CN101975672B - 煤矿采掘机械故障诊断装置 - Google Patents

Abstract

煤矿采掘机械故障诊断装置包括多轴加速度传感器与多轴加速度传感器相连接的滤波电路，与滤波电路相连接的微处理器，与微处理器相连接的CAN控制器，与CAN控制器相连接的高速光耦合器，与高速光耦合器相连接的CAN总线收发器，与CAN总线收发器相连接的CAN总线，与CAN总线相连接的CAN适配卡，与CAN适配卡相连接的处理器，与处理器相连接的无线收发芯片，与无线收发芯片相连接的环形芯片及匹配网络；人为可控制的末端主要由无线收发芯片，与无线收发芯片相连接的处理器，与处理器相连接的MAX232芯片，与MAX232芯片相连接的PC机组成。该装置采用多轴加速度传感器技术进行掘进机现场振动信号检测以诊断掘进机故障，可减少停机率、延长掘进机使用寿命。

Description

煤矿采掘机械故障诊断装置

技术领域

本发明涉及煤矿采掘机械故障诊断装置，尤其是一种适用于矿井采掘机械设备振动检测和故障诊断的检测装置。

背景技术

掘进机是煤矿采掘机械化过程中的一种关键机械，其工作环境复杂、恶劣，需要现场检测掘进机的振动情况，进行故障的诊断及预防，以提高工作效率。对于掘进机这样复杂的机械来说，导致故障的因素有很多，并且这些因素之间是相互关联的，这使得故障诊断十分困难。而且诊断结果的准确程度也与诊断者的知识储备和经验有关，研究表明：一个熟练地技术员，在确定故障原因和位置时会花费大约70％-90％的时间，而用于最后的维修工作所花费的时间只有约10％-30％。因此，采用人工智能诊断技术是十分必要的，所以专家系统在掘进机故障诊断中应用相当广泛，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统，但有时候并没有必要耗费大量的软件系统资源来实时监控处理。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提供一种结构简单，环境适应能力强，工作性能稳定，可靠性高的低功耗采掘装置故障诊断检测装置。

技术方案：本发明的煤矿采掘机械故障诊断装置包括数据采集终端、无线传输设备和监控中心的计算机；其中，数据采集终端包括多轴加速度传感器、滤波电路、微处理器、CAN控制器、高速光耦合器、CAN总线收发器、CAN总线、CAN适配卡、第一处理器；无线传输设备包括无线收发芯片、环形芯片及匹配网络、无线收发芯片；监控中心的计算机包括第二处理器、接口电路MAX232、PC机；数据采集终端的多轴加速度传感器的输出端通过滤波电路与微处理器的输入端相连接，微处理器的输出端与CAN控制器的输入端相连接，CAN控制器的输出端与高速光耦合器的输入端相连接，高速光耦合器的输出端与CAN总线收发器相连接，CAN总线收发器连接到CAN总线上，CAN总线通过CAN适配卡与第一处理器的输入端相连接，处理器的输出端通过无线收发芯片与环形芯片及匹配网络相连接，环形芯片及匹配网络输出端与无线收发芯片的输入端相连接，无线收发芯片的输出端将数据传送给第二处理器的输入端，第二处理器的输出端通过接口电路MAX232将数据传送给PC机。

所述的多轴加速度传感器是三轴加速度传感器，检测三维方向的机械振动信息。数据传送采用CAN通信协议。

有益效果：该煤矿采掘机械故障诊断检测装置可用于井下恶劣环境中，利于多轴加速度传感器根据采掘装置振动信号发生异常来检测采掘装置中出现的故障，可以减少停机率、延长掘进机使用寿命；该设计采用总线式结构，信息传输采用CAN通信协议，由于CAN总线是基于发送报文的编码，所以系统的扩充性能良好，且CAN总线上的控制节点的增删不会对系统上其余节点产生影响；该设计通过无线收发设备传输数据，技术人员在监控室就能够实时观察掘进机的运行状况，在异常状况发生时技术人员就可以给可能还没有察觉的机械操作人员警告信号或直接控制掘进机的运作，这使得采掘工作更加稳定和安全。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是CAN总线系统智能节点硬件电路原理图。

