CN113816097B - 一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统和方法，监测及故障诊断系统包括多个被监测机构、传感器模块、监测分站、交换机和监测诊断计算机，所述传感器模块安装在被监测机构的各个待监测设备上，监测被监测机构的运行状态，将监测到的物理信号传输给监测分站，所述监测分站经过交换机采用局域网将物理信号传输给监测诊断计算机，在监测诊断计算机上进行可视化的数据监测、故障诊断；本发明的监测诊断计算机将传感器模块检测到的输入的物理信号由信号处理模块、特征提取模块进行特征值提取，与故障档案库的数值进行对比，最终显示相应的状态提醒和报警灯指示，有效提升了系统的工作效率，提高了工作安全系数，提高了监测诊断效率。

Description

一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统和方法

技术领域

本发明涉及液压系统技术领域，具体涉及一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统和方法。

背景技术

自移机尾是煤矿综采综掘工作面的移动设备，主要与皮带机和转载机配套使用。通过调研发现，目前对于自移机尾的研究主要集中于结构设计、动态分析、液压控制、仿真建模四大方面，对自移机尾的状态监测及故障诊断研究较少，进而对自移机尾液压系统的智能监测及诊断更少。现阶段，自移机尾液压系统状态监测及故障诊断主要依赖于人工经验，通过专业的工程技术人员，结合现场各测试设备的参数，依赖于已有的故障模式，进行故障设备的识别与定位。

目前，有很多研究人员专注于自移机尾的研究。2021年5月7日授权的中国专利“一种可视化智能自移机尾及其操作方法”(申请号202110113411.1)，通过图像采集并保存上传到故障诊断系统来实现位姿调整，没有对故障进行分析识别；2019年10月8日授权的中国专利“一种成套刮板输送设备远程故障分析及评估系统”(申请号201810706462.3)，设计了自移机尾监控系统，通过对比数据模型诊断设备运行情况，分析故障发生点。但上述两种专利只是针对故障诊断这一方面进行阐述，并没有将在线监测与故障诊断进行有机融合。

煤矿综采综掘工作面向着智能化发展，为了最大限度的提高生产效率和产品质量，必须保证设备处于健康正常的工况下运转，一旦设备发生故障，必须第一时间知晓，尤其液压系统故障存在多样性和突发性，且成因复杂、危害严重等使得液压系统仅靠人工诊断难以及时顺利的完成故障判断工作。所以设计一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断就显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统和方法，能够解决现有设计所存在的问题。

本发明的技术方案是：一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统，包括多个被监测机构、传感器模块、监测分站、交换机和监测诊断计算机，所述传感器模块安装在被监测机构的各个待监测设备上，监测被监测机构的运行状态，将监测到的物理信号传输给监测分站，所述监测分站经过交换机采用局域网将物理信号传输给监测诊断计算机，在监测诊断计算机上进行可视化的数据监测、故障诊断；

所述被监测机构包括料架调偏机构、皮带调偏机构、支腿机构、行走机构、主回路，所述待监测设备包括供油油缸、液压阀块、变量柱塞泵、液压油缸、液压马达；

所述传感器模块包括多个压力传感器、温度传感器、振动位移传感器，所述压力传感器包括SP1压力传感器和SP2压力传感器，所述SP1压力传感器安装在1#液压阀块的出油侧，所述SP2压力传感器安装在2#液压阀块的进油侧，用于测量并收集其压力信号值；所述温度传感器安装于供油油缸内，用于测量并收集供油油缸的温度；所述振动位移传感器用于测量并收集液压油缸外壳振动数据；

所述监测分站安装于井下集控室，用于实现井下通信功能，用于接收传感器模块监测的物理信号；

所述监测诊断计算机包括显示界面和故障档案库、信号处理模块、特征提取模块、故障判断模块，所述显示界面包括设备显示区、报警灯指示区、设备状态监测诊断区、主开关及时间按钮，检测到的物理信号由信号处理模块、特征提取模块进行特征值提取，与故障档案库的数值进行对比，故障判断模块诊断显示相应的提醒，同时报警灯指示区显示相应指示。

