一种地面设备感知系统的制作方法

本发明涉及煤矿设备监测设备技术领域，特别是涉及一种适用于煤矿的地面设备感知系统。

背景技术：

近年来，随着煤矿企业设备结构大型化以及自动化程度的显著提高，对设备的可靠性和安全性的要求也越来越高。各个大型煤矿企业也一直致力于提高生产现场管理手段的科技含量和水平，探索设备控制远程化、运行无人化、设备监控科学化的目标。其中一个很重要的课题就是研究煤矿大型关键机组设备的状态监测，及时发现安全隐患，提前预计、及时报警，如何从传统的计划检修向状态预知检修方向的转变。

一方面，实施设备感知状态监测和故障分析技术不仅涉及到设备的维护方面，它对改善设备全寿命周期内各个环节的工作，包括设计、制造、安装、维护、检修以及备件及设备管理等，都提供了科学的、指导性的依据。

另一方面，故障分析技术作为现代化设备管理的重要组成部分，是设备管理与维修管理必不可少的手段。在市场竞争日益激烈的今天，设备维修成本的控制和降低是企业最可挖掘的潜力之一。因此，应用故障技术，使状态预知维修取代传统而落后的故障维修和定期预防维修是历史的必然。

技术实现要素：

本发明提供了一种地面设备感知系统。

本发明提供了如下方案：

一种地面设备感知系统，包括：

多个振动采集单元，所述振动采集单元包括多个传感器、采集器、数据交换机以及瞬态数据分析单元；多个所述传感器与采集器电连接，所述采集器与所述数据交换机电连接，所述数据交换机与所述瞬态数据分析单元电连接；

中央服务器，所述中央服务器与所述瞬态数据分析单元电连接；

其中，多个所述传感器安装于待监测设备易振动部件检测点处，所述待监测设备至少包括压风机、扇风机以及主、副提升机，多个所述传感器包括多个转速传感器和\或多个加速度传感器；所述采集器用于通过多个所述传感器获得待监测设备易振动部件的振动监测数据；所述数据交换机用于将所述振动监测数据转换后传输给所述瞬态数据分析单元；所述瞬态数据分析单元用于将所述振动监测数据进行分析以及处理获得数据的特征信号，并将所述特征信号周期性的传输给所述中央服务器。

优选的：所述瞬态数据分析单元包括intelbaytrailj1900/e3845双核1.4g低功耗处理器芯片以及内置2g内存和64g存储容量。

优选的：所述压风机为双螺杆压风机或单螺杆压风机，多个所述传感器包括多个加速度传感器；所述检测点包括电机非驱动端垂直检测点、电机非驱动端水平检测点、电机非驱动端轴向检测点、电机驱动端垂直检测点、电机驱动端水平检测点、增速齿轮轴承垂直检测点、增速齿轮轴承水平检测点、螺杆轴承垂直检测点、螺杆轴承水平检测点。

优选的：所述压风机为多台，多台所述压风机各自包含的加速度传感器分别与独立的采集器相连。

优选的：所述扇风机包括1号电机、2号电机、3号电机以及4号电机，多个所述传感器包括多个加速度传感器；所述检测点包括1号电机轴承垂直检测点、1号电机轴承水平检测点、2号电机轴承垂直检测点、2号电机轴承水平检测点、3号电机轴承垂直检测点、3号电机轴承水平检测点、4号电机轴承垂直检测点、4号电机轴承水平检测点。

优选的：所述主、副提升机包括电动机、联轴器、轴承、滚筒、制动器、上天轮以及下天轮，多个所述传感器包括多个转速传感器以及多个加速度传感器；所述检测点包括电动机垂直检测点、电动机侧轴承垂直检测点、电动机侧轴承水平检测点、电动机侧轴承轴向检测点、滚筒侧轴承垂直检测点、滚筒侧轴承水平检测点、滚筒侧轴承轴向检测点、联轴器检测点、上天轮左轴承垂直检测点、上天轮右轴承垂直检测点、下天轮轴承垂直左检测点以及下天轮轴承垂直右检测点；其中，所述电动机垂直检测点、电动机侧轴承垂直检测点、电动机侧轴承水平检测点、电动机侧轴承轴向检测点、滚筒侧轴承垂直检测点、滚筒侧轴承水平检测点、滚筒侧轴承轴向检测点、联轴器检测点均用于设置转速传感器，所述上天轮左轴承垂直检测点、上天轮右轴承垂直检测点、下天轮轴承垂直左检测点以及下天轮轴承垂直右检测点均用于设置加速度传感器。

优选的：所述转速传感器包括低频振动传感器以及激光健相传感器；所述电动机垂直检测点、电动机侧轴承垂直检测点、电动机侧轴承水平检测点、电动机侧轴承轴向检测点、滚筒侧轴承垂直检测点、滚筒侧轴承水平检测点、滚筒侧轴承轴向检测点均用于设置所述低频振动传感器，所述联轴器检测点用于设置激光健相传感器。

