專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡的礦用通風機運行狀態(tài)監(jiān)測預警方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的礦用通風機運行狀態(tài)的監(jiān)測方法，通過對通風機的振動、溫度、負壓信息的采集，實現(xiàn)對通風機狀態(tài)準確的在線監(jiān)測，對可能出現(xiàn)的故障進行預警。
背景技術：
通風機是煤礦安全生產(chǎn)的關鍵設備，擔負著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流、確保礦井安全生產(chǎn)的重任。傳統(tǒng)的通風機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)都是通過電纜來傳輸數(shù)據(jù)， 即在被測對象的指定位置布置多個傳感器，對傳感器一對一配線，然后集中到中央監(jiān)控設備。這個過程會花費較大的人力去布置傳感器，要求測試人員無差錯的給傳感器配線，并防止在監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)傳輸線被破壞。這一繁瑣的過程會對測試人員帶來很多不便，在傳感器較多的情況下布線甚至會帶來視覺混亂，而對于旋轉(zhuǎn)器件，有線的傳感器監(jiān)測更是不可能的。更為重要的一點是考慮到工況環(huán)境的局限性，有線傳感器網(wǎng)絡有時具有極強的不可實現(xiàn)性。因此設計一種通過無線傳感器網(wǎng)絡方式采集、傳輸數(shù)據(jù)的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為重要。
無線傳感器網(wǎng)絡具有靈活、成本低、易于布置等特性能夠方便、及時、準確地采集各類信息，在某一節(jié)點破壞后也不影響數(shù)據(jù)的傳送，這些特點恰好滿足煤礦在線監(jiān)測領域大規(guī)模使用的要求。
Zigbee是一種低成本、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術，它是一種特點鮮明的無線傳感器網(wǎng)絡技術，它最大的特點就是可組網(wǎng)，特別是帶有路由的可組網(wǎng)功能，可以使 Zigbee覆蓋的通訊面積得到極大的擴展。通過無線傳感器網(wǎng)絡對設備狀態(tài)進行監(jiān)測，可以完成對設備的振動、溫度、負壓信息的采集，為設備運行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供最原始的資料。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對現(xiàn)有監(jiān)測技術的不足設計的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的礦用通風機監(jiān)測系統(tǒng)，通過無線傳感器網(wǎng)絡技術實現(xiàn)對設備狀態(tài)準確的在線監(jiān)測。
本發(fā)明旨在實現(xiàn)對通風機運行狀態(tài)的監(jiān)測預警功能。本監(jiān)測系統(tǒng)由一臺監(jiān)測計算機、一個Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點、至少6個傳感器節(jié)點以及至少4個溫度傳感器、1個負壓傳感器、2個振動傳感器組成。2個振動傳感器組成連接在同一個傳感器節(jié)點上。監(jiān)測計算機和協(xié)調(diào)器節(jié)點通過串行接口線相連，4個溫度傳感器分別固定在電機和風機的兩側(cè)軸瓦上， 1個振動傳感器垂直安裝在風機外殼上，1個振動傳感器水平安裝在風機外殼上，1個負壓傳感器連接到風機上的負壓測管，各傳感器引出線分別連到相應傳感器節(jié)點的信號輸入端□。
按以下步驟進行
a)將以通風機或者電機出廠設計所規(guī)定最高溫度的85%作為溫度一級預警閾值，所規(guī)定最高溫度的60%作為溫度二級預警閾值；
將以通風機出廠設計所規(guī)定最大振動烈度7. lmm/s的85%作為振動一級預警閾值，所規(guī)定最高振動烈度的60%作為振動二級預警閾值；
將以通風機出廠設計所規(guī)定超壓值或失壓值的85%作為負壓一級預警閾值，所規(guī)定超壓值或失壓值的60%作為負壓二級預警閾值；
然后采用相對閾值預警的方法，當每分鐘的溫度變化大于1. 5°C，即觸發(fā)溫度變化率報警；
b)利用征兆向量隸屬度和模糊關系矩陣求故障原因向量隸屬度，并做出故障診斷；本系統(tǒng)的監(jiān)測參數(shù)有通風機前軸瓦溫度(X1)、通風機垂直方向振動(X2)、通風機水平方向振動(X3)、通風機負壓(X4)、通風機后軸瓦溫度(X5),總結出常見故障征兆向量為X = (X1X2X3X4X5)；通風機常見故障產(chǎn)生原因向量表示為Y = (yihhyjshy》，其中，Y1 潤滑不良或冷卻不夠，y2 基礎松動，y3軸承安裝不良或損壞，y4 轉(zhuǎn)子不平衡，y5 轉(zhuǎn)子與靜止件摩擦， y6 軸線不對中，y7 旋轉(zhuǎn)失速或喘振；