优选的，所述设备显示区包括接料架调偏机构监测诊断区、皮带调偏机构监测诊断区、支腿机构监测诊断区、行走机构监测诊断区、主回路监测诊断区，从而进行模块化的实时监测诊断，提高了监测诊断效率。

优选的，所述包括正常运行指示、故障运行指示和停机状态指示，这三个指示状态分别对应报警灯的绿、红、黑。

优选的，所述设备状态监测区包括压力监测诊断区、振动位移诊断区和温度监测诊断区。

优选的，所述报警灯指示区当且仅当显示一种颜色，即当且仅当有以下一种运行状态：正常运行、故障运行和停机。

本发明还提供一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断方法，其步骤包括：

（1）打开监测诊断计算机按下主开关，使开关处于ON的位置，传感器模块实时监测各被监测机构运行状况；

（2）传感器模块将采集到的信号传输给监测分站，所述监测分站经过交换机采用局域网将物理信号传输给监测诊断计算机的信号处理模块，经处理再经特征提取模块进行特征值提取，与故障档案库的数值进行对比，根据对比结果，报警灯指示区根据不同颜色报警灯显示当前运行状态，当所输入的物理信号超出了设定值时，报警灯变红，当所输入的物理信号在设定值范围时，报警灯变绿；

（3）通过点击选取设备显示区中接料架调偏机构监测诊断区、皮带调偏机构监测诊断区、支腿机构监测诊断区、行走机构监测诊断区、主回路监测诊断区下方对应的确定按钮，进入对应的被监测机构的显示界面，界面内有动作位移曲线图、温度分布曲线图，可直观查看被监测机构运行状况。

进一步的，通过点击选取设备状态监测区包括压力监测诊断区、振动位移诊断区和温度监测诊断区，进入对应的被监测机构的设备状态监测区子界面，在子界面内可以进行阈值设定与误差范围设定校准。

本发明的优点是：

（1）将自移机尾在线监测与故障诊断进行有机融合，在监测计算机的软件系统中对各机构液压系统的物理信号进行监测诊断，降低了意外停机、应急停机的次数，有效提升了系统的工作效率；

（2）自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统可以在监测计算机上进行可视化的监测与智能诊断，减少了人员的干预，提高了工作安全系数；

（3）自移机尾液压系统状态监测及故障诊断软件系统设置了五个模块区域，从而进行模块化的实时监测诊断，提高了监测诊断效率。

附图说明

图1是本发明一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统液压系统图；

图2是本发明一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统流程图；

其中：1、ST温度传感器，2、供油油缸，3、1#液压阀块，4、SP1压力传感器，5、2#液压阀块，6、变量柱塞泵，7、SP2压力传感器，8、液压油缸，9、 SX振动位移传感器，10、液压马达。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做清楚完整的描述，以使本领域的技术人员在不需要作出创造性劳动的条件下，能够充分实施本发明。

本发明的具体实施方式是：如图1-2所示，一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统，包括多个被监测机构、传感器模块、监测分站、交换机和监测诊断计算机，所述传感器模块安装在被监测机构的各个待监测设备上，监测被监测机构的运行状态，将监测到的物理信号传输给监测分站，所述监测分站经过交换机采用局域网将物理信号传输给监测诊断计算机，在监测诊断计算机上进行可视化的数据监测、故障诊断；

所述被监测机构包括料架调偏机构、皮带调偏机构、支腿机构、行走机构、主回路，所述待监测设备包括供油油缸2、液压阀块、变量柱塞泵6、液压油缸8、液压马达10；

所述传感器模块包括多个压力传感器、ST温度传感器1、SX振动位移传感器9，所述压力传感器包括SP1压力传感器4和SP2压力传感器7，所述SP1压力传感器4安装在1#液压阀块3的出油侧，所述SP2压力传感器7安装在2#液压阀块5的进油侧，用于测量并收集其压力信号值；所述ST温度传感器1安装于供油油缸2内，用于测量并收集供油油缸2的温度；所述SX振动位移传感器9用于测量并收集料架调偏机构1#~2#、皮带调偏机构3#~6#、支腿机构7#~10#液压油缸8外壳振动数据；