优选的：所述低频振动传感器为0.4～0.6赫兹频率的低频振动传感器。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种地面设备感知系统，在一种实现方式下，该系统可以包括多个振动采集单元，所述振动采集单元包括多个传感器、采集器、数据交换机以及瞬态数据分析单元；多个所述传感器与采集器电连接，所述采集器与所述数据交换机电连接，所述数据交换机与所述瞬态数据分析单元电连接；中央服务器，所述中央服务器与所述瞬态数据分析单元电连接；其中，多个所述传感器安装于待监测设备易振动部件检测点处，所述待监测设备至少包括压风机、扇风机以及主、副提升机，多个所述传感器包括多个转速传感器和\或多个加速度传感器；所述采集器用于通过多个所述传感器获得待监测设备易振动部件的振动监测数据；所述数据交换机用于将所述振动监测数据转换后传输给所述瞬态数据分析单元；所述瞬态数据分析单元用于将所述振动监测数据进行分析以及处理获得数据的特征信号，并将所述特征信号周期性的传输给所述中央服务器。本申请提供的地面设备感知系统，集成了传感器技术、信号处理、计算机应用、专家系统等技术的高科技应用产品。系统通过连续在线监测旋转机械运行振动参数，及时了解机组的运行状况，为事故征兆的预诊断提供重要的数据资料，对已发生的故障进行快速的诊断分析，及时指出故障原因，提醒运行人员采取必要的措施，为机组的安全运行提供可靠的保障。此外可通过系统的严密监测和诊断分析，判断旋转机械有无异常或故障趋势。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的一种地面设备感知系统的连接框图；

图2是本发明实施例提供的压风机测点布局图；

图3是本发明实施例提供的扇风机测点布局图；

图4是本发明实施例提供的主、副提升机测点布局图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1、图2、图3、图4，为本发明实施例提供的一种地面设备感知系统，如图1所示，该系统包括多个振动采集单元，所述振动采集单元包括多个传感器、采集器、数据交换机以及瞬态数据分析单元；多个所述传感器与采集器电连接，所述采集器与所述数据交换机电连接，所述数据交换机与所述瞬态数据分析单元电连接；

中央服务器，所述中央服务器与所述瞬态数据分析单元电连接；

其中，多个所述传感器安装于待监测设备易振动部件检测点处，所述待监测设备至少包括压风机、扇风机以及主、副提升机，多个所述传感器包括多个转速传感器和\或多个加速度传感器；所述采集器用于通过多个所述传感器获得待监测设备易振动部件的振动监测数据；所述数据交换机用于将所述振动监测数据转换后传输给所述瞬态数据分析单元；所述瞬态数据分析单元用于将所述振动监测数据进行分析以及处理获得数据的特征信号，并将所述特征信号周期性的传输给所述中央服务器。

进一步的，所述瞬态数据分析单元包括intelbaytrailj1900/e3845双核1.4g低功耗处理器芯片以及内置2g内存和64g存储容量。

进一步的，所述压风机为双螺杆压风机或单螺杆压风机，多个所述传感器包括多个加速度传感器；所述检测点包括电机非驱动端垂直检测点、电机非驱动端水平检测点、电机非驱动端轴向检测点、电机驱动端垂直检测点、电机驱动端水平检测点、增速齿轮轴承垂直检测点、增速齿轮轴承水平检测点、螺杆轴承垂直检测点、螺杆轴承水平检测点。所述压风机为多台，多台所述压风机各自包含的加速度传感器分别与独立的采集器相连。

进一步的，所述扇风机包括1号电机、2号电机、3号电机以及4号电机，多个所述传感器包括多个加速度传感器；所述检测点包括1号电机轴承垂直检测点、1号电机轴承水平检测点、2号电机轴承垂直检测点、2号电机轴承水平检测点、3号电机轴承垂直检测点、3号电机轴承水平检测点、4号电机轴承垂直检测点、4号电机轴承水平检测点。

进一步的，所述主、副提升机包括电动机、联轴器、轴承、滚筒、制动器、上天轮以及下天轮，多个所述传感器包括多个转速传感器以及多个加速度传感器；所述检测点包括电动机垂直检测点、电动机侧轴承垂直检测点、电动机侧轴承水平检测点、电动机侧轴承轴向检测点、滚筒侧轴承垂直检测点、滚筒侧轴承水平检测点、滚筒侧轴承轴向检测点、联轴器检测点、上天轮左轴承垂直检测点、上天轮右轴承垂直检测点、下天轮轴承垂直左检测点以及下天轮轴承垂直右检测点；其中，所述电动机垂直检测点、电动机侧轴承垂直检测点、电动机侧轴承水平检测点、电动机侧轴承轴向检测点、滚筒侧轴承垂直检测点、滚筒侧轴承水平检测点、滚筒侧轴承轴向检测点、联轴器检测点均用于设置转速传感器，所述上天轮左轴承垂直检测点、上天轮右轴承垂直检测点、下天轮轴承垂直左检测点以及下天轮轴承垂直右检测点均用于设置加速度传感器。所述转速传感器包括低频振动传感器以及激光健相传感器；所述电动机垂直检测点、电动机侧轴承垂直检测点、电动机侧轴承水平检测点、电动机侧轴承轴向检测点、滚筒侧轴承垂直检测点、滚筒侧轴承水平检测点、滚筒侧轴承轴向检测点均用于设置所述低频振动传感器，所述联轴器检测点用于设置激光健相传感器。所述低频振动传感器为0.4～0.6赫兹频率的低频振动传感器。

