CN117880663A - 一种用于矿井提升机的智能化监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于矿井提升机的智能化监控系统，包括提升机总系统，所述提升机总系统由车房控制系统、专家智能系统、井口控制系统、井筒和井底控制系统、环境监测系统、智能视频监控系统、网络通讯和数据远传通道、调度管理和监控平台、远程服务平台六大子系统、一条通道和两个平台构成。通过采用了适用于矿井提升机智能化监控系统的“专家智库”软件系统，实现了故障自诊断、管理自动化等功能，并能要求维护人员对设备按照条款精准维护，避免疏漏，提高了故障处理的准确性和效率，提供精准维护建议，提高了提升机系统的智能水平，减少了停机时间，提升了设备可靠性和生产效率。
Description
技术领域
本发明属于矿井提升机监控技术领域，具体涉及一种用于矿井提升机的智能化监控系统。
背景技术
矿山作为一种高风险行业，安全管理一直是矿山企业关注的重点，矿井提升机是矿山生产过程中的关键设备，监控和管理其运行状态对于确保矿工安全具有重要意义。因此，为了提高矿山安全管理水平，矿山企业对矿井提升机智能化监控设备的需求与日俱增。
目前，许多矿山的矿井提升机存在着一些问题，如设备老旧、故障率高、维护困难等。这些问题不仅影响了矿山的正常生产，也给安全生产带来了潜在的隐患。随着电子技术、计算机技术、物联网技术的发展，采用智能化监控系统来提高矿井提升机系统安全性成为可能。采用智能化监控系统可以实现对矿井提升机的实时监控、故障诊断、远程控制、精准维护等功能，提高设备运行的安全性和可靠性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种用于矿井提升机的智能化监控系统，具备可以实现对矿井提升机的实时监控、故障诊断、远程控制和精准维护的优点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于矿井提升机的智能化监控系统，包括提升机总系统，所述提升机总系统由车房控制系统、专家智能系统、井口控制系统、井筒和井底控制系统、环境监测系统、智能视频监控系统、网络通讯和数据远传通道、调度管理和监控平台、远程服务平台六大子系统、一条通道和两个平台构成。
所述专家智能系统包括提升机主要子系统监控、专家智库应用软件包组成，可对提升机系统的主要设备、传感器、执行器的工况信息以及温湿度外部环境数据和信息进行实时监控，对设备和系统的故障和潜在故障信息进行管理和分析，具有工况复现、精准维修和远程诊断高级智能化功能；专家智库的主要软件功能模块为设备管理模块、设备工况监控模块、信息管理模块、系统工况复现模块、专家智库模块、系统自诊断和远程诊断模块。
优选的，所述车房控制系统包括供电系统、调速系统、润滑系统、液压系统、闸控系统、电控系统，以及主要设备的振动检测、轴温检测、设备噪音检测。
优选的，所述井口控制系统包括稳绳检测、闸门检测、曲轨检测、箕斗检测、轴温检测、钢绳检测、井口信号、操车、稳绳调整、自动卸载设施的智能化控制。
优选的，所述井筒和井底控制系统包括天轮、罐笼、尾绳、给煤机、自动装载以及煤仓设备工况智能监控。
优选的，所述环境监测系统包括井口检测、井筒检测、井底检测和车房检测，主要对关键场所的温度、湿度、振动、噪音、进行实时监测，具备预警和故障报警功能。
优选的，所述智能视频监控系统主要通过可见光和热成像监控探头，监测井口、井底、车房关键部位和设施，借助机器视觉和人工智能AI算法，以非接触方式监控设备表面温度，判断异物区域入侵，可更便捷、更快速、更高效、更智能地监控设备运行工况。
优选的，所述网络通讯和数据远传通道主要是系统配置有丰富的软件硬件通信接口，可通过通信网将系统信息与调度指挥中心、远程服务平台进行信息交互，可方便地实现数据远传。
优选的，所述调度管理和监控平台主要通过提供软硬件支持，以通讯方式与矿山调度管理监控平台实现数据交互，满足用户智能化矿山的建设和运行要求。
优选的，所述远程服务平台主要通过基于可靠的网络安全机制支持，通过公网实现设备远程诊断智能化功能，并支持提升机大型矿山设备的远程监测和高质量服务。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过采用了适用于矿井提升机智能化监控系统的“专家智库”软件系统，实现了故障自诊断、管理自动化等功能，并能要求维护人员对设备按照条款精准维护，避免疏漏，提高了故障处理的准确性和效率，提供精准维护建议，提高了提升机系统的智能水平，减少了停机时间，提升了设备可靠性和生产效率。