图3是无线通信子系统电路原理图。

图中：1-多轴加速度传感器；2-滤波电路；3-微处理器；4-CAN控制器；5-高速光耦合器；6-CAN总线收发器；7-CAN总线；8-CAN适配卡；9-第一处理器；10-无线收发芯片；11-环形芯片及匹配网络；12-无线收发芯片；13-第二处理器；14-MAX232；15-PC机。

具体实施方式

该装置主要由数据采集终端、无线传输设备和监控中心的计算机组成。数据采集终端的多加速度传感器的输出端通过滤波电路与CAN总线智能节点的输入端相连接，CAN智能节点的输出端连接在CAN总线上，CAN总线通过CAN适配卡与处理器的输入端相连接，处理器的输出端通过无线传输系统将数据传送给处理器的输入端，处理器的输出端通过MAX232将数据传送给PC机。

所述的加速度传感器选用多轴加速度传感器；微处理器选用89C51；CAN控制器选用SJA1000独立CAN通信控制器；高速光耦合器选用6N137；CAN总线收发器选用PHILIPS公司的82C250芯片；无线收发芯片、无线收发芯片选用NRF401。

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1所示，煤矿采掘机械故障诊断装置由多轴加速度传感器1、滤波电路2、微处理器3、CAN控制器4、高速光耦合器5、CAN总线收发器6、CAN总线7、CAN适配卡8、第一处理器9、无线收发芯片10、环形芯片及匹配网络11、无线收发芯片12、第二处理器13、MAX23214和PC机15组成。多轴加速度传感器1的输出端与滤波电路2的输入端相连接，滤波电路2的输出端与微处理器3的输入端相连接，微处理器3的输出端与CAN控制器4的输入端相连接，CAN控制器4的输出端与高速光耦合器5的输入端相连接，高速光耦合器5的输出端与CAN总线收发器6的输入端相连接，CAN总线收发器6的输出端连接到CAN总线7上，CAN总线7上连接也连接着CAN适配卡8，CAN适配卡8的输出端与第一处理器9的输入端相连接，处理器9的输出端与无线收发芯片10相连接，无线收发芯片10通过环形芯片及匹配网络11与无线收发芯片12传输数据，无线收发芯片12的输出端与第二处理器13的输入端相连接，第二处理器13的输出端通过MAX232芯片14与PC机15的输入端相连接。

图2所示，煤矿采掘机械故障诊断装置中的CAN总线系统智能节点硬件电路由微处理器89C51-U1、独立CAN控制器SJA1000-U2、高速光耦合器6N137-U3、U4、CAN总线收发器82C250-U5、电容、电阻和二极管组成。微处理器U1的12、30、16、17、21、32、33、34、35、36、37、38、39脚依次与CAN控制器U2的13、3、6、5、4、2、1、28、27、26、25、24、23相连接，CAN控制器U2的13脚通过电阻R1与高速光耦合器U3的3脚相连接，CAN控制器U2的19脚同时连接第二电阻R2和高速光耦合器U4的6脚，第二电阻R2的另一端同时连接高速光耦合器U3的2脚和电源VCC，CAN控制器U2的20脚同时连接第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3和第四电阻R4的另一端通过第一电容C1相连接，且第一电容C1与第四电阻R4相连接的那一端同时与CAN控制器U2的8、21、15脚、高速光耦合器U4的5脚和地相连接，第一电容C1与第三电阻R3相连接的那一端同时与CAN控制器U2的11、22、18、12脚、高速光耦合器U4的7、8脚和电源VCC相连接，高速光耦合器U3的7、8脚与VDD相连接，高速光耦合器U3的6脚同时连接第六电阻R6和CAN总线收发器U5的1脚，第六电阻R6的另一端与VDD相连接，高速光耦合器U3的5脚同时与第二电容C2和地相连接，第二电容C2C2与另一端与VDD相连接，高速光耦合器U4的2脚与CAN总线收发器U5的3脚相连接同时接VDD，高速光耦合器U4的3脚通过第五电阻R5与CAN总线收发器U5的4脚相连接，CAN总线收发器U5的3脚通过第三电容C3与CAN总线收发器U5的2脚相连接，且CAN总线收发器U5的2脚接地，CAN总线收发器U5的8脚通过电阻R7与地相连接，CAN总线收发器U5的6脚与第九电阻R9相连接，第九电阻R9的另一端同时连接第五电容C5、二极管D2的负极和CAN bus的CANL，第五电容C5另一端和D2的正极都接地，CAN总线收发器U5的7脚与第八电阻R8相连接，R8的另一端同时连接第四电容C4、二极管D1的负极和CAN bus的CANH，C4另一端和D1的正极都接地。

