CN104776996A - 一种矿井提升系统振动状态监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井提升系统振动状态监测装置及方法，其中该装置包括数据采集单元，其输入端连接矿井提升系统的齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机，用于检测齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机轴承的振动信号以及发电机的转速；数据采集单元的输出端连接至信号放大单元；所述信号放大单元的输出端连接至现场服务器；所述现场服务器将接收到的放大单元传输来的信号进行存储，存储的数据通过网络上传至远程中心服务器；所述远程中心服务器与报警器和显示屏分别相连；所述远程中心服务器对接收的数据进行图谱分析和包络解调，当远程中心服务器检测到齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机发生故障时，报警器发出报警信息，报警信息显示在显示屏上。

Description

一种矿井提升系统振动状态监测装置及方法

技术领域

本发明涉及矿井监测领域，尤其涉及一种矿井提升系统振动状态监测装置及方法。

背景技术

矿井提升系统是矿井生产系统中的重要环节，是联系地面和井下的咽喉要道。矿井提升系统担负着提升全矿井的煤、材料、设备及人员的重要工作，在矿井生产中有特别重要的地位。矿井提升系统运转的安全性、可靠性和经济性不仅影响整个矿山的生产，而且涉及人员的生命安全。

矿井提升系统主要由矿井提升机、电动机、电气控制系统、安全保护装置、提升信号系统、提升容器、提升钢丝绳、井架、天轮、井筒装备及装卸载附属设备等组成。

目前，监测矿井提升系统的装置和方法存在以下问题：(1)结构复杂，分析方法繁琐不直观；(2)矿井提升系统的监测装置所监测的数据往往会因网络中断造成的监测数据丢失；(3)矿井提升系统的监测装置所监测的数据不具备备份的功能。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种矿井提升系统振动状态监测装置及方法。

本发明采用以下技术方案：

一种矿井提升系统振动状态监测装置，包括：数据采集单元，其输入端连接矿井提升系统的齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机，用于检测齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机轴承的振动信号以及发电机的转速；

数据采集单元的输出端连接至信号放大单元；所述信号放大单元的输出端连接至现场服务器；所述现场服务器将接收到的放大单元传输来的信号进行存储，存储的数据通过网络上传至远程中心服务器；所述远程中心服务器与报警器和显示屏分别相连；

所述远程中心服务器对接收的数据进行图谱分析和包络解调，当远程中心服务器检测到齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机发生故障时，报警器发出报警信息，报警信息显示在显示屏上。

所述包络解调为：远程中心服务器获取现场服务器传输来的数据，通过包络谱线-解调-低通滤波提取出故障频率成份，并与齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机历史故障参数对照，相应分析判断出齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机的故障类型和位置。

所述现场服务器配有若干块硬盘，所述硬盘设定为RAID存储模式，用于将数据按自定义的时间定期备份。

一种基于矿井提升系统振动状态监测装置的监测方法，具体包括以下步骤：

步骤1：数据采集单元检测矿井提升系统的齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的振动信号以及发电机的转速，并传输至信号放大单元；

步骤2：信号放大单元将放大处理后的齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的振动信号以及发电机的转速传输给现场服务器进行存储；

步骤3：现场服务器将存储的数据传输至远程中心服务器；

步骤4：远程中心服务器对接收到的数据进行图谱分析和包络解调，当远程中心服务器检测到齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机发生故障时，与远程中心服务器相连的报警器发出报警信息，同时报警信息显示在与远程中心服务器相连的显示屏上。

所述包络解调的过程为：

远程中心服务器获取现场服务器传输来的数据，通过包络谱线-解调-低通滤波提取出故障频率成份，并与齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机历史故障参数对照，相应分析判断出齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机的故障类型和位置。

所述现场服务器配有若干块硬盘，所述硬盘设定为RAID存储模式，用于将数据按自定义的时间定期备份。

所述图谱分析，包括波形分析和频谱分析，所述波形分析包括矿井提升系统中齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的实时波形分析和历史数据的波形；所述频谱分析为矿井提升系统中齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机实际运行过程中的实时频谱图和历史数据的频谱分析。

所述图谱分析，还包括趋势分析，其用于分析矿井提升系统中齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的箱稳态或暂态过程中的趋势和实时运行的短趋势。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的远程中心服务器可以利用图谱分析结合包络解调方法及时发现齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的故障，而且直观性好；

