一种多感融合的煤矿大型电机故障诊断系统

摘要

本发明涉及一种多感融合的煤矿大型电机故障诊断系统，所述系统包括多源信息监测节点、多源信息汇聚节点和上位机监控中心。多源信息监测节点包括采集单元和处理单元，采集单元利用声音传感器、振动传感器，电流互感器等采集大型电机运转时的多源信息，并通过微处理器间的串口将多源信息传递给处理单元，用以分析处理并提取特征信息，经NB‑IoT模块将特征信息发送到多源信息汇聚节点；多源信息汇聚节点通过WiFi模块将特征信息发送到上位机监控中心；上位机监控中心对上传的电机特征信息进行展示。本发明能够实时诊断煤矿大型电机健康状况，保证煤矿大型电机的高效运行，也可以实现煤矿少人、无人化生产的安全理念。

说明书

技术领域

本发明涉及物联网应用技术领域和电机监测技术领域，具体是一种多感融合的煤矿大型电机故障诊断系统。

背景技术

随着煤矿生产设备机械化、智能化水平的不断提高，煤矿大型电机在煤矿安全生产中发挥着越来越重要的作用，例如通风机、胶带运输机、提升机等大型关键设备在煤矿的高效生产中占据着重要地位，但是煤矿大型设备的非计划停机也给煤矿安全生产带来安全隐患。煤矿各类大型设备运转的核心是大型电机，由于煤矿生产环境恶劣，大型设备中的大型电机均满足防爆要求，这在一定程度上也增加了大型电机的故障诊断难度。

目前，对煤矿大型电机故障诊断主要是通过单一振动传感器或电流互感器采集电机工作时的相关信息，再对采集到的信息分析处理，并上传到数据监控界面中，由工作人员不间断的查看数据变化。这种对大型电机故障检测的方式，不仅无法获得电机工作时其他参数的重要信息，而且容易引起工作人员精神疲劳，忽略重要数据；另一方面，为避免人员误闯，造成的安全事故，在煤矿大型设备周围安装护栏，并不能起到提示作用。

为此，需要一种多感融合的煤矿大型电机故障诊断系统来解决以上问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种多感融合的煤矿大型电机故障诊断系统，该系统利用声音传感器、振动传感器、电流互感器、红外测距传感器和温度传感器实时采集电机工作时的多源信息，以串口通信的方式将多源信息传递给处理单元，处理单元分析处理后得到特征信息，再经NB-IoT模块将得到的特征信息传输到多源信息汇聚节点，汇聚节点通过WiFi模块将特征信息压缩并打包发送给上位机监控中心。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

一种多感融合的煤矿大型电机故障诊断系统具体是由多源信息监测节点、多源信息汇聚节点和上位机监控中心组成。多源信息监测节点包括采集单元和处理单元，采集单元包括：声音传感器、振动传感器、电流互感器、温度传感器、红外测距传感器、第一微处理器和第一电源模块；处理单元包括：第二微处理器、第一存储器、蜂鸣器、第一NB-IoT模块和第二电源模块；多源信息汇聚节点包括第三微处理器、第三电源模块、第二NB-IoT模块、WiFi模块和第二存储器。多源信息监测节点中的采集单元与处理单元之间以串口的方式完成数据传递，多源信息监测节点通过NB-IoT模块将处理后得到的特征信息传输给多源信息汇聚节点，多源信息汇聚节点将接收的特征信息数据进行打包并压缩，经过WiFi模块发送到上位机监控中心，上位机监控中心对上传的数据进行展示。

所述的多源信息监测节点中，包括采集单元与处理单元，采集单元中的微处理器控制声音传感器、振动传感器、电流互感器和温度传感器实时采集电机工作时的声音信息、振动信息、电流信息和温度信息，同时，采集单元中的微处理器控制红外测距传感器实时采集电机运行时周边是否有人以及人员与电机的距离信息，声音传感器、振动传感器、电流互感器、温度传感器和红外测距传感器相应引脚通过导线与微处理器的I/O口相连接，电源模块通过导线为声音传感器、振动传感器、电流互感器、温度传感器、红外测距传感器和微处理器供电，采集单元收集的数据经过UART串口传递给处理单元；处理单元中的微处理器控制存储器存储采集单元采集的多源信息并对信息数据进行分析处理，微处理器控制蜂鸣器用于在人员靠近电机时进行语音报警，微处理器控制NB-IoT模块将处理分析得到的特征信息发送给多源信息汇聚节点。处理单元中的存储器、蜂鸣器和NB-IoT模块的相应引脚通过导线与微处理器的I/O口相连接，而电源模块也是通过导线给微处理器、存储器、蜂鸣器和NB-IoT模块供电。

所述的多源信息汇聚节点中，微处理器控制NB-IoT模块接收多源信息监测节点中处理单元分析得到的特征信息，微处理器控制存储器存储多源信息监测节点中处理单元分析得到的特征信息，并将其打包压缩成数据包，微处理器控制WiFi模块实时传输处理后的特征信息数据包；NB-IoT模块、存储器和WiFi模块相应引脚通过导线与微处理器的I/O口相连接，电源模块通过导线为微处理器、存储器和WiFi模块供电，处理后的特征信息数据包通过WiFi模块发送到上位机监控中心。

