CN104747485A - 一种煤矿通风机在线监测诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿通风机在线监测诊断装置，包括转速信号检测单元、处理器、存储模块、显示模块和监控诊断上位机，所述处理器包括数据通信模块，所述转速信号检测单元、显示模块分别与处理器相连，所述处理器通过数据通信模块与监控诊断上位机相连，所述转速信号检测单元检测通风机的转速数据并输出给处理器，所述处理器将接收的转速数据缓存在存储模块中并发送给监控诊断上位机，所述监控诊断上位机根据转速数据进行诊断并将诊断结果返回给处理器，所述处理器接收诊断结果并通过显示模块输出。本发明具有诊断准确、使用方便、检测实时、实施灵活、结构简单、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿安全领域，具体涉及一种煤矿通风机在线监测诊断装置。
背景技术
长期以来，瓦斯事故的数量在煤矿事故总数中占有很高的比例。瓦斯是煤矿井下常见的一种有害气又叫沼气，是一种无色无臭无味、易燃易爆的气体。它平时依附在煤层中，在煤层开采过程中会自动散放出来。当空气中瓦斯浓度达到一定程度时，有明火的情况下就会发生爆炸，而浓度在9.5％时爆炸威力最大，破坏性最强。瓦斯爆炸时会产生高温、高压、冲击波并放出有毒气体。为了减少和避免瓦斯事故，按照有关安全规程的要求，必须在煤矿的出风口处设置用于抽风和压风的风机和风机控制系统。
据统计，我国煤矿生产中，因矿井通风设备而发生的事故中，机械事故占通风机组事故的68.9％，一旦发生故障将造成巨大的停产损失和安全问题，尽管一部分事故因有备用通风机而未造成严重后果，但还有一些事故既影响了生产，又造成了惨重的伤亡。因此对煤矿通风设备进行状态监测与故障诊断是急需研究解决的问题。故障诊断技术在煤矿的推广应用，不仅可预防突然事故的发生，保证煤矿的安全生产，而且可带来明显的经济效益和社会效益。
由于风机的故障形式多种多样，故障产生的机理和原因也非常复杂，故障与征兆之间表现出一种非常复杂的非线性关系，并且对各类故障反映的特征参数也不完全相同，这给现场诊断带来了极大的困难。但是，风机是旋转机械，通过检测风机转速的参数，从而判断风机是否正常运转是一种可靠的措施。目前矿井检测风机转速，通常借助传感器，而转速传感器价格不菲，并且对工作环境要求较高。因此，如何快速而准确的对风机的转速信号进行采集并诊断故障已变得十分重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种诊断准确、使用方便、检测实时、实施灵活、低成本的基于转速信号检测的煤矿通风机在线监测诊断装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种煤矿通风机在线监测诊断装置，包括转速信号检测单元、处理器、存储模块、显示模块和监控诊断上位机，所述处理器包括数据通信模块，所述转速信号检测单元、显示模块分别与处理器相连，所述处理器通过数据通信模块与监控诊断上位机相连，所述转速信号检测单元检测通风机的转速数据并输出给处理器，所述处理器将接收的转速数据缓存在存储模块中并发送给监控诊断上位机，所述监控诊断上位机根据转速数据进行诊断并将诊断结果返回给处理器，所述处理器接收诊断结果并通过显示模块输出。
作为上述技术方案的进一步改进：所述转速信号检测单元包括依次串联的转速检测电路、放大器电路、A/D转换电路，所述转速检测电路装设于煤矿通风机的壳体上，所述A/D转换电路的输出端与处理器相连；