(2)本发明的数据采集单元在本地缓存区内可保留一段时间的数据，克服了传统方式下因网络中断造成的监测数据丢失的弊病；

(3)本发明的现场服务器配有多块硬盘，设定为RAID存储模式，系统自动设置了备份程序，将数据按自定义的时间定期备份。

附图说明

图1为本发明的矿井提升系统振动状态监测装置结构示意图。

其中，1、数据采集单元；2、信号放大单元；3、矿井提升系统；4、现场服务器；5、远程中心服务器；6、报警器；7、显示器。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例说明本发明：

如图1所示，一种矿井提升系统振动状态监测装置，包括：数据采集单元1，其输入端连接矿井提升系统3的齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机，用于检测齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机轴承的振动信号以及发电机的转速；

数据采集单元1的输出端连接至信号放大单元2；所述信号放大单元的2输出端连接至现场服务器4；所述现场服务器4将接收到的放大单元2传输来的信号进行存储，存储的数据通过网络上传至远程中心服务器5；所述远程中心服务器5与报警器6和显示屏7分别相连；

所述远程中心服务器5对接收的数据进行图谱分析和包络解调，当远程中心服务器5检测到齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机发生故障时，报警器发出报警信息，报警信息显示在显示屏上。

所述包络解调为：

远程中心服务器获取现场服务器传输来的数据，通过包络谱线-解调-低通滤波提取出故障频率成份，并与齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机历史故障参数对照，相应分析判断出齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机的故障类型和位置。

所述数据采集单元具有以下功能：

(1)用于日常数据的采集和存储：

对于矿井提升系统日常(稳态)情况下，系统安装推荐时间间隔进行数据采样和存储办法；该存储是按年、月、周、日的存储办法，为建立机组运行的日常历史资料，生成趋势图；绝大多数情况下，矿井提升系统运行是稳定的，可大大减少存储量。

(2)支持事故黑匣子功能：

能够记录事故发生前后长时间的动态数据，并能够形成趋势图。数据采集单元的“黑匣子”，当矿井提升系统启停机或振动幅值比预设正常值大时，系统启动该“黑匣子”：完整记录触发前后各组完整振动波形的数据。以上“黑匣子”数据，将永久性地存储在数据库中，不再删除或被覆盖，同时可以生成趋势图等专用图谱。

(3)数据传输的可靠性策略：

数据采集单元1在本地缓存区内可保留一段时间的数据，克服了传统方式下因网络中断造成的监测数据丢失的弊病。当由于数据采集单元与现场服务器的网络发生故障，或服务器发生故障等原因，历史数据不能够正常保存到数据库，则数据采集单元将历史数据保存在本地的缓存区内，一旦条件恢复，即将本地缓存区内的历史数据上传给服务器。

其中，所述现场服务器配有多块硬盘，设定为RAID存储模式，可以将数据按自定义的时间定期备份。

本发明采用多种方法对轴承和齿轮的故障状况进行监测，利用图谱分析与包络解调技术结合的方法可尽早的发现齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的早期损坏，提前制定维修方案和计划，可确保设备的安全稳定运转。

一种基于矿井提升系统振动状态监测装置的监测方法，具体包括以下步骤：

步骤1：数据采集单元检测矿井提升系统的齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的振动信号以及发电机的转速，并传输至信号放大单元；

步骤2：信号放大单元将放大处理后的齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的振动信号以及发电机的转速传输给现场服务器进行存储；

步骤3：现场服务器将存储的数据传输至远程中心服务器；

步骤4：远程中心服务器对接收到的数据进行图谱分析和包络解调，当远程中心服务器检测到齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机发生故障时，与远程中心服务器相连的报警器发出报警信息，同时报警信息显示在与远程中心服务器相连的显示屏上。

所述包络解调的过程为：

远程中心服务器获取现场服务器传输来的数据，通过包络谱线-解调-低通滤波提取出故障频率成份，并与齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机历史故障参数对照，相应分析判断出齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机的故障类型和位置。

所述现场服务器配有若干块硬盘，所述硬盘设定为RAID存储模式，用于将数据按自定义的时间定期备份。

所述图谱分析，包括波形分析和频谱分析，所述波形分析包括矿井提升系统中齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的实时波形分析和历史数据的波形；所述频谱分析为矿井提升系统中齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机实际运行过程中的实时频谱图和历史数据的频谱分析。