所述的上位机监控中心通过WiFi无线网络接收多源信息汇聚节点的特征信息数据包，并将其展示在上位机显示界面，来获得当前电机运行时的状况信息。

本发明现有技术相比，其有益效果体现在：

1、采用多感融合技术，通过多种传感器采集电机工作时的多源信息，并对多源信息处理分析，作为电机是否发生故障的依据。特别是增加声音传感器采集电机工作时的声音信息，不仅与振动传感器采集到的振动信息形成信息互补，增加了电机工作时的信息量，而且采用声音传感器采集电机工作时的声音信息不受安装空间的约束。

2、采用电流互感器，一方面可以保证数据的唯一性，为采集到的电机在不同工作状态下的多源信息打上标签；另一方面在电机同一工作状态下，作为电机故障诊断中多源信息的一部分。

3、电机工作时，为减少因人员靠近电机造成的安全事故，采用红外测距传感器，不仅可以实时检测是否有人员出现，也可以测量人员与的电机的距离。根据设置的阈值触发蜂鸣器提醒人员远离电机。

附图说明

图1为本发明的系统工作原理图。

图2为本发明中多源信息监测节点的采集单元结构图。

图3为本发明中多源信息监测节点的处理单元结构图。

图4为本发明中多源信息汇聚节点结构图。

其中，图2中：1-声音传感器，2-振动传感器，3-电流互感器，4-红外测距传感器，5-温度传感器，601-第一微处理器，701-第一电源模块。图3中：8-蜂鸣器，901-第一存储器，1001-第一NB-IoT模块，602-第二微处理器，702-第二电源模块。图4中：11-WiFi模块，1002-第二NB-IoT模块，902-第二存储器，603-第三微处理器，703-第三电源模块。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步解释说明。

如图1所示，本发明的一种多感融合煤矿大型电机故障诊断系统的工作流程图，该系统由多源信息监测节点、多源信息汇聚节点和上位机监控中心构成，其中，多源信息监测节点包括采集单元与处理单元。

其具体实施过程为：

多源信息监测节点的采集单元中第一电源模块701首先为第一微处理器601、声音传感器1、振动传感器2、电流互感器3、温度传感器4和红外测距传感器5供电，使第一微处理器601上电初始化。当电机工作时，在距离电机1米左右的不同位置安置声音传感器1，由第一微处理器601控制声音传感器1采集声音信息；振动传感器2放置在电机外壳与转轴附近，由第一微处理器601控制振动传感器2采集振动信息；电流互感器3安装在电机的电路接线中，由第一微处理器601控制电流互感器采集电机在不同状态下的电流信息；温度传感器4放置在电机外壳上，由第一微处理器601控制温度传感器4采集温度信息；红外测距传感器5放置在安全围栏不同方向上，由第一微处理器601控制红外测距传感器5采集采集电机运行时周边是否有人以及人员与电机的距离信息；第一微处理器601将采集单元采集的多源信息通过UART串口传递给多源信息监测节点的处理单元。

多源信息监测节点的处理单元中，第二电源模块702通过导线为第二微处理器602、存储器901和蜂鸣器8供电，使第二微处理器602上电初始化。第二微处理器602将采集单元收集的多源数据存储到第一存储器901内进行并进行分析处理；第二微处理器602分析出有人越过电机在工作中的人机安全距离时，第二微处理器602控制蜂鸣器8发出警报声，提醒人员远离电机；第二微处理器602通过控制第一NB-IoT模块1001将处理分析得到的特征信息最终发送给多源信息汇聚节点

多源信息汇聚节点用于接收来自多源信息监测节点的处理单元分析后的特征信息，并将其存储到第二存储器902中。第三电源模块703首先通过导线为第三微处理器603、第二NB-IoT模块1002、第二存储器902和WiFi模块11供电，第三微处理器603控制第二NB-IoT模块1002接收来自多源信息监测节点中处理单元分析处理后的信息，第二存储器902将特征信息打包、压缩成特征信息数据包，经WiFi模块11发送给上位机监控中心。

上位机监控中心通过WiFi无线网络接收多源信息汇聚节点的特征信息数据包，并经过进一步处理将数据在上位机界面进行显示，实时展现煤矿生产环节中大型电机运行时的状况信息，便于后期查看、分析。

本发明的一种多感融合的煤矿大型电机故障诊断系统，采用多感融合、NB-IoT与WiFi通信和人工智能技术，具有全面感知电机不同工作状态下的多源信息、多源信息传输速度快、功耗低、智能化高等特点，通过对多源信息处理分析，实现煤矿大型电机的故障诊断，提高低故障诊断效率，降低了人员伤亡事件的概率。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果做了进一步的详细说明，所属领域技术人员应该明白，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。