2、通过智能视频监控技术，具有可见光和红外温度两种监控模式。两种模式均具备电子围栏功能，能够在指定区域有异物入侵(包括人、设备和其他)时进行报警，提升了矿井提升机的安全性和可靠性。其中，红外温度摄像头监控技术，实现了实时非接触式温度监测，多点全景温度分布监测，并通过热图像分析和故障诊断提高故障检测和预防能力，同时能够对非可见光区域进行清晰的监控，对光线不良的井下环境监控带来极大的改善。
附图说明
图1为本发明的井口控制系统出结构示意图；
图2为本发明的井筒及井底控制系统处结构示意图；
图3为本发明的车房控制系统结构示意图；
图4为本发明的环境监测系统处结构示意图；
图5为本发明的视频监测系统处结构示意图。
图6为本发明的总系统结构示意图；
图7为本发明的远程控制中心处结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种用于矿井提升机的智能化监控系统，包括提升机总系统，所述提升机总系统由车房控制系统、专家智能系统、井口控制系统、井筒和井底控制系统、环境监测系统、智能视频监控系统、网络通讯和数据远传通道、调度管理和监控平台、远程服务平台六大子系统、一条通道和两个平台构成。
所述专家智能系统包括提升机主要子系统监控、专家智库应用软件包组成，可对提升机系统的主要设备、传感器、执行器的工况信息以及温湿度外部环境数据和信息进行实时监控，对设备和系统的故障和潜在故障信息进行管理和分析，具有工况复现、精准维修和远程诊断高级智能化功能；专家智库的主要软件功能模块为设备管理模块、设备工况监控模块、信息管理模块、系统工况复现模块、专家智库模块、系统自诊断和远程诊断模块。
车房控制系统包括供电系统、调速系统、润滑系统、液压系统、闸控系统、电控系统，以及主要设备的振动检测、轴温检测、设备噪音检测。
井口控制系统包括稳绳检测、闸门检测、曲轨检测、箕斗检测、轴温检测、钢绳检测、井口信号、操车、稳绳调整、自动卸载设施的智能化控制。
井筒和井底控制系统包括天轮、罐笼、尾绳、给煤机、自动装载以及煤仓设备工况智能监控。
环境监测系统包括井口检测、井筒检测、井底检测和车房检测，主要对关键场所的温度、湿度、振动、噪音、进行实时监测，具备预警和故障报警功能。
智能视频监控系统主要通过可见光和热成像监控探头，监测井口、井底、车房关键部位和设施，借助机器视觉和人工智能AI算法，以非接触方式监控设备表面温度，判断异物区域入侵，可更便捷、更快速、更高效、更智能地监控设备运行工况。
网络通讯和数据远传通道主要是系统配置有丰富的软件硬件通信接口，可通过通信网将系统信息与调度指挥中心、远程服务平台进行信息交互，可方便地实现数据远传。
调度管理和监控平台主要通过提供软硬件支持，以通讯方式与矿山调度管理监控平台实现数据交互，满足用户智能化矿山的建设和运行要求。
远程服务平台主要通过基于可靠的网络安全机制支持，通过公网实现设备远程诊断智能化功能，并支持提升机大型矿山设备的远程监测和高质量服务。
实例一：根据提升机系统的功能需求，进行机械结构的设计，包括壳体、主机、保护器、断路器、显示器等硬件的布局和连接方式，设备的重心、稳定性、牢固程度等。基本需求确定后，在机械结构的基础上，对外观进行设计，包括外形、颜色、标识等，以满足矿井提升机系统的整体形象和使用环境要求。
实例二：请参阅图7，根据需求，进行远程控制中心的建设：
控制中心服务器主控管理程序分为用户端和服务器端，整体架构将分为五个逻辑层面：现场数据采集、现场数据传输、数据存储、数据展示和远程服务。
现场数据采集层面：使用工业现场总线技术，稳定可靠的采集数据，涉及到各类协议有，MPI、PPI、Profibus、Modbus TCP、RS485通讯。这些通讯协议在现场应用多年，安全性、稳定性是有保障的。采集到的数据能够即时存放在主机当中，并可以通过网络进行远传。
现场数据传输层面：从现场主机将数据传输到服务器上，涉及到网络，考虑安全性问题，采用VPN专用网络技术传输数据，同时对主机端口进行各类型规则管控，确保主机处于安全的环境中，数据能够安全传输到服务器上。
数据存储层面：现场设备传输的数据量比较大，采用消息队列服务器进行数据接收，然后将数据转存进MongonDB数据库，同时对数据进行热备份。数据同时有两份存在，确保数据的万无一失。
数据展示层面：使用Java技术，将数据按照某种逻辑进行展示，呈现的数据是为了便于用户查看，用户分为多种：管理层、技术工程师。充分考虑两类人员对于数据呈现的要求，分成多个界面进行展示。
