CN106144490B - 一种刮板输送机复杂运行工况的检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刮板输送机复杂运行工况的检测系统及方法，采用惯性测量装置、RFID发射装置、具有WIFI功能的数据接收装置和数据处理装置，将惯性测量装置设置在刮板输送机的刮板上，通过测量刮板的加速度值及角速度值，并将数据通过WiFi模块最终传递给数据处理装置进行分析处理，根据测得刮板XYZ三轴的加速度值及角速度值变化情况，得出当前刮板输送机刮板所处的运行工况；所述刮板输送机刮板的运行工况包括S弯，停止/启动，受外力的冲击时间、受外力的冲击点及受外力的冲击方向，断链。能分析出刮板输送机所处的工况及刮板的运行情况，若分析得出有恶劣工况在刮板输送机运行过程中出现，可尽快通知工作人员采取措施维护刮板输送机运行的稳定性。

Description

一种刮板输送机复杂运行工况的检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种检测系统及方法，具体是一种刮板输送机复杂运行工况的检测系统及方法。

背景技术

目前刮板输送机的工况非常复杂，有冲击，有弯曲，有变速等等，而实际目前刮板输送机上很少有整体的工况检测，这是由于运行环境恶劣导致这些工况数据无法直接检测，如果能够掌握这些工况数据就可以帮助了解刮板输送机的工作状况，能够及时采取措施维护刮板输送机运行的稳定性。

专利号为201310340137.7，名称为“刮板输送机链条状态监控及保护系统”的中国发明专利，其采用无线测量技术监测链条受力状态，并提供故障保护。但该专利无法获得刮板输送机在运行过程中的工作状况数据。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种刮板输送机复杂运行工况的检测系统及方法，能得出刮板输送机所处的工况及刮板的运行情况，若发生冲击或刮板断链的情况，可及时通知工作人员采取措施维护刮板输送机运行的稳定性，保证煤炭开采的顺利进行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该种刮板输送机复杂运行工况的实时检测系统，包括多个惯性测量装置、RFID发射装置、具有WIFI功能的数据接收装置和数据处理装置，多个惯性测量装置均匀间隔装在刮板输送机的刮板上，所述RFID发射装置装在刮板输送机的机尾，具有WIFI功能的数据接收装置设置在刮板输送机的侧部；所述惯性测量装置由六轴MEMS传感器、存储卡、WIFI模块和RFID信号接收装置，六轴MEMS传感器分别与存储卡、WIFI模块和RFID信号接收装置连接，所述六轴MEMS传感器由三轴加速度计和三轴陀螺仪组成，三轴加速度计测量三轴加速度值，三轴陀螺仪测量三轴角速度值；所述具有WIFI功能的数据接收装置由WIFI模块和存储器组成，WIFI模块与存储器连接；所述存储器与数据处理装置连接。

进一步，所述惯性测量装置之间的间隔距离为8～12米。

进一步，所述具有WIFI功能的数据接收装置距离刮板输送机的机尾为13～15米。

一种刮板输送机复杂运行工况的检测方法，具体步骤为：

(1)刮板输送机运行开始时，各个六轴MEMS传感器实时检测XYZ三轴的加速度值及角速度值，并将所得数据存储在存储卡内，所述六轴MEMS传感器的采样频率为100Hz；

(2)当任一带六轴MEMS传感器的刮板经过刮板输送机的机尾时，其RFID信号接收装置会接收到RFID发射装置的信号，RFID信号接收装置将信息反馈给六轴MEMS传感器，六轴MEMS传感器启动WIFI模块向外发送检测的XYZ三轴的加速度值及角速度值，并持续10～15秒后自动关闭；

(3)具有WIFI功能的数据接收装置实时接收六轴MEMS传感器发来的XYZ三轴的加速度值及角速度值，并将数据传送给数据处理装置进行分析处理；

(4)重复步骤(2)和(3)，完成所有的六轴MEMS传感器数据采集过程；

(5)数据处理装置对采集的数据进行处理，根据XYZ三轴的加速度值及角速度值变化情况，得出当前刮板输送机刮板所处的运行工况；所述刮板输送机刮板的运行工况包括S弯，过机头/机尾，停止/启动，启动时间和加速度，受外力的冲击时间、受外力的冲击点及受外力的冲击方向，断链。

进一步，所述步骤(5)具体处理过程为：先通过卡尔曼滤波算法消除MEMS传感器采集的数据的误差；然后根据测得数据的不同情况，判断出刮板输送机的刮板所处的运行工况：

A、若六轴MEMS传感器测得的数据仅X轴有加速度值，Y、Z轴无加速度值，该X轴向加速度值持续一段时间后缓慢减弱到零，则刮板输送机的刮板处于启动工况，此时的采样点N0测得加速度值为启动加速度，启动时间即为X轴向加速度从开始直至为零所持续的时间；

