本文關(guān)鍵詞：基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井主排水設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及壽命管理系統(tǒng)的開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文是山西省科技重大專項(xiàng)“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)(No:20131101029)”的重要子課題之一,也是橫向課題晉煤集團(tuán)科技攻關(guān)項(xiàng)目“礦井主排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)(No.20100819-2)”的繼承和延續(xù)。本文主要針對(duì)目前我國礦井主排水設(shè)備自動(dòng)化程度不高,主排水泵磨損故障頻發(fā)、無法給出系統(tǒng)健康狀況評(píng)價(jià)等問題而提出的。礦井主排水設(shè)備是煤礦安全排水的重要保障,其運(yùn)行健康狀態(tài)直接影響煤礦井下的安全生產(chǎn)。目前,我國大多數(shù)礦井的主排水設(shè)備自動(dòng)化程度不高,主要依賴于人工操作完成井下排水任務(wù)。而且井下工況環(huán)境惡劣,礦井主排水設(shè)備輸送流體介質(zhì)復(fù)雜,其中含有大量物理和化學(xué)磨損因子,導(dǎo)致礦井主排水泵易出現(xiàn)葉輪磨損等故障,嚴(yán)重威脅井下排水工作的正常進(jìn)行。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是目前各個(gè)行業(yè)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一,我國也推出了大量的政策扶持物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用。煤礦作為我國能源的支柱行業(yè)也順時(shí)而動(dòng),大范圍的應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決煤礦安全生產(chǎn)等問題。因此,應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井主排水設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)早期礦井主排水泵機(jī)械磨損,對(duì)潛在的礦井主排水泵失效故障進(jìn)行診斷、預(yù)警,并綜合評(píng)定其剩余壽命,為設(shè)備的維修和更換提供合理建議,最大程度降低礦井主排水設(shè)備維修成本,提高煤礦井下排水系統(tǒng)的可靠性和安全性,對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)有著至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文深入分析了目前我國煤礦物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r及研究動(dòng)態(tài),總結(jié)了我國煤礦物聯(lián)網(wǎng)研究的最新成果,同時(shí)也指出了我國煤礦物聯(lián)網(wǎng)存在的不足,即偏重于煤礦物聯(lián)網(wǎng)的“網(wǎng)絡(luò)層”的研究,忽略煤礦井下實(shí)際生產(chǎn)情況,導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)“感知層”和“應(yīng)用層”的研究發(fā)展緩慢�；谏鲜銮闆r,本文提出了我國煤礦物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)下發(fā)展的重點(diǎn)應(yīng)在全面感知設(shè)備狀態(tài)的基礎(chǔ)上,將現(xiàn)有煤礦井下有線環(huán)網(wǎng)與無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合做到數(shù)據(jù)可靠傳輸,深入挖掘全礦山人員、設(shè)備、環(huán)境等大數(shù)據(jù)信息,實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)和效益最優(yōu)化�；谏鲜鏊枷�,本文根據(jù)煤礦井下主排水設(shè)備排水工藝流程,設(shè)計(jì)了基于PLC的礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng),并根據(jù)礦井主排水設(shè)備故障特征,布置了礦井主排水設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測傳感器,設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)“感知層”;在井下以太環(huán)網(wǎng)的架構(gòu)上設(shè)計(jì)了基于OPC的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享機(jī)制,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)可靠傳輸;設(shè)計(jì)了基于LabVIEW和MATLAB的上位機(jī)應(yīng)用軟件,搭建物聯(lián)網(wǎng)“應(yīng)用層”平臺(tái),實(shí)現(xiàn)全面感知礦井主排水設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息,為后續(xù)的礦井主排水設(shè)備壽命管理打下基礎(chǔ)。提出了基于離心泵特性曲線的礦井主排水泵壽命評(píng)價(jià)指標(biāo),應(yīng)用自回歸滑動(dòng)平均模型(ARMA),實(shí)現(xiàn)礦井主排水泵剩余壽命評(píng)估,并給出了基于離心泵數(shù)學(xué)模型的仿真分析結(jié)果,驗(yàn)證了算法的可行性。研究了基于振動(dòng)信號(hào)和電信號(hào)多數(shù)據(jù)參量的礦井主排水泵故障診斷方法,提出了基于局部均值分解(LMD)的礦井主排水泵葉輪磨損振動(dòng)信號(hào)特征量提取方法。同時(shí)應(yīng)用派克變換電流平方模頻譜解決了礦井主排水泵葉輪磨損電流信號(hào)特征量被基波淹沒問題。結(jié)合振動(dòng)和電流信號(hào)故障特征數(shù)學(xué)模型給出了仿真分析,驗(yàn)證LMD算法和派克變換可以有效提取礦井主排水泵故障特征量,實(shí)現(xiàn)礦井主排水泵故障診斷。設(shè)計(jì)了基于雙循環(huán)測量隔離管路的礦井主排水設(shè)備加速壽命試驗(yàn)平臺(tái),為在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行礦井主排水泵實(shí)物故障仿真試驗(yàn)打下基礎(chǔ)。并提出了雙循環(huán)的管路結(jié)構(gòu),解決了試驗(yàn)平臺(tái)管路堵塞和傳感器磨損等問題。在試驗(yàn)平臺(tái)上,對(duì)離心泵進(jìn)行了人工葉輪磨損破壞試驗(yàn),測定了其振動(dòng)、電流和特性曲線等試驗(yàn)數(shù)據(jù),并應(yīng)用算法進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明:LMD算法可以有效提取葉輪磨損振動(dòng)信號(hào)故障特征量,實(shí)現(xiàn)礦井主排水泵故障診斷。電信號(hào)經(jīng)過派克變換可以解決基波淹沒問題,應(yīng)用頻段能量計(jì)算規(guī)則可以有效診斷礦井主排水泵葉輪磨損故障。