本技术方案是根据现场机组的技术特点，提供旋转机械设备状态在线监测系统完整解决方案，并提供配套硬件，技术和工程服务等。系统基于水泵的结构特点，结合机组常见故障机理和特点，充分运用计算机技术、现代信号处理技术和internet技术,结合dam9210-10、dam9210-16采集器和tdp9100瞬态数据分析模块。具有稳定可靠、数据准确、故障分析功能强大等特点。系统整体框架如图1所示。

振动采集单元是专门针对设备振动、转速、温度、电流等状态信号进行采集的高性能分析模块。它采用当前国际最先进的计算阶次跟踪算法。(cot,computationordertrackingalgorithm)对设备振动信号进行采集，分析和计算。模块采用dsp+fpga架构，fpga保证接入的振动和转速信号高速同步采集，dsp利用其超强的计算能力，实时对信号计算阶次跟踪分析。

瞬态数据分析单元tdp9100(transientdataanalysisprocessor)采用intelbaytrailj1900/e3845双核1.4g低功耗处理器芯片。内置2g内存和64g存储容量，强大的处理能力可以同时对上百个振动测点进行信号分析。tdp9100带有双网卡结构，也是整个fiehms(设备健康管理系统)架构中的通讯网关模块，它一方面链接设备层，一方面与中央服务器链接。tdp9100通过以太网或者串口采集设备层振动、电机电流、温度、流量等信号，并对数据进行分析和处理，最后将数据的特征信号再周期性上传给中央服务器进行存储。通过tdp9100将庞大的振动原始数据分析功能下放到设备层，在设备网络层进行边缘计算，大大减轻企业主环网和中央服务器的压力。

螺杆压风机测点布置

一个完整的双螺杆压缩机组包括原动机(电动机)、传动机构(联轴器)和双螺杆压缩机。这样整个机组就包含轴承、齿轮、螺杆、电机转子等较多易产生振动的部件，因此在机组振动频谱中多夹杂这些部件产生的正常振动频率或异常频率。由于振动监测是对机械设备进行状态监测和故障诊断最常用的监测方法，因此通过振动监测实现对双螺杆压缩机组的诊断，需要提取和分析常见故障的振动频谱。双螺杆压缩机组的振动测点布置图如图2以及表1所示。根据双螺杆压缩机组的结构及多年的经验总结出压缩机常见且故障频率容易混杂的故障形式包括：轴承故障、电机转子条故障、齿轮故障、螺杆故障等。压风机设备属于转速基本恒定的设备，所以不再安装转速传感器，设备分析时选用模拟键相来分析。

表1压风机测点布置

扇风机测点布置

煤矿主扇风机是由三相异步电动机通过联轴器连接，传递运动和转矩的。就其系统的整体故障而言，有系统电气故障，风机机械故障以及电动机机械故障。本申请方案根据现场实际情况以及要求主要分析和诊断主扇风机概率相对多发的机械故障。风机机械故障主要集中在轴承部分以及旋转部分。其中旋转部分的核心部件就是转子，研究表明风机故障的60％与转子系统产生的不对中故障有关，而旋转部分的故障约有30％是由轴承引起的。风机轴承部分的故障根据其组成结构，主要可以分为内圈模块故障、外圈模块故障、滚动体模块故障等：风机旋转部分故障主要表现在转子不对中，不平衡，喘振，部件松动等方面故障。风机振动故障诊断的有效性，与这几种故障的机理分析密切相关。振动测点布置图如图3以及表2所示。

表2扇风机测点布置

主(副)提升机测点布置

一个完整的主(副)提升机组包括原动机(电动机)、传动机构(联轴器)和轴承、滚筒以及制动器组成。这样整个机组就包含轴承、电机、联轴器、电机转子等较多易产生振动的部件，因此在机组振动频谱中多夹杂这些部件产生的正常振动频率或异常频率。由于振动监测是对机械设备进行状态监测和故障诊断最常用的监测方法，因此通过振动监测实现对主提升机的诊断，需要提取和分析常见故障的振动频谱。

主(副)提升机测点布置图如图4以及表3所示。由于电机转速最大不超过57转/分，选用激光传感器进行转速测量，振动传感器选用0.5hz左右低频振动传感器。

表3主(副)提升机测点布置

本申请提供的地面设备感知系统，集成了传感器技术、信号处理、计算机应用、专家系统等技术的高科技应用产品。系统通过连续在线监测旋转机械运行振动参数，及时了解机组的运行状况，为事故征兆的预诊断提供重要的数据资料，对已发生的故障进行快速的诊断分析，及时指出故障原因，提醒运行人员采取必要的措施，为机组的安全运行提供可靠的保障。此外可通过系统的严密监测和诊断分析，判断旋转机械有无异常或故障趋势。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。