所述监测分站为矿用本安型监测分站，安装于井下集控室，用于实现井下通信功能，用于接收传感器模块监测的物理信号；

所述监测诊断计算机包括显示界面和故障档案库、信号处理模块、特征提取模块、故障判断模块，所述显示界面包括设备显示区、报警灯指示区、设备状态监测诊断区、主开关及时间按钮，检测到的物理信号由信号处理模块、特征提取模块进行特征值提取，与故障档案库的数值进行对比，故障判断模块诊断显示相应的提醒，同时报警灯指示区显示相应指示。

优选的，所述设备显示区包括接料架调偏机构监测诊断区、皮带调偏机构监测诊断区、支腿机构监测诊断区、行走机构监测诊断区、主回路监测诊断区，从而进行模块化的实时监测诊断，提高了监测诊断效率。

优选的，所述包括正常运行指示、故障运行指示和停机状态指示，这三个指示状态分别对应报警灯的绿、红、黑。

优选的，所述的设备状态监测区包括压力监测诊断区、振动位移诊断区和温度监测诊断区。

优选的，所述报警灯指示区当且仅当显示一种颜色，即当且仅当有以下一种运行状态：正常运行、故障运行和停机。

本发明还提供一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断方法，其步骤包括：

（1）打开监测诊断计算机按下主开关，使开关处于ON的位置，传感器模块实时监测各被监测机构运行状况；

（2）传感器模块将采集到的信号传输给监测分站，所述监测分站经过交换机采用局域网将物理信号传输给监测诊断计算机的信号处理模块，经处理再经特征提取模块进行特征值提取，与故障档案库的数值进行对比，根据对比结果，报警灯指示区根据不同颜色报警灯显示当前运行状态，当所输入的物理信号超出了设定值时，报警灯变红，当所输入的物理信号在设定值范围时，报警灯变绿；

（3）通过点击选取设备显示区中接料架调偏机构监测诊断区、皮带调偏机构监测诊断区、支腿机构监测诊断区、行走机构监测诊断区、主回路监测诊断区下方对应的确定按钮，进入对应的被监测机构的显示界面，界面内有动作位移曲线图、温度分布曲线图，可直观查看被监测机构运行状况。

以接料架调偏机构运行状态及其故障诊断为例来进行操作说明，按下主开关，使开关处于ON的位置，则报警灯指示区会显示当前各机构运行状态，鼠标单击接料架调偏机构下方的确定按钮，则设备状态监测区会默认显示接料架调偏机构动作位移曲线图，监测区有设定曲线和实时曲线，当所输入的物理信号超出了设定值时，报警灯变红。

进一步的，通过点击选取设备状态监测区包括压力监测诊断区、振动位移诊断区和温度监测诊断区，进入对应的被监测机构的设备状态监测区子界面，在子界面内可以进行阈值设定与误差范围设定校准。

以接料架调偏机构运行状态及其故障诊断为例来进行子界面的操作进行说明，双击监测区，软件会进入接料架调偏机构的子界面，在该界面中，可以设定阈值与误差范围，当实时数据超出阈值范围时，报警灯变红，在子系统左侧面板可以选择要监测诊断的物理量和检测点，当被选中时，相应的按钮颜色变深。

