基于神经网络优化的采煤机嵌入式故障诊断系统

摘要

我国是一个煤炭大国,煤炭产量居世界第一,采煤机作为综采工作面的关键设备之一,是提高煤矿机械化的必要设备,但是由于其工作环境十分恶劣并且结构十分复杂,再加上煤层的多变性,经常性的过载都会给采煤机带来很多损害,甚至产生故障,从而带来巨大的经济损失或事故。因此,就需要对采煤机进行在线故障诊断,及时发现故障并对其进行处理,来减少不必要的经济损失,保障工作人员的安全。
　　随着科技的进步与发展,嵌入式系统逐渐发展成熟,并在很多领域都得到了广泛的应用,其中数字信号处理芯片( DSP)的发展尤为突出,在航空航天、汽车导航、便携设备以及工业控制等领域都有很广泛的应用。TI公司研制的数字信号处理芯片TMS320F28335芯片就常用于工业控制和故障监测。
　　本文主要研究开发了大功率电牵引采煤机的嵌入式故障诊断系统,该系统以TMS320F28335为核心芯片,并扩展搭建了合理的外围电路,使其成为一个完备的硬件系统,在软件方面采用CCS与 MATLAB联合编程的方法,缩减了开发时间,并实现了A/D采样、FIR滤波、FFT变换、SD卡存储、特征值提取以及粗糙集—神经网络故障识别与诊断等功能,最后还设计了RS232-RS485转换电路与相应的软件系统,实现了DS P与P LC的串口通信,最终实现了嵌入式在线故障诊断系统。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 采煤机故障诊断技术的方法

1.3 采煤机故障诊断技术的国内外研究现状

1.4 本文的主要内容与结构

2 采煤机的原理及测点选择

2.1 采煤机的结构及工作原理

2.2 采煤机的故障判断

2.3 故障测点及传感器的选取

2.4采煤机齿轮箱故障特性及振动信号分析

2.5本章小结

3 DSP芯片及其开发软件

3.1 DSP的发展及其选型

3.2 开发软件

3.3 本章小结

4 硬件电路模块

4.1 电源管理模块电路

4.2 信号调整电路

4.3 SD卡电路

4.4 SCI接口电路

4.5 RS-232转RS-485转换电路

4.6 外扩存储器电路

4.7 整体硬件电路

4.8本章小结

5系统软件设计与实现

5.1软件系统流程

5.2软件算法步骤

5.3 A/D模数转换算法的实现

5.4 FFT-FIR算法的实现

5.5粗糙集-神经网络故障诊断的实现

5.7本章小结

6 基于RS485的通信系统设计

6.1 DSP的通信串口RS232

6.3 RS485与RS232的比较与选择

6.4 DSP与PLC通信的实现

6.5上位机显示界面设计

6.6本章小结

7 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