作为上述技术方案的进一步改进：所述转速检测电路包括：与+12V电源连接的电源转换电路，用于将12V的直流电源稳压处理，转换为+5V电源；连接在电源转换电路输出端的单片机IC1；用于检测煤矿风机电机转动频率的频率检测电路，该频率检测电路的输出端也连接单片机IC1；电源转换电路10包括：连接+12V电源的第一连接器J1；第一连接器J1的第1引脚串接二极管D1后连接稳压芯片IC2；连接在稳压芯片IC2输出端的滤波器C3和C4；以及连接在稳压芯片IC2输出端与地之间的电阻R8和电容器C2，且电阻R8串联电容器C2，电阻R8和电容器C2的公共端连接单片机IC1；其中，频率检测电路20包括：连接煤矿风机电机输出端的第二连接器J2；依次串接在第二连接器J2的第3引脚上的电阻R1、电阻R2和电阻R5；依次串接在第二连接器J2的第1引脚上的电阻R3和电阻R4，且第二连接器J2的第1引脚与第3引脚之间串接电阻R0；而电阻R5的两端与地之间分别连接一个稳压管D2和D3；均与稳压管D3并联的电阻R6和电容器C1。
作为上述技术方案的进一步改进：所述放大器电路包括；差分放大器单元、输出单元、反馈单元；其中，差分放大器单元的正信号输入端用来输入正信号VIN+并接反馈单元的第一反馈输出端，差分放大器单元的负信号输入端用来输入负信号VIN-并接反馈单元的第二反馈输出端；输出单元的第一正输出端用来输出正信号VOUT+并接反馈单元的第一反馈输入端，输出单元的第二负输出端用来输出负信号VOUT-并接反馈单元的第二反馈输入端；差分放大器单元的第一信号输出端接输出单元的第一信号输入端，差分放大器单元的第二信号输出端接输出单元的第二信号输入端；差分放大器单元用来放大接收的输入信号，输出单元紧接差分放大器输出信号，减小输出阻抗，实现输出匹配；跨接在输入和输出之间的反馈单元，通过并联-并联负反馈减小电路的输入阻抗，实现宽带的输入阻抗匹配，优化低噪声放大器的噪声性能，同时反馈单元为输入管提供直流偏置，将交流反馈和直流偏置功能结合在一起。
作为上述技术方案的进一步改进：本发明还包括用于在输出报警信息的报警模块，所述处理器的输出端与报警模块相连，所述处理器根据监控诊断上位机发送的诊断结果控制报警模块的工作状态。
所述数据通信模块为RS485通信接口模块或者无线网络接口模块。
本发明具有下述优点：
1、本发明转速信号检测单元检测通风机的电机转动频率数据并输出给处理器，所述处理器将接收的转动频率数据缓存在存储模块中并发送给监控诊断上位机，所述监控诊断上位机根据转动频率数据进行诊断并将诊断结果返回给处理器，所述处理器接收诊断结果并通过显示模块输出，能够快速的采集和处理转动信号，从而能够实时监测到风机的转动状态，发生故障，能及时进行诊断，具有诊断准确、使用方便、检测实时的优点。
2、本发明的处理器通过数据通信模块与监控诊断上位机相连，处理器与监控诊断上位机采取实时可靠的数据传输机制，把数据发送到由监控服务器组成的工业现场监控网络中，进入专家系统，实现系统的网络化，数据传输可靠，系统实施灵活。
3、本发明通过转速检测电路，实现对通风机转速的监测，不需要使用价格昂贵的传感器，降低了煤矿通风机在线监测诊断装置的成本。
4、本发明的放大器电路，在不影响电路噪声和增益性能的情况下，实现宽带输入阻抗匹配，优化电路的噪声性能，同时使得直流工作点更加稳定。
附图说明
图1是本发明实施例的框架结构示意图；
图2是转速检测电路图；
图3是放大器电路框图。