由模糊統(tǒng)計法求出模糊診斷矩陣R = LrijJ5x7,根據(jù)Y與X之間的模糊關系 Y = XoR求得通風機故障產(chǎn)生原因向量Y，其中，O為模糊算子；通過以上方法求得R， 當通風機運行出現(xiàn)故障時由監(jiān)測系統(tǒng)得到一組征兆向量X，得出故障產(chǎn)生原因向量Y = (J腳卿；)，根據(jù)診斷結果進行更換或檢修處理。
具體原理如下
c)編寫內(nèi)置對策庫對超出控制范圍參數(shù)給予警報并通過事先劃分的報警級別給出相應處理措施建議。將以通風機/電機出廠設計所規(guī)定最高溫度的85%作為溫度一級預警閾值，所規(guī)定最高溫度的60%作為溫度二級預警閾值；將以通風機/電機出廠設計所規(guī)定最大振動烈度(通風機撓性支承時為7. lmm/s)的85%作為振動一級預警閾值，所規(guī)定最高振動烈度的60%作為振動二級預警閾值；將以通風機/電機出廠設計所規(guī)定超壓值(或失壓值)的85%作為負壓一級預警閾值，所規(guī)定超壓值(或失壓值)的60%作為負壓二級預警閾值。
d)采用相對閾值預警的方法，使溫度在短時間內(nèi)發(fā)生異常變化時使其觸發(fā)預警， 彌補了單一越限報警方法當觸發(fā)越限報警時系統(tǒng)的運行狀態(tài)往往已經(jīng)惡化的不足，同時也可以避免設備在啟停等特殊工況下誤報警的發(fā)生，提高了報警的準確率。所涉及狀態(tài)參數(shù)的相對變化率可由以下公式求得
權利要求
1.基于無線傳感器網(wǎng)絡的礦用通風機運行狀態(tài)監(jiān)測預警方法，其特征在于應用以下系統(tǒng)，本系統(tǒng)由一臺監(jiān)測計算機、一個Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點、至少6個傳感器節(jié)點以及至少4 個溫度傳感器、1個負壓傳感器、2個振動傳感器組成；監(jiān)測計算機和協(xié)調(diào)器節(jié)點通過串行接口線相連，4個溫度傳感器分別固定在電機和風機的兩側(cè)軸瓦上，1個振動傳感器垂直安裝在風機外殼上，1個振動傳感器水平安裝在風機外殼上，1個負壓傳感器連接到風機上的負壓測管，各傳感器引出線分別連到相應傳感器節(jié)點的信號輸入端口 ；其中2個振動傳感器組成連接在同一個傳感器節(jié)點上； 按以下步驟進行a)將以通風機或者電機出廠設計所規(guī)定最高溫度的85%作為溫度一級預警閾值，所規(guī)定最高溫度的60%作為溫度二級預警閾值；將以通風機出廠設計所規(guī)定最大振動烈度7. lmm/s的85%作為振動一級預警閾值，所規(guī)定最高振動烈度的60%作為振動二級預警閾值；將以通風機出廠設計所規(guī)定超壓值或失壓值的85%作為負壓一級預警閾值，所規(guī)定超壓值或失壓值的60%作為負壓二級預警閾值；然后采用相對閾值預警的方法，當每分鐘的溫度變化大于1. 5°C，即觸發(fā)溫度變化率報m.θ ，b)利用征兆向量隸屬度和模糊關系矩陣求故障原因向量隸屬度，并做出故障診斷； 本系統(tǒng)的監(jiān)測參數(shù)有通風機前軸瓦溫度(X1)、通風機垂直方向振動(X2)、通風機水平方向振動(X3)、通風機負壓(X4)、通風機后軸瓦溫度(X5),總結出常見故障征兆向量為X = (X1X2X3X4X5)；通風機常見故障產(chǎn)生原因向量表示為Y = (yihhyjshy》，其中，Y1 潤滑不良或冷卻不夠，y2 基礎松動，y3軸承安裝不良或損壞，y4 轉(zhuǎn)子不平衡，y5 轉(zhuǎn)子與靜止件摩擦， y6 軸線不對中，Y7 旋轉(zhuǎn)失速或喘振；由模糊統(tǒng)計法求出模糊診斷矩陣R = [rij]5X7，根據(jù)Y與X之間的模糊關系Y = X ο R 求得通風機故障產(chǎn)生原因向量Y，其中，ο為模糊算子；通過以上方法求得R，當通風機運行出現(xiàn)故障時由監(jiān)測系統(tǒng)得到一組征兆向量X，得出故障產(chǎn)生原因向量Y = (yiy2y3y4y5y6y7)， 根據(jù)診斷結果進行更換或檢修處理。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的礦用通風機運行狀態(tài)的監(jiān)測預警方法，通過采集通風機的振動、溫度、負壓信息實現(xiàn)準確的在線監(jiān)測及預警。本系統(tǒng)由一臺監(jiān)測計算機、一個Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點、至少6個傳感器節(jié)點、至少4個溫度傳感器、1個負壓傳感器、2個振動傳感器組成；協(xié)調(diào)器節(jié)點和傳感器節(jié)點以自組織方式組建成無線傳感器網(wǎng)絡；監(jiān)測計算機和協(xié)調(diào)器節(jié)點通過串行接口線相連，4個溫度傳感器分別固定在電機和風機的兩側(cè)軸瓦上，2個振動傳感器水平和垂直安裝在風機外殼上，1個負壓傳感器連接到風機上的負壓測管。本發(fā)明采用內(nèi)置對策庫、相對閾值預警和模糊理論的綜合診斷方法使得預警更及時，診斷更準確。
文檔編號G01D21/02GK102519743SQ20111039367
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權日2011年12月1日
發(fā)明者付勝, 宋海強 申請人:北京工業(yè)大學