远程服务层面：和数据传输层面采用相同的VPN专用网络技术传输数据，允许系统管理员通过互联网或移动通信网络对系统进行远程维护和管理。
实例三：“专家智库”管理软件的设计：
“专家智库”管理软件前台功能方面主要由“设备工况监控模块”、“系统工况复现模块”、“故障管理模块”、“精准维护模块”、“自诊断模块”和“设备管理模块”组成，具体要求如下：
1、模块一“设备工况监控模块”：通过安全可靠的技术手段，实时检测、记录和监控现场系统设备的工况状态，以动态和直观的方式表现设备状态信息。
a)高、低压供电设备：电压、电流、功率、功率因数、故障信息等；
b)电机驱动设备(变频器和调速器)：电压、电流、功率、功率因数、故障信息等；
c)电动机、减速机、滚筒等主要机电设备的三维机械振动、噪音、轴瓦温度等，钢丝绳工况状态等；
d)润滑站、液压站和闸控：制动油压、压差、油温、油质、润滑油温、闸间隙、闸疲劳和闸偏摆等；
e)与提升工艺过程有关信息监控：容器位置、运行速度、速度图、力图、信号状态、运行方向、正反到位、加减速信息等；
1)模块二“系统工况复现模块”：该模块是系统专家智库的前置模块。用户可根据问题分析需要，选择单台或多台设备，在确定的故障时刻，复现设备相应时刻的运行状况。该功能极大的方便了设备故障原因分析，有利于找到问题根源，排除设备和管理中存在的深层次原因。
2)模块三“故障管理模块”：该模块主要针对设备运行中存在的故障和潜在故障信息，进行统计、分类、归纳和深度分析，借助专家经验或以往问题处理经验，进行综合分析和判断。为实现提升系统的智能化运行、故障诊断、故障排除等提供支持。系统以语音方式协助维护人员锁定故障现象、分析故障原因，指导故障排除。
3)模块四“精准维护模块”：为确保提升机系统的安全性能，按规程要求用户每天都应该进行相关保护试验和设备维检。系统可根据设备每班的实际运行状况，对主要设备存在的隐患进行量化和监控，对指标超限的设备和部位日常维护、重点维护和强化维护分布予以警示。自动提醒维护人员及时检查和处理，系统自动记录问题排查结果。
4)模块五“自诊断模块”：专家智库具有根据现场设备配置不同，设置有传感器自诊断、主要设备自诊断和提升系统三级自诊断功能。提高了系统可靠性和潜在故障预判能力。
5)模块六“设备管理模块”：建立设备档案，设备大修和日常维保信息等，对设备全生命周期内的主要信息进行系统管理，提供精准维护导引。
按照上述功能要求，使用“力控ForceControl”作为编程软件，设计过程如下：
1)按照监控方案，为每个需要监控的参数或设备状态设计相应的监控界面，包括数据展示、报警提示、历史记录等功能；
2)为添加的设备设置连接方式、通讯协议、通讯参数等，以便与提升机系统进行数据传输和通讯。
3)为每个需要监控的参数或设备状态设置相应的报警范围，并添加报警事件，以便在异常情况发生时进行报警提示。
4)为每个需要监控的参数或设备状态添加历史记录功能，以便对历史数据进行记录和分析。
5)使用MySQL创建数据库对各类参数进行管理，具体过程如下：
a)首先，在MySQL中创建一个新的数据库，用于存储提升机系统监控采样的数据。
CREATE DATABASE hoist_monitoring；
b)在数据库中创建数据表，用于存储采样数据。根据提升机智能化监控的需求，可以创建多个数据表，分别存储不同类型的数据。
CREATE TABLE samples(
id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
timestamp TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
sensor_id INT,
value VARCHAR(255)
)；
//上述命令创建了一个包含id、timestamp、sensor_id和value四个字段的数据表。id字段是自增的主键，timestamp字段用于存储采样时间戳，sensor_id字段用于存储传感器ID，value字段用于存储采样值。
c)插入数据：通过插入语句将数据插入到数据表中。
INSERT INTO samples(sensor_id,value)VALUES(1,'312.32')；
//上述命令将传感器ID为1的采样值'312.32'插入到samples数据表中。
d)使用查询语句可以获取存储在数据表中的数据。
SELECT*FROM samples WHERE timestamp>＝DATE_SUB(NOW(),INTERVAL 1HOUR)；
//上述命令将返回最近一小时内的所有采样数据。
