本課題是山西省科技重大專項“基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦重大生產(chǎn)裝備狀態(tài)監(jiān)測及全壽命周期管理系統(tǒng)開發(fā)”的重要子課題之一,項目編號:20131101029,是針對現(xiàn)有的膠帶輸送機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)功能不全面、可靠性低以及自動化、智能化程度不高等問題提出來的。煤礦井下膠帶輸送機長期工作在高速和重載的狀態(tài)下,運轉(zhuǎn)過程中容易發(fā)生輸送帶打滑、跑偏、滾筒超溫、機頭堆煤、輸送帶縱向撕裂、斷帶以及電機、減速器、滾筒等的故障,若不能及時發(fā)現(xiàn)并處理,將對企業(yè)財產(chǎn)和人員安全造成嚴重威脅。目前國外生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)存在價格昂貴、維修不便以及與國內(nèi)的系統(tǒng)存在兼容性和可拓展性差等問題,國內(nèi)生產(chǎn)的膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)存在故障誤報率高、一部膠帶輸送機有多套相互獨立的監(jiān)測保護系統(tǒng)、信息重復(fù)采集、操作不方便等問題,對煤礦井下技能素質(zhì)本就不高的操作工人來說,在空間狹小、環(huán)境惡劣的井下操作起來異常困難。此外,盡管國內(nèi)外開發(fā)的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)基本的功能都能實現(xiàn),采集的數(shù)據(jù)量也很大,但是缺乏對監(jiān)測數(shù)據(jù)的深入挖掘,沒有綜合運用先進的故障診斷技術(shù),建立故障診斷模型,充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的價值。針對上述不足,本文開發(fā)了一套可靠性高、功能全面、數(shù)據(jù)利用率高、通訊協(xié)議規(guī)范、可拓展性好、自動化程度高的膠帶輸送機監(jiān)測監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)。本文深入分析了膠帶輸送機常見故障的機理,并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研情況以及現(xiàn)有監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的不足,制定了系統(tǒng)的技術(shù)指標和總體方案。根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)指標和總體方案,確定了系統(tǒng)的監(jiān)測與控制量和系統(tǒng)的組成:監(jiān)測主機、沿線管理模塊、語音報警模塊、I/O模塊、各配電控制模塊(A~H)、PLC、下位機模塊、擴音電話模塊、沿線急停模塊、終端采集模塊。明確了各模塊的功能,設(shè)計了并制作了各功能模塊的硬件電路,并編寫了各功能模塊對應(yīng)的軟件程序�；贚abVIEW軟件平臺開發(fā)了后臺程序,并設(shè)計了輸送機主控窗口、組合配電箱主控窗口、急停位置窗口、接線詳情、歷史記錄、膠帶機參數(shù)設(shè)置、組合配電箱參數(shù)設(shè)置和操作介紹等人機界面,系統(tǒng)具備良好的人機交互功能。此外,分析了膠帶輸送機關(guān)鍵部件故障的故障機理,研究了降噪、故障特征提取、智能識別等信號處理方法,制定了故障診斷的整體方案,編寫了相關(guān)數(shù)據(jù)處理、特征提取和故障識別程序,設(shè)計了故障診斷人機界面,實現(xiàn)了膠帶輸送機關(guān)鍵部件故障的在線診斷。為檢驗系統(tǒng)的功能,首先,單獨測試了各模塊硬件電路和軟件程序的功能。然后,在實驗室搭建了實驗系統(tǒng),利用閉鎖開關(guān)模擬了開關(guān)量傳感器和開關(guān)量反饋信號,利用信號發(fā)生器輸出200~1000Hz頻率信號模擬了頻率量傳感器的輸出,利用直流電源輸出0~5V直流電壓模擬了模擬量傳感器輸出信號。最后,在實驗系統(tǒng)平臺上檢驗了系統(tǒng)的狀態(tài)實時監(jiān)測顯示、啟�？刂�、語音報警、數(shù)據(jù)采集、通信、參數(shù)設(shè)置、自動地址分配、故障定位等功能。測試結(jié)果表明:所設(shè)計的系統(tǒng)各項功能正常,滿足預(yù)期設(shè)計要求。為進一步檢驗系統(tǒng)在實際使用環(huán)境下的各項功能以及系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性,設(shè)計制作了各設(shè)備外殼并組裝,按實際傳感器種類和數(shù)量接入各種傳感器,沿線設(shè)備通過礦用8芯拉力屏蔽電纜串行連接,現(xiàn)場搭建了實際的實驗系統(tǒng)。在現(xiàn)場搭建的實驗平臺上測試了通信距離、電源帶載能力以及狀態(tài)監(jiān)測、軟啟動、自動張緊、故障定位、參數(shù)設(shè)置等功能。針對實驗中暴露出的問題與不足,通過查閱相關(guān)文獻和技術(shù)資料,完善了系統(tǒng)軟件程序,改進了各模塊硬件電路,優(yōu)化了系統(tǒng)人機界面,經(jīng)過多次的改進與調(diào)試,最終圓滿完成了現(xiàn)場試驗。試驗結(jié)果表明:該系統(tǒng)實現(xiàn)了膠帶輸送機的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)與組合配電系統(tǒng)、關(guān)鍵部件故障診斷系統(tǒng)的融合,系統(tǒng)綜合化信息化程度高、功能全面、操作方便、可靠性和自動化程度高,達到了預(yù)期的設(shè)計要求和實際使用要求。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD528.1
