坏区间tdsh3，且tdsh1＝atdsh2＝2atdsh3，其中，tdsh1＞tdsh2＞tdsh3，a表示梯度的倍数，且a的具体数值的设定由本领域技术人员在具体矿井通风机实例中进行具体设置；

17、当损坏程度系数处于预设的第一梯度损坏区间tdsh1时，则生成重损反馈信号，当损坏程度系数处于预设的第二梯度损坏区间tdsh2时，则生成中损反馈信号，当损坏程度系数处于预设的第三梯度损坏区间tdsh3时，则生成轻损反馈信号。

18、进一步的，cnn通风运行状态分析处理，具体操作过程如下：

19、获取一段时间内矿井中的空气密度值，并将其标定为kmi，并将各时间点的空气密度值进行均值分析，依据公式：得到均值空气密度值fkm，其中，i表示一段时间内的各时间监测点，且i＝1，2，3……n1；

20、获取一段时间内矿井中的瓦斯含量值，并将各时间点的瓦斯含量值进行均值分析，得到均值瓦斯含量值fws，监测每个时间点的瓦斯含量值标记为wsi，并将其与均值瓦斯含量值进行差值分析，ybi＝|wsi-fws|，得到瓦斯含量偏差值ybi；其中，i表示一段时间内的各时间监测点，且i＝1，2，3……n1；

21、以一段时间内矿井中的气流量值为纵坐标，以一段时间为横坐标，据此建立气流量动态坐标系，并将一段时间内矿井中的气流值通过描点的方式绘制在气流量动态坐标系上并得到气流量折线，统计气流量折线与对应水平线之间为45度夹角的气流量值并标定为fqlz，依据公式：得到气流量平稳值，其中，fql表示在气流量动态坐标系上0度到90度之间的气流量值，z表示气流量折线与对应水平线之间为45度夹角的各气流量值对应的时间点，且z＝1,2,3……k，θ1表示权重系数，用于均衡各项数据在公式计算中的占比权重，从而促进计算结果的准确性，具体权重系数的设置由本领域技术人员根据实际情况合理设置；

22、将一段时间内矿井通风机cnn通风运行状态信息中的均值空气密度值、瓦斯含量偏差值和气流量平稳值，依据公式：得到cnn通风量系数wqk，其中，r表示一段时间内各子时间段，且r＝1,2,3,……o，λ1、λ2和λ3分别为空气密度值、瓦斯含量值和气流量值的修正因子，且λ1＜λ2＜λ3，修正因子用于修正各项参数在公式计算中出现的偏差，从而使得计算更加准确的参数数据，具体修正因子的设置由本领域技术人员根据实际情况合理设置；

23、设置cnn通风量的阈值为ttf，将cnn通风量的系数与cnn通风量的阈值进行对比分析，当cnn通风量的系数大于或等于cnn通风量的阈值时，则生成通风正常信号，当cnn通风量的系数小于cnn通风量的阈值时，则生成通风异常信号。

24、进一步的，异常数据调控分析处理，具体操作过程如下：

25、当接收到动力设施电气诊断单元发送的重度预警信号时，则触发一级检修指令，并将一级检修指令发送至显示终端，当显示终端接收到一级检修指令时，则将在设定的a1时间段内指派维修人员前往进行维修操作；

26、当接收到主体设施损坏诊断单元发送的重损反馈信号时，则触发k1报警指令，并将k1报警指令发送至显示终端，当显示终端接收到k1报警指令时，则需要在b1时间段内迅速将矿井内人员进行疏散；

27、依据cnn通风运行状态诊断单元中生成的通风异常信号，调取动力设施电气诊断单元中的中度预警信号和轻度预警信号以及主体设施损坏诊断单元中的中损反馈信号和轻损反馈信号；

28、当同时捕捉到中度预警信号和中损反馈信号时，则触发f1报警检修指令，并将f1报警检修指令发送至显示终端，当显示终端接收到f1报警检修指令时，则需要在q1时间段内迅速将矿井内人员进行疏散并将在设定的w1时间段内指派维修人员前往进行维修操作；

29、当同时捕捉到中度预警信号和轻损反馈信号或轻度预警信号和中损反馈信号时，则触发f2报警检修指令，并将f2报警检修指令发送至显示终端，当显示终端接收到f2报警检修指令时，则需要在q2时间段内迅速将矿井内人员进行疏散并将在设定的w2时间段内指派维修人员前往进行维修操作；

30、当同时捕捉到轻度预警信号和轻损反馈信号时，则触发f3报警检修指令，并将f3报警检修指令发送至显示终端，当显示终端接收到f3报警检修指令时，则需要在q3时间段内迅速将矿井内人员进行疏散并将在设定的w3时间段内指派维修人员前往进行维修操。

31、本发明的有益效果是：

32、本发明，通过监测一段时间内矿井通风机电气运行状态信息中的停电次数、过热预警次数和电气故障次数并将其代入公式进行计算分析，依据数据对比和阈值比较的方式进行电气运行状态分析从而实现了对矿井通风机出现电气异常时能及时发出预警指令通知维修人员进行维修；

33、通过监测一段时间内矿井通风机损坏程度状态信息中的粉尘量值、过载量值和振动量值并将其代入公式进行计算分析，依据设置的梯度对比区间进行分析处理从而实现了对矿井通风机出现损坏时进行分析，根据损坏程度发出不同级别的报警指令通知矿井人员进行撤离，保障了井下工人的生命安全和生产效率；

34、通过获取一段时间内矿井通风机cnn通风运行状态信息中的均值空气密度值、瓦斯含量偏差值和气流量平稳值并将其的代入公式进行计算分析，依据数据处理、角度分析和阈值比较等方式进行分析处理从而实现了对矿井通风机cnn通风运行出现异常时进行分析，依据通风量情况对矿井通风机进行精确的检测为检测工作人员提供了便利保障了经济效益；

35、采用对通风异常数据分析的方式对电气运行状态和通风机损坏状态进行了再次分析处理，并为矿井通风机异常情况诊断提供了强有力的支撑，进而给矿井通风机异常情况进行了全面精确的检测。