图3所示，煤矿采掘机械故障诊断装置中的无线通信子系统电路中AT89C2051

(U6)的1脚同时与第八电容C8的负极、第十电阻R10和开关S1相连，且电容C8的正极和开关S1的另一端都接VCC，第十电阻R10的另一端接地，第六处理器U6的2脚接MAX232的12脚，第六处理器U6的3脚接MAX232的11脚，第六处理器U6的4脚和5脚通过晶振Y1相连接，且第六处理器U6的4脚通过第六电容C6接地，第六处理器U6的5脚通过第七电容C7接地，第六处理器U6的10脚直接接地，第六处理器U6的12、13、14脚分别依次连接无线收发芯片U8的12、18、19脚，第六处理器U6的20脚直接接VCC，MAX232的1脚接第九电容C9的正极，MAX232的3脚接第九电容C9的负极，MAX232的2脚接第十二电容C12的正极，第十二C12的负极接电源VCC，MAX232的4脚接电容C11的正极，MAX232的5脚接电容C11的负极，MAX232的6脚接第十电容C10的负极，第十C10的正极直接接地，MAX232的13、14脚分别依次接J1的3、2脚，MAX232的15脚直接接地，MAX232的16脚直接接电源VCC，无线收发芯片NRF401U8的1脚和20脚之间并联有晶振Y2和第十三电阻R13，且1脚通过第十五电容C15与地相连接，20脚通过第十六电容C16与地相连接，无线收发芯片U8的11脚通过第十一电阻R11与地相连接，无线收发芯片U8的9脚连接第六处理器U6的3脚，无线收发芯片U8的4脚通过第十三电容C13接地，且第十三C13的两端串联有第十二电阻R12和第十四电容C14，无线收发芯片U8的8、13、2脚直接相连，且该接点与地之间并联有第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19，无线收发芯片U8的7、14、3、17脚直接与地相连接，无线收发芯片U8的15、16脚之间连接到环形天线上，无线收发芯片U8的5、6脚之间连接有电感L1，环形天线的两端连接有第十四电阻R14，第十四电阻R14的两端并联有第二十一电容C21和第二十二电容C22，环形天线上连接有电源VCC，且VCC通过第二十电容C20与地相连接。

Claims (3)

1.一种煤矿采掘机械故障诊断装置，其特征在于该装置包括数据采集终端、无线传输设备和监控中心的计算机；其中，数据采集终端包括多轴加速度传感器(1)、滤波电路(2)、微处理器(3)、CAN控制器(4)、高速光耦合器(5)、CAN总线收发器(6)、CAN总线(7)、CAN适配卡(8)、第一处理器(9)；无线传输设备包括第一无线收发芯片(10)、环形芯片及匹配网络(11)、第二无线收发芯片(12)；监控中心的计算机包括第二处理器(13)、计算机标准串口RS-232的接口电路MAX232(14)、PC机(15)；

数据采集终端的多轴加速度传感器(1)的输出端通过滤波电路(2)与微处理器(3)的输入端相连接，微处理器(3)的输出端与CAN控制器(4)的输入端相连接，CAN控制器(4)的输出端与高速光耦合器(5)的输入端相连接，高速光耦合器(5)的输出端与CAN总线收发器(6)相连接，CAN总线收发器(6)连接到CAN总线(7)上，CAN总线(7)通过CAN适配卡(8)与第一处理器(9)的输入端相连接，第一处理器(9)的输出端通过第一无线收发芯片(10)与环形芯片及匹配网络(11)相连接，环形芯片及匹配网络(11)输出端与第二无线收发芯片(12)的输入端相连接，第二无线收发芯片(12)的输出端将数据传送给第二处理器(13)的输入端，第二处理器(13)的输出端通过接口电路MAX232(14)将数据传送给PC机(15)。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿采掘机械故障诊断装置，其特征在于：所述的多轴加速度传感器(1)是三轴加速度传感器，检测三维方向的机械振动信息。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿采掘机械故障诊断装置，其特征在于：其数据传送采用CAN通信协议。

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