所述图谱分析，还包括趋势分析，其用于分析矿井提升系统中齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的箱稳态或暂态过程中的趋势和实时运行的短趋势。

其中，图谱包括以下几种：

(1)单值棒图：该图谱以单棒或多棒的形式显示振动测点各个特征值的大小、发电机转速大小、数据类型和时间。

(2)多值棒图：该图谱以多棒的形式显示振动测点各个特征值的大小、发电机转速大小、数据类型、时间和发电机运行状态。

(3)波形频谱图：该图谱显示矿井提升系统运行过程中各测点反映齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机振动的实时波形图及频谱图，用户可以很直观的观察出该通道的波形是否正常，各频率组成成分是否符合预设的正常范围。

(4)趋势图：该图谱可显示矿井提升系统的振动通道和过程量通道的特征值在一段时间内的变化趋势。

(5)频谱瀑布图：选定通道在正常运行时测得的多组频谱按时间顺序排列，其频谱发生变化的情况；频谱瀑布图不仅可了解矿井提升系统在某个时刻的振动情况，而且可以对比不同时刻的频谱，以了解矿井提升系统的振动变化趋势。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种矿井提升系统振动状态监测装置，其特征在于，包括：数据采集单元，其输入端连接矿井提升系统的齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机，用于检测齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机轴承的振动信号以及发电机的转速；

数据采集单元的输出端连接至信号放大单元；所述信号放大单元的输出端连接至现场服务器；所述现场服务器将接收到的放大单元传输来的信号进行存储，存储的数据通过网络上传至远程中心服务器；所述远程中心服务器与报警器和显示屏分别相连；

所述远程中心服务器对接收的数据进行图谱分析和包络解调，当远程中心服务器检测到齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机发生故障时，报警器发出报警信息，报警信息显示在显示屏上。

2.如权利要求1所述的一种矿井提升系统振动状态监测装置，其特征在于，所述包络解调为：远程中心服务器获取现场服务器传输来的数据，通过包络谱线-解调-低通滤波提取出故障频率成份，并与齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机历史故障参数对照，相应分析判断出齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机的故障类型和位置。

3.如权利要求1所述的一种矿井提升系统振动状态监测装置，其特征在于，所述现场服务器配有若干块硬盘，所述硬盘设定为RAID存储模式，用于将数据按自定义的时间定期备份。

4.一种基于如权利要求1所述的矿井提升系统振动状态监测装置的监测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：数据采集单元检测矿井提升系统的齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的振动信号以及发电机的转速，并传输至信号放大单元；

步骤2：信号放大单元将放大处理后的齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的振动信号以及发电机的转速传输给现场服务器进行存储；

步骤3：现场服务器将存储的数据传输至远程中心服务器；

步骤4：远程中心服务器对接收到的数据进行图谱分析和包络解调，当远程中心服务器检测到齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机发生故障时，与远程中心服务器相连的报警器发出报警信息，同时报警信息显示在与远程中心服务器相连的显示屏上。

5.如权利要求4所述的矿井提升系统振动状态监测装置的监测方法，其特征在于，所述包络解调的过程为：

远程中心服务器获取现场服务器传输来的数据，通过包络谱线-解调-低通滤波提取出故障频率成份，并与齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机历史故障参数对照，分析判断出齿轮箱，或主滚筒齿轮箱，或发电机故障时的故障类型和位置。

6.如权利要求4所述的矿井提升系统振动状态监测装置的监测方法，其特征在于，所述现场服务器配有若干块硬盘，所述硬盘设定为RAID存储模式，用于将数据按自定义的时间定期备份。

7.如权利要求4所述的矿井提升系统振动状态监测装置的监测方法，其特征在于，所述图谱分析，包括波形分析和频谱分析，所述波形分析包括矿井提升系统中齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的实时波形分析和历史数据的波形；所述频谱分析为矿井提升系统中齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机实际运行过程中的实时频谱图和历史数据的频谱分析。

8.如权利要求4所述的矿井提升系统振动状态监测装置的监测方法，其特征在于，所述图谱分析，还包括趋势分析，其用于分析矿井提升系统中齿轮箱、主滚筒齿轮箱和发电机的箱稳态或暂态过程中的趋势和实时运行的短趋势。