矿井提升机监测与故障诊断系统研究

摘要

矿井提升机作为煤矿生产的主要提升运输设备，直接关系到矿业生产的经济效益，其安全性更是关乎到矿工及其它作业人员生命安全，具有“矿井之咽喉”的重要地位。随着生产的需求及技术的发展，提升机系统的自动化程度越来越高，其结构也越来越复杂，若得不到较好的使用和维护，加之工作运行所处环境特殊、恶劣，很大程度上增大了系统发生故障的概率。为防止系统故障可能导致的重大经济损失和人身安全事故的发生，对提升机系统进行运行状态监测，及故障诊断预警报警等，有着非常重要的实用意义。
　　本文中，将虚拟仪器技术应用到矿井提升机系统的监测和故障诊断，设计研发出一套基于LabVIEW的运行监测和故障诊断系统，该系统具有系统管理、参数设置、运行监测和故障诊断和人机界面等功能，并对其中运行监测、故障诊断等关键部分程序进行详细设计分析。设计的系统硬件包括:各种信号传感器、信号调理装置、数据采集卡、监控计算机、PLC及电机、减速器、主轴等被监测控制对象。针对设计安装性能需要，选择各检测传感器类型、数据采集卡型号，设计信号调理电路及其它设备选型等工作。
　　文中对提升机系统的运动学模型进行分析，对钢绳张力及平衡进行算法分析，并根据实际经验及《煤矿安全规程》的要求，设计制定了各被监测参数及其安全阈值标准。
　　采用神经网络模式识别的故障诊断算法，设计了基于BP神经网络集成的提升机故障诊断系统，对各诊断子网、融合决策系统的结构进行了设计及训练。
　　最后，通过搭建LabVIEW实验平台，进行相关实验，以MATLAB和RecurDyn工具软件为辅助，测试分析本文所设计的提升机监测诊断系统的相关性能。实验表明，本文设计的提升机监测及故障诊断系统基本满足设计功能要求，具有参数实时监测显示及故障诊断等功能，性能较好，可满足实际生产需要。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 研究现状及发展趋势

1．2．1 提升机监测与故障诊断技术研究现状

1．2．2 提升机监测与故障诊断技术的发展趋势

1．3 论文主要研究内容及意义

1．3．1 论文主要内容

1．3．2 论文研究的意义

1．4 本章小结

2 矿井提升机监测与故障诊断系统总体设计

2．1 系统的功能要求及结构示意图设计

2．2 硬件系统总体方案

2．2．1 传感器的设计和选择

2．2．2 数据采集卡的选型

2．2．3 信号调理电路设计

2．2．4 信号采集无线传输模块

2．2．5 其它部分

2．3 点对多点井下无线通讯设计

2．4 系统抗干扰设计及措施

2．5 本章小结

3 系统故障诊断算法的实现

3．1 常见故障形式及分析

3．1．1 常见事故分析

3．1．2 故障形式代码编制

3．2 提升机运动学模型分析

3．3 张力不平衡分析及主动式平衡算法

3．3．1 张力不平衡分析及措施

3．3．2 主动式张力平衡算法

3．4 其它参数及测试方法

3．5 故障诊断BP神经网络集成

3．5．1 BP神经网络集成概述

3．5．2 BP神经网络集成子网组建原则

3．5．3 提升拖动系统子网建立

3．5．4 故障决策融合

3．6 本章小结

4 软件系统开发设计

4．1 系统功能

4．2 软件系统整体设计

4．3 软件系统主要模块设计

4．3．1 运行监视模块

4．3．2 故障诊断模块

4．3．3 张力平衡监测诊断模块

4．3．4 其它模块

4．4 本章小结

5 实验及结果分析

5．1 钢绳张力实验分析

5．2 提升拖动系统故障诊断实验分析

5．2．1 提升拖动系统BP子网训练和测试实验分析

5．2．2 提升拖动系统决策融合方案验证分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

参考文献

附录

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果