B、若多个六轴MEMS传感器在同一采样点Ni均出现X轴或Y轴或Z轴的加速度值突变，则判断此时刮板输送机的刮板处于受外力冲击的工况；根据采样点N0即启动点，冲击出现的采样点Ni以及100Hz的采样频率得出冲击发生的时间T，公式为确定各个六轴MEMS传感器测得的加速度值发生突变差值最大的，即该六轴MEMS传感器所处刮板的位置为距离冲击点最近，从而预估出冲击点的位置；若突变加速度发生在Z轴，则表明刮板上方受到冲击，有煤块或岩块下砸；若突变加速度发生在X或Y轴，则表明刮板在纵向或横向受到冲击，有煤块或岩块滚跌；

C、将得到的各个六轴MEMS传感器的Z轴角速度对时间一次积分得到绕Z轴角度和Y轴加速度对时间一次积分得到Y向速度，若前者在一段时间内的角度值有正有负，后者的速度在此段时间内也有正负，并且二者的变化时刻相同，则表明刮板处在过S弯状态；通过将Z轴的角速度的积分和X轴、Y轴加速度的二次积分得出每个时刻的传感器在水平面的位置及偏离X轴的角度，通过曲线拟合，得出刮板过S弯的运动轨迹曲线；

D、若任意一个六轴MEMS传感器测得的Z轴的加速度值从零变化反向升高，保持一段时间后又变为零，此时X轴、Y轴的加速度值保持稳定，则确定该六轴MEMS传感器所处的刮板处于过机头或机尾状态；判断过机头或机尾的方式为：结合Y轴角速度对时间一次积分得到绕Y轴的角度，若角度从0+360K变到180+360K度，则说明此时刮板在过机头，若角度从180+360K度变到360(K+1)度，其中K为自然数，则说明刮板在过机尾；

E、通过比较所有六轴MEMS传感器测得的X轴加速度一次积分得到X轴向速度，若得出一部分的六轴MEMS传感器有速度，另一部分六轴MEMS传感器的速度为零，则表明此时刮板输送机的刮板之间发生断链；若得出的六轴MEMS传感器均有速度，则表明刮板输送机的刮板之间链条正常，若得出的六轴MEMS传感器均无速度，则表明刮板输送机处于停机状态。

与现有技术相比，本发明采用惯性测量装置、RFID发射装置、具有WIFI功能的数据接收装置和数据处理装置，将惯性测量装置设置在刮板输送机的刮板上，通过测量刮板的三轴加速度值及三轴角速度值，并将数据通过WiFi模块传递给数据接收装置，数据接收装置接收后，传递给数据处理装置进行分析处理，根据测得刮板XYZ三轴的加速度值及角速度值变化情况，得出当前刮板输送机刮板所处的运行工况；所述刮板输送机刮板的运行工况包括S弯，过机头，停止/启动，启动时间和加速度，受外力的冲击时间、受外力的冲击点及受外力的冲击方向，断链。能分析出刮板输送机所处的工况及刮板的运行情况，若分析得出有恶劣工况在刮板输送机运行过程中出现，可尽快通知工作人员采取措施维护刮板输送机运行的稳定性，尽可能保证煤炭开采的顺利进行。

附图说明

图1是本发明的整体布置图。

图2是六轴MEMS传感器在刮板上的安装示意图。

图3是本发明的数据传输图。

图4是惯性测量装置的内部电原理图。

图5是具有WIFI功能的数据接收装置的内部电原理图。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1、2、4和5所示，一种刮板输送机复杂运行工况的检测系统，包括多个惯性测量装置、RFID发射装置、具有WIFI功能的数据接收装置和数据处理装置，多个惯性测量装置均匀间隔装在刮板输送机的刮板上，所述RFID发射装置装在刮板输送机的机尾，具有WIFI功能的数据接收装置设置在刮板输送机的侧部；所述惯性测量装置由六轴MEMS传感器、存储卡、WIFI模块和RFID信号接收装置，六轴MEMS传感器分别与存储卡、WIFI模块和RFID信号接收装置连接，所述六轴MEMS传感器由三轴加速度计和三轴陀螺仪组成，三轴加速度计测量三轴加速度值，三轴陀螺仪测量三轴角速度值；所述具有WIFI功能的数据接收装置由WIFI模块和存储器组成，WIFI模块与存储器连接；所述存储器与数据处理装置连接。