图中标记为：1-转速信号检测单元；2-处理器；3-储存模块；4-显示模块；5-监控诊断上位机；6-报警模块；7-数据通信模块；8-煤矿通风机；9-转速检测电路；10-放大器电路；11-A/D转换电路；12-电源转换电路；13-频率检测电路；14-差分放大单元；15-输出单元；16-反馈单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，本实施例基于转动信号检测的煤矿通风机在线监测诊断装置包括转速信号检测单元1、处理器2、存储模块3、显示模块4和监控诊断上位机5，处理器2包括数据通信模块7，转速信号检测单元1、显示模块4分别与处理器2相连，处理器2通过数据通信模块7与监控诊断上位机5相连，转速信号检测单元1检测通风机的电机转动频率数据并输出给处理器2，处理器2将接收的转动频率数据缓存在存储模块3中并发送给监控诊断上位机5，监控诊断上位机5根据转动频率数据进行诊断并将诊断结果返回给处理器2，处理器2接收诊断结果并通过显示模块4输出。本实施例中，转速信号检测单元1包括依次串联的转速检测电路9、放大器电路10、A/D转换电路11，转速检测电路9装设于煤矿通风机的壳体上，A/D转换电路11的输出端与处理器2相连。本实施例还包括用于在输出报警信息的报警模块6，处理器2的输出端与报警模块6相连，处理器2根据监控诊断上位机5发送的诊断结果控制报警模块6的工作状态。本实施例中，数据通信模块7可根据需要采用RS485通信接口模块或者无线网络接口模块，本实施例中数据通信模块7为无线网络接口模块。本实施例中，转速检测电路9还可以通过无线传输的方式将通风机的转动频率通过射频信号发送至放大器电路10。
本实施例中，显示模块4采用液晶显示实现，用于将通风机的工作状况告诉反馈给工作人员；监控诊断上位机5采用计算机实现，监控诊断上位机5基于BP神经网络的故障诊断识别算法来实现对转动频率数据的诊断，在使用时预先使用转动频率数据样本通过BP神经网络进行自学习，在使用时将转动频率数据输入BP神经网络即可快速得到诊断结果，从而达到对转动频率数据的诊断的智能化；报警模块6采用带有红色闪灯的蜂鸣报警。本实施例中，监控诊断上位机5利用可靠的BP神经网络识别算法构建专家系统，识别准确，使用简单，有利于提高系统的智能化水平。
如图2所示，本发明的转速检测电路包括：与+12V电源连接的电源转换电路12，用于将12V的直流电源稳压处理，转换为+5V电源；连接在电源转换电路12输出端的单片机IC1；用于检测通风机电机输出频率的频率检测电路13，该频率检测电路13的输出端也连接单片机IC1。在不同转速下输出频率不同，利用频率检测电路和单片机检测通风机电机的输出频率来确定通风机的转速，频率检测电路和单片机配合能准确计算出通风机电机的额定转速。
其中，电源转换电路12包括：连接+12V电源的第一连接器J1；第一连接器J1的第1引脚串接二极管D1后连接稳压芯片IC2；连接在稳压芯片IC2输出端的滤波器C3和C4；以及连接在稳压芯片IC2输出端与地之间的电阻R8和电容器C2，且电阻R8串联电容器C2，电阻R8和电容器C2的公共端连接单片机IC1。
其中，频率检测电路13包括：连接三相永磁发电机输出端的第二连接器J2；依次串接在第二连接器J2的第3引脚上的电阻R1、电阻R2和电阻R5；依次串接在第二连接器J2的第1引脚上的电阻R3和电阻R4，且第二连接器J2的第1引脚与第3引脚之间串接电阻R0；而电阻R5的两端与地之间分别连接一个稳压管D2和D3；均与稳压管D3并联的电阻R6和电容器C1。
如图3所示，放大器电路10包括差分放大器单元14、输出单元15、反馈单元16；其中：差分放大器单元14的正信号输入端A1用来输入正信号VIN+并接反馈单元16的第一反馈输出端C3，差分放大器单元14的负信号输入端A2用来输入负信号VIN+并接反馈单元16的第二反馈输出端C4；输出单元15的第一正输出端B3用来输出正信号VOUT+并接反馈单元16的第一反馈输入端C1，输出单元15的第二正输出端B4用来输出负信号VOUT-并接反馈单元16的第二反馈输入端C2；差分放大器单元14的第一射频信号输出端A3接输出单元15的第一信号输入端B1，差分放大器单元14的第二射频信号输出端A4接输出单元15的第二信号输入端B2。