【關(guān)鍵詞】：煤礦物聯(lián)網(wǎng) 礦井主排水 壽命管理 剩余壽命預(yù)測 局部均值分解
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD636;TN929.5;TP391.44
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題的研究背景和意義11-13
• 1.2 煤礦物聯(lián)網(wǎng)研究概況13-19
• 1.2.1 國外煤礦物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 國內(nèi)煤礦物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀15-19
• 1.3 本文研究目標(biāo)及主要研究內(nèi)容19-21
• 第二章 基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享的礦井主排水狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)21-41
• 2.1 礦井主排水系統(tǒng)組成21-27
• 2.1.1 礦井主排水系統(tǒng)21-24
• 2.1.2 礦井主排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造方案24-27
• 2.2 礦井主排水設(shè)備常見故障及特征參量確定27-30
• 2.2.1 礦井主排水設(shè)備常見故障27-29
• 2.2.2 礦井主排水設(shè)備故障特征參量29-30
• 2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)30-39
• 2.3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井主排水設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)功能30-31
• 2.3.2 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31-33
• 2.3.3 物聯(lián)網(wǎng)感知層設(shè)計(jì)33-34
• 2.3.4 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)34-36
• 2.3.5 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層設(shè)計(jì)36-39
• 2.4 本章小節(jié)39-41
• 第三章 基于ARMA模型的礦井主排水泵壽命預(yù)測研究41-59
• 3.1 PHM概述41-44
• 3.1.1 PHM定義41-42
• 3.1.2 PHM技術(shù)框架42-44
• 3.1.3 礦井主排水設(shè)備PHM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)44
• 3.2 礦井主排水泵基本結(jié)構(gòu)44-48
• 3.2.1 礦井主排水泵基本結(jié)構(gòu)45
• 3.2.2 礦井主排水泵特性曲線45-47
• 3.2.3 礦井主排水泵壽命預(yù)測指標(biāo)47-48
• 3.3 基于ARMA模型的礦井主排水泵壽命預(yù)測48-52
• 3.3.1 ARMA模型時(shí)間序列分析方法概述48-49
• 3.3.2 基于ARMA的礦井主排水泵壽命預(yù)測模型49-52
• 3.4 仿真分析52-56
• 3.4.1 礦井主排水泵特性曲線建模52-54
• 3.4.2 礦井主排水泵剩余壽命預(yù)測仿真分析54-56
• 3.5 本章小節(jié)56-59
• 第四章 基于多信號(hào)融合的礦井主排水泵故障診斷研究59-71
• 4.1 礦井主排水泵葉輪故障及特征量選取59-62
• 4.1.1 礦井主排水泵葉輪磨損機(jī)理分析59-60
• 4.1.2 礦井主排水泵葉輪磨損故障特征參量60-62
• 4.2 基于LMD分解的葉輪磨損振動(dòng)信號(hào)特征量提取方法62-66
• 4.2.1 LMD分解基本原理62-64
• 4.2.2 LMD在礦井主排水泵葉輪磨損故障中的應(yīng)用64-65
• 4.2.3 仿真分析65-66
• 4.3 基于定子電流模平方的葉輪磨損故障診斷研究66-69
• 4.3.1 礦井主排水泵葉輪磨損電流信號(hào)分析66-69
• 4.3.2 派克變換和電流模平方信號(hào)模型69
• 4.4 本章小節(jié)69-71
• 第五章 礦井主排水泵加速壽命試驗(yàn)平臺(tái)研制71-89
• 5.1 礦井主排水泵加速壽命試驗(yàn)原理71-73
• 5.1.1 加速壽命可行性理論分析71-72
• 5.1.2 磨損因子材料選型72-73
• 5.2 加速壽命試驗(yàn)平臺(tái)管路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73-75
• 5.2.1 礦井主排水泵特性曲線測量原理73
• 5.2.2 基于雙循環(huán)測量隔離管路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73-75
• 5.3 試驗(yàn)平臺(tái)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)75-85
• 5.3.1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)75-76
• 5.3.2 傳感器選型與布局76-80
• 5.3.3 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)80-82
• 5.3.4 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)82-85
• 5.4 加速壽命試驗(yàn)平臺(tái)試驗(yàn)流程85-87
• 5.4.1 離心泵初始性能測定85-86
• 5.4.2 加速壽命試驗(yàn)86-87
• 5.5 本章小節(jié)87-89
• 第六章 試驗(yàn)及結(jié)果分析89-103
• 6.1 礦井主排水泵健康狀態(tài)參數(shù)測量89-94
• 6.1.1 離心泵及電機(jī)型號(hào)89-90
• 6.1.2 健康狀態(tài)下離心泵振動(dòng)信號(hào)分析90-92
• 6.1.3 健康狀態(tài)下離心泵電流信號(hào)分析92-94
• 6.2 礦井主排水泵人工故障葉輪制備94-95
• 6.3 葉輪磨損振動(dòng)信號(hào)試驗(yàn)結(jié)果分析95-98
• 6.4 葉輪磨損電流信號(hào)試驗(yàn)結(jié)果分析98-101
• 6.5 本章小節(jié)101-103
• 第七章 結(jié)論與展望103-105
• 7.1 研究結(jié)論103-104
• 7.2 工作展望104-105
• 參考文獻(xiàn)105-111
• 致謝111-113
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果113

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本文編號(hào)：267119