进一步，所述惯性测量装置之间的间隔距离为8～12米。

进一步，所述具有WIFI功能的数据接收装置距离刮板输送机的机尾为13～15米。

如图3所示，一种刮板输送机复杂运行工况的检测方法，具体步骤为：

(1)刮板输送机运行开始时，各个六轴MEMS传感器实时检测XYZ三轴的加速度值及角速度值，并将所得数据存储在存储卡内，所述六轴MEMS传感器的采样频率为100Hz；

(2)当任一带六轴MEMS传感器的刮板经过刮板输送机的机尾时，其RFID信号接收装置会接收到RFID发射装置的信号，RFID信号接收装置将信息反馈给六轴MEMS传感器，六轴MEMS传感器启动WIFI模块向外发送检测的XYZ三轴的加速度值及角速度值，并持续10～15秒后自动关闭；

(3)具有WIFI功能的数据接收装置实时接收六轴MEMS传感器发来的XYZ三轴的加速度值及角速度值，并将数据传送给数据处理装置进行分析处理；

(4)重复步骤(2)和(3)，完成所有的六轴MEMS传感器数据采集过程；

(5)数据处理装置对采集的数据进行处理，根据XYZ三轴的加速度值及角速度值变化情况，得出当前刮板输送机刮板所处的运行工况；所述刮板输送机刮板的运行工况包括S弯，过机头/机尾，停止/启动，启动时间和加速度，受外力的冲击时间、受外力的冲击点及受外力的冲击方向，断链。

进一步，所述步骤(5)具体处理过程为：先通过卡尔曼滤波算法消除MEMS传感器采集的数据的误差；然后根据测得数据的不同情况，判断出刮板输送机的刮板所处的运行工况：

A、若六轴MEMS传感器测得的数据仅X轴有加速度值，Y、Z轴无加速度值，该X轴向加速度值持续一段时间后缓慢减弱到零，则刮板输送机的刮板处于启动工况，此时的采样点N0测得加速度值为启动加速度，启动时间即为X轴向加速度从开始直至为零所持续的时间；

B、若多个六轴MEMS传感器在同一采样点Ni均出现X轴或Y轴或Z轴的加速度值突变，则判断此时刮板输送机的刮板处于受外力冲击的工况；根据采样点N0即启动点，冲击出现的采样点Ni以及100Hz的采样频率得出冲击发生的时间T，公式为确定各个六轴MEMS传感器测得的加速度值发生突变差值最大的，即该六轴MEMS传感器所处刮板的位置为距离冲击点最近，从而预估出冲击点的位置；若突变加速度发生在Z轴，则表明刮板上方受到冲击，有煤块或岩块下砸；若突变加速度发生在X或Y轴，则表明刮板在纵向或横向受到冲击，有煤块或岩块滚跌；

C、将得到的各个六轴MEMS传感器的Z轴角速度对时间一次积分得到绕Z轴角度和Y轴加速度对时间一次积分得到Y向速度，若前者在一段时间内的角度值有正有负，后者的速度在此段时间内也有正负，并且二者的变化时刻相同，则表明刮板处在过S弯状态；通过将Z轴的角速度的积分和X轴、Y轴加速度的二次积分得出每个时刻的传感器在水平面的位置及偏离X轴的角度，通过曲线拟合，得出刮板过S弯的运动轨迹曲线；

D、若任意一个六轴MEMS传感器测得的Z轴的加速度值从零变化反向升高，保持一段时间后又变为零，此时X轴、Y轴的加速度值保持稳定，则确定该六轴MEMS传感器所处的刮板处于过机头或机尾状态；判断过机头或机尾的方式为：结合Y轴角速度对时间一次积分得到绕Y轴的角度，若角度从0+360K变到180+360K度，则说明此时刮板在过机头，若角度从180+360K度变到360(K+1)度，其中K为自然数，则说明刮板在过机尾；

E、通过比较所有六轴MEMS传感器测得的X轴加速度一次积分得到X轴向速度，若得出一部分的六轴MEMS传感器有速度，另一部分六轴MEMS传感器的速度为零，则表明此时刮板输送机的刮板之间发生断链；若得出的六轴MEMS传感器均有速度，则表明刮板输送机的刮板之间链条正常，若得出的六轴MEMS传感器均无速度，则表明刮板输送机处于停机状态。

Claims (5)

1.一种刮板输送机复杂运行工况的检测系统，其特征在于，包括多个惯性测量装置、RFID发射装置、具有WIFI功能的数据接收装置和数据处理装置，多个惯性测量装置均匀间隔装在刮板输送机的刮板上，所述RFID发射装置装在刮板输送机的机尾，具有WIFI功能的数据接收装置设置在刮板输送机的侧部；所述惯性测量装置由六轴MEMS传感器、存储卡、WIFI模块和RFID信号接收装置，六轴MEMS传感器分别与存储卡、WIFI模块和RFID信号接收装置连接，所述六轴MEMS传感器由三轴加速度计和三轴陀螺仪组成；所述具有WIFI功能的数据接收装置由WIFI模块和存储器组成，WIFI模块与存储器连接；所述存储器与数据处理装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种刮板输送机复杂运行工况的检测系统，其特征在于，所述惯性测量装置之间的间隔距离为8～12米。