具体的，当所检测到的压力信号经信号处理模块、特征提取模块进行特征值提取，与故障档案库的数值进行对比，当压力信号特征值处在设定的P1~P2区间时，主回路阀块设备显示正常，报警灯为绿色；否则报警灯变红，弹窗显示“阀块压力异常”；当温度信号特征值小于T时，主回路供油油缸2显示正常，报警灯为绿色，否则报警灯变红，弹窗显示“油温异常”；当接料架调偏机构的1#液压油缸和2#液压油缸位移特征值处在X1~X2区间时，接料架调偏机构显示正常，报警灯为绿色，否则报警灯变红，弹窗显示“接料架调偏机构液压油缸异常(原因为活塞杆磨损锈蚀、活塞磨损或导向套密封损坏)”；当3#~6#液压油缸2位移特征值处在X3~X4区间时，皮带调偏机构显示正常，报警灯为绿色，否则报警灯变红；当7#~10#液压油缸位移特征值处在X5~X6区间时，皮带调偏机构显示正常，报警灯为绿色，否则报警灯变红。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述，需要指出的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断系统，其特征在于，包括多个被监测机构、传感器模块、监测分站、交换机和监测诊断计算机，所述传感器模块安装在被监测机构的各个待监测设备上，监测被监测机构的运行状态，将监测到的物理信号传输给监测分站，所述监测分站经过交换机采用局域网将物理信号传输给监测诊断计算机，在监测诊断计算机上进行可视化的数据监测、故障诊断；

所述被监测机构包括料架调偏机构、皮带调偏机构、支腿机构、行走机构、主回路，所述待监测设备包括供油油缸、液压阀块、变量柱塞泵、液压油缸、液压马达；

所述传感器模块包括多个压力传感器、温度传感器、振动位移传感器，所述压力传感器包括SP1压力传感器和SP2压力传感器，所述SP1压力传感器安装在1#液压阀块的出油侧，所述SP2压力传感器安装在2#液压阀块的进油侧，用于测量并收集其压力信号值；所述温度传感器安装于供油油缸内，用于测量并收集供油油缸的温度；所述振动位移传感器用于测量并收集液压油缸外壳振动数据；

所述监测分站安装于井下集控室，用于实现井下通信功能，用于接收传感器模块监测的物理信号；所述监测诊断计算机包括显示界面和故障档案库、信号处理模块、特征提取模块、故障判断模块，所述显示界面包括设备显示区、报警灯指示区、设备状态监测区、主开关及时间按钮，检测到的物理信号由信号处理模块、特征提取模块进行特征值提取，与故障档案库的数值进行对比，故障判断模块诊断显示相应的提醒，同时报警灯指示区显示相应指示；

所述设备显示区包括接料架调偏机构监测诊断区、皮带调偏机构监测诊断区、支腿机构监测诊断区、行走机构监测诊断区、主回路监测诊断区，从而进行模块化的实时监测诊断，提高了监测诊断效率；所述报警灯指示区包括正常运行指示、故障运行指示和停机状态指示，这三个指示状态分别对应报警灯的绿、红、黑；所述设备状态监测区包括压力监测诊断区、振动位移诊断区和温度监测诊断区；所述报警灯指示区当且仅当显示一种颜色，即当且仅当有以下一种运行状态：正常运行、故障运行和停机。

2.利用权利要求1所述的监测及故障诊断系统的一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断方法，其特征在于，其步骤包括：

（1）打开监测诊断计算机按下主开关，使开关处于ON的位置，传感器模块实时监测各被监测机构运行状况；

（2）传感器模块将采集到的信号传输给监测分站，所述监测分站经过交换机采用局域网将物理信号传输给监测诊断计算机的信号处理模块，经处理再经特征提取模块进行特征值提取，与故障档案库的数值进行对比，根据对比结果，报警灯指示区根据不同颜色报警灯显示当前运行状态，当所输入的物理信号超出了设定值时，报警灯变红，当所输入的物理信号在设定值范围时，报警灯变绿；

（3）通过点击选取设备显示区中接料架调偏机构监测诊断区、皮带调偏机构监测诊断区、支腿机构监测诊断区、行走机构监测诊断区、主回路监测诊断区下方对应的确定按钮，进入对应的被监测机构的显示界面，界面内有动作位移曲线图、温度分布曲线图，可直观查看被监测机构运行状况。

3.根据权利要求2所述的一种自移机尾液压系统状态监测及故障诊断方法，其特征在于，设备状态监测区包括压力监测诊断区、振动位移诊断区和温度监测诊断区，通过点击选取进入对应的被监测机构的设备状态监测区子界面，在子界面内可以进行阈值设定与误差范围设定校准。

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