差分放大器单元14用来放大接收的输入信号，输出单元15紧接差分放大器输出信号，减小输出阻抗，实现输出匹配。使用跨接在输入和输出之间的反馈单元16，通过并联-并联负反馈减小电路的输入阻抗，实现宽带的输入阻抗匹配，优化低噪声放大器的噪声性能，同时反馈单元为输入管提供直流偏置，将交流反馈和直流偏置功能结合在一起。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种煤矿通风机在线监测诊断装置，其特征在于：包括转速信号检测单元、处理器、存储模块、显示模块和监控诊断上位机，所述处理器包括数据通信模块，所述转速信号检测单元、显示模块分别与处理器相连，所述处理器通过数据通信模块与监控诊断上位机相连，所述转速信号检测单元检测通风机的转速数据并输出给处理器，所述处理器将接收的转速数据缓存在存储模块中并发送给监控诊断上位机，所述监控诊断上位机根据转速数据进行诊断并将诊断结果返回给处理器，所述处理器接收诊断结果并通过显示模块输出；所述转速信号检测单元包括依次串联的转速检测电路、放大器电路、A/D转换电路，所述转速检测电路装设于煤矿通风机的壳体上，所述A/D转换电路的输出端与处理器相连；所述转速检测电路包括：与+12V电源连接的电源转换电路，用于将12V的直流电源稳压处理，转换为+5V电源；连接在电源转换电路输出端的单片机IC1；用于检测煤矿风机电机转动频率的频率检测电路，该频率检测电路的输出端也连接单片机IC1；电源转换电路10包括：连接+12V电源的第一连接器J1；第一连接器J1的第1引脚串接二极管D1后连接稳压芯片IC2；连接在稳压芯片IC2输出端的滤波器C3和C4；以及连接在稳压芯片IC2输出端与地之间的电阻R8和电容器C2，且电阻R8串联电容器C2，电阻R8和电容器C2的公共端连接单片机IC1；其中，频率检测电路20包括：连接煤矿风机电机输出端的第二连接器J2；依次串接在第二连接器J2的第3引脚上的电阻R1、电阻R2和电阻R5；依次串接在第二连接器J2的第1引脚上的电阻R3和电阻R4，且第二连接器J2的第1引脚与第3引脚之间串接电阻R0；而电阻R5的两端与地之间分别连接一个稳压管D2和D3；均与稳压管D3并联的电阻R6和电容器C1；所述放大器电路包括；差分放大器单元、输出单元、反馈单元；其中，差分放大器单元的正信号输入端用来输入正信号VIN+并接反馈单元的第一反馈输出端，差分放大器单元的负信号输入端用来输入负信号VIN-并接反馈单元的第二反馈输出端；输出单元的第一正输出端用来输出正信号VOUT+并接反馈单元的第一反馈输入端，输出单元的第二负输出端用来输出负信号VOUT-并接反馈单元的第二反馈输入端；差分放大器单元的第一信号输出端接输出单元的第一信号输入端，差分放大器单元的第二信号输出端接输出单元的第二信号输入端；差分放大器单元用来放大接收的输入信号，输出单元紧接差分放大器输出信号，减小输出阻抗，实现输出匹配；跨接在输入和输出之间的反馈单元，通过并联-并联负反馈减小电路的输入阻抗，实现宽带的输入阻抗匹配，优化低噪声放大器的噪声性能，同时反馈单元为输入管提供直流偏置，将交流反馈和直流偏置功能结合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿通风机在线监测诊断装置，其特征在于：还包括用于在输出报警信息的报警模块，所述处理器的输出端与报警模块相连，所述处理器根据监控诊断上位机发送的诊断结果控制报警模块的工作状态。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿通风机在线监测诊断装置，其特征在于：所述数据通信模块为RS485通信接口模块或者无线网络接口模块。
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