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景和意義
    1.2 課題國內(nèi)外研究動態(tài)
        1.2.1 膠帶輸送機監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展和研究現(xiàn)狀
        1.2.2 故障診斷技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展和研究現(xiàn)狀
    1.3 本課題研究目標及主要內(nèi)容
第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計
    2.1 膠帶輸送機的結(jié)構(gòu)
    2.2 膠帶輸送機主要故障的故障機理分析及監(jiān)測與控制量的確定
        2.2.1 主要故障的故障機理分析
        2.2.2 系統(tǒng)監(jiān)測及控制量的確定
    2.3 系統(tǒng)設(shè)計要求
    2.4 系統(tǒng)總體方案設(shè)計
    2.5 系統(tǒng)技術(shù)指標
    2.6 本章小結(jié)
第三章 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計
    3.1 系統(tǒng)主要器件選型
        3.1.1 監(jiān)測主機選型
        3.1.2 CPU選型
        3.1.3 傳感器的選型與配置
        3.1.4 本安電源選型
    3.2 系統(tǒng)主要控制單元設(shè)計
        3.2.1 主控制器
        3.2.2 組合配電單元
        3.2.3 膠帶輸送機主控模塊
        3.2.4 皮帶沿線控制模塊
    3.3 系統(tǒng)主要控制單元硬件電路設(shè)計
        3.3.1 DC-DC變換電路設(shè)計
        3.3.2 信號采集調(diào)理電路設(shè)計
        3.3.3 通信電路設(shè)計
        3.3.4 語音報警系統(tǒng)電路設(shè)計
    3.4 本章小結(jié)
第四章 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    4.1 系統(tǒng)關(guān)鍵功能設(shè)計
        4.1.1 地址自動分配方法
        4.1.2 故障定位工作方法
        4.1.3 組合配電單元工作方法
        4.1.4 單部膠帶輸送機運行控制流程
    4.2 人機界面程序設(shè)計
        4.2.1 人機界面開發(fā)環(huán)境
        4.2.2 人機界面通信程序設(shè)計
        4.2.3 組合配電箱參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計
        4.2.4 數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計
    4.3 人機界面設(shè)計
        4.3.1 主控窗口界面設(shè)計
        4.3.2 急停詳情窗口界面設(shè)計
        4.3.3 故障記錄窗口界面設(shè)計
        4.3.4 接線圖表窗口界面設(shè)計
        4.3.5 參數(shù)設(shè)置窗口界面設(shè)計
    4.4 本章小結(jié)
第五章 故障診斷方法的研究
    5.1 礦用膠帶輸送機故障診斷的整體方案
    5.2 驅(qū)動滾筒軸承振動信號降噪
        5.2.1 相關(guān)算法原理
        5.2.2 基于EEMD和 FastICA的振動信號降噪方法
        5.2.3 實驗驗證
    5.3 基于IMF-BSSM-SV的特征信息提取方法
    5.4 模式識別方法
    5.5 礦用膠帶輸送機軸承的故障診斷實驗
        5.5.1 軸承振動信號的源數(shù)估計
        5.5.2 軸承振動信號的特征信息提取
        5.5.3 礦用膠帶輸送機軸承的故障診斷
    5.6 故障診斷界面設(shè)計
    5.7 本章小結(jié)
第六章 系統(tǒng)試驗與調(diào)試
    6.1 實驗室調(diào)試
        6.1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計制作與調(diào)試
        6.1.2 語音報警系統(tǒng)的調(diào)試
        6.1.3 系統(tǒng)關(guān)鍵功能調(diào)試
        6.1.4 系統(tǒng)整體調(diào)試
    6.2 現(xiàn)場調(diào)試的前期準備
        6.2.1 設(shè)備外殼的設(shè)計與制作
        6.2.2 系統(tǒng)接線圖表的繪制
        6.2.3 試驗平臺的搭建
    6.3 現(xiàn)場調(diào)試
        6.3.1 組合配電系統(tǒng)調(diào)試
        6.3.2 電源帶載能力測試
        6.3.3 通訊距離測試
        6.3.4 急停功能測試
        6.3.5 系統(tǒng)驗收
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 研究結(jié)論
    7.2 工作展望
參考文獻
致謝
作者在攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果

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3 郭有a

本文編號：2832241