3.根据权利要求1所述的一种刮板输送机复杂运行工况的检测系统，其特征在于，所述具有WIFI功能的数据接收装置距离刮板输送机的机尾为13～15米。

4.一种利用权利要求1所述的刮板输送机复杂运行工况检测系统的检测方法，其特征在于，具体步骤为：

(1)刮板输送机运行开始时，各个六轴MEMS传感器实时检测XYZ三轴的加速度值及角速度值，并将所得数据存储在存储卡内，所述六轴MEMS传感器的采样频率为100Hz；

(2)当任一带六轴MEMS传感器的刮板经过刮板输送机的机尾时，其RFID信号接收装置会接收到RFID发射装置的信号，RFID信号接收装置将信息反馈给六轴MEMS传感器，六轴MEMS传感器启动WIFI模块向外发送检测的XYZ三轴的加速度值及角速度值，并持续10～15秒后自动关闭；

(3)具有WIFI功能的数据接收装置实时接收六轴MEMS传感器发来的XYZ三轴的加速度值及角速度值，并将数据传送给数据处理装置进行分析处理；

(4)重复步骤(2)和(3)，完成所有的六轴MEMS传感器数据采集过程；

(5)数据处理装置对采集的数据进行处理，根据XYZ三轴的加速度值及角速度值变化情况，得出当前刮板输送机刮板所处的运行工况；所述刮板输送机刮板的运行工况包括S弯，过机头/机尾，停止/启动，启动时间和加速度，受外力的冲击时间、受外力的冲击点及受外力的冲击方向，断链。

5.根据权利要求4所述的刮板输送机复杂运行工况检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤(5)具体处理过程为：先通过卡尔曼滤波算法消除MEMS传感器采集的数据的误差；然后根据测得数据的不同情况，判断出刮板输送机的刮板所处的运行工况：

A、若六轴MEMS传感器测得的数据仅X轴有加速度值，Y、Z轴无加速度值，该X轴向加速度值持续一段时间后缓慢减弱到零，则刮板输送机的刮板处于启动工况，此时的采样点N0测得加速度值为启动加速度，启动时间即为X轴向加速度从开始直至为零所持续的时间；

B、若多个六轴MEMS传感器在同一采样点Ni均出现X轴或Y轴或Z轴的加速度值突变，则判断此时刮板输送机的刮板处于受外力冲击的工况；根据采样点N0即启动点，冲击出现的采样点Ni以及100Hz的采样频率得出冲击发生的时间T，公式为确定各个六轴MEMS传感器测得的加速度值发生突变差值最大的，即该六轴MEMS传感器所处刮板的位置为距离冲击点最近，从而预估出冲击点的位置；若突变加速度发生在Z轴，则表明刮板上方受到冲击，若突变加速度发生在X或Y轴，则表明刮板在纵向或横向受到冲击；

C、将得到的各个六轴MEMS传感器的Z轴角速度对时间一次积分得到绕Z轴角度和Y轴加速度对时间一次积分得到Y向速度，若前者在一段时间内的角度值有正有负，后者的速度在此段时间内也有正负，并且二者的变化时刻相同，则表明刮板处在过S弯状态；通过将Z轴的角速度的积分和X轴、Y轴加速度的二次积分得出每个时刻的传感器在水平面的位置及偏离X轴的角度，通过曲线拟合，得出刮板过S弯的运动轨迹曲线；

D、若任意一个六轴MEMS传感器测得的Z轴的加速度值从零变化反向升高，保持一段时间后又变为零，此时X轴、Y轴的加速度值保持稳定，则确定该六轴MEMS传感器所处的刮板处于过机头或机尾状态；判断过机头或机尾的方式为：结合Y轴角速度对时间一次积分得到绕Y轴的角度，若角度从0+360K变到180+360K度，则说明此时刮板在过机头，若角度从180+360K度变到360(K+1)度，其中K为自然数，则说明刮板在过机尾；

E、通过比较所有六轴MEMS传感器测得的X轴加速度一次积分得到X轴向速度，若得出一部分的六轴MEMS传感器有速度，另一部分六轴MEMS传感器的速度为零，则表明此时刮板输送机的刮板之间发生断链；若得出的六轴MEMS传感器均有速度，则表明刮板输送机的刮板之间链条正常，若得出的六轴MEMS传感器均无速度，则表明刮板输送机处于停机状态。