e)通过使用MySQL的查询语句和分析函数，可以对存储的数据进行分析和处理。
SELECT sensor_id,AVG(CAST(value ASDECIMAL))AS average_value FROMsamples GROUP BY sensor_id；
//上述命令将按照传感器ID分组，并计算每个传感器的平均采样值。
为了确保数据的安全性和完整性，可以定期备份数据库。同时，在需要时可以使用备份文件还原数据。使用MySQL提供的备份和还原工具，mysqldump和mysql命令行工具，执行备份和还原操作。
实例四：工况复现功能设计：
该功能需要能够按照输入的开始时间、结束时间查阅运行过程中的综合数据，并以动画、力图、表格的形式显示出来，设计工作分以下几个步骤：
a)在"ForceControl"软件中，创建“工况复现”模块项目；
b)在组态中，找到需要展示数据变动的部分，创建显示显示区域或图表；
c)在控件属性设置中，找到数据源选项，并选择MySQL数据库作为数据源类型，并配置MySQL数据库连接。
d)创建SQL查询语句，从MySQL数据库中检索需要展示的数据。确保查询语句返回的结果包含时间戳字段，用于按照时间线展示数据变动；
e)将SQL查询语句与控件绑定，并将时间戳字段设置为X轴；
f)运行监控项目进行测试。
实例五：精准维护功能设计：
精准维护分为日常维护、强化维护和重点维护共三级维护进行管理。
日常维护：包括了相关的主井维检制度中规定的所有应定期维护和检修的项目，维护(检修)周期分为每班、每天、每周、每十天、每月、每季度、每半年、每年等8类，系统应按照相应时间发出维护提醒。当班维检人员应按规定进行维护，并登录账号填写维护记录，尤其是看到维护提醒后，应及时安排或立即进行对应的日常维护，填写日常维护记录后维护工作才算完成。
强化维护：系统通过将实时检测到数据信息，与所设定的预警值进行比较判定，在报出预警信息后，同时会对应生成一条要求进行强化维护的维护项目，当班维检人员应根据报警提示及时进行针对性强化维护，排查和排除故障隐患，并在强化维护中填写记录后维护工作才算完成。
重点维护：系统通过将实时检测到数据信息，与所设定的故障保护值进行比较判定，在报出故障信息后，同时会对应生成一条要求进行重点维护的维护项目，当班维检人员应根据故障提示及时进行针对性重点维护，排查和排除故障隐患，并在重点维护中填写记录后维护工作才算完成。
设计基本原则：
a)通过对监控系统整体分析，列举各项监测数据发生异常时会产生的触发条件，以及处理该项异常应进行的办法；
b)使用"ForceControl"对管理程序设置触发条件和命令生成逻辑，导入触发条件，并生成新的表格，表格内为异常条件处理办法；
持续对新生成的处理办法监视条件变化，并纳入“工作计划”管理范畴，
直至该项指令被处理完毕。
实例六：视频监控软件设计：
1、电子围栏功能设计过程：
a)对视频监控画面进行逐帧分析，在采集的第一帧图像中绘制多边形作为要监控的重点区域。通过将当前帧源图像进行预处理，屏蔽当前帧源图像中的非重点区域；
b)使用Python(OpenCV)对图像中重点区域进行中值滤波处理，相应命令如下：
import cv2
import numpy as np
#读取图像
img＝cv2.imread('input.jpg',0)
#应用中值滤波
filtered_img＝cv2.medianBlur(img,5)
#保存滤波后的图像
cv2.imwrite('output.jpg',filtered_img)
c)将预处理后的图像进行阴影检测，判断是否有目标入侵。
d)如果有目标入侵，输出报警信息。
2、红外温度监控功能设计
选型使用海康威视红外线摄像仪，使用自制的管理软件，需要具备以下功能：
a)实时显示的成像区域使用伪彩色视频信息，温度的变化在伪彩色视觉上应具备可区分性；
b)温度显示交互界面应具备温度检测设置功能，设置信息应包括：采样频率、温度单位、测温范围等；
c)能够使用鼠标在界面中设置重点温度检测区域。检测区域的形状可根据顶点自由设置，边缘点和边缘点之间以直线方式连接；
d)能够对终点温度检测区域设置温度报警阈值；
e)重点检测区域的可设置个数不得少于10个，每个区域都能单独设置报警阈值；
f)检测区域温度超限时，屏幕有指示标志闪烁，同时应显示超温区域标号、阈值温度、越界温度；
能够对出现超温的时间进行记录，并可查询。
实例七：试验平台的搭建：
新建提升机智能化监控测试平台，尽量仿照矿山的实际工况进行建设，要求有提升机、电动机、减速机、变频器、配电柜、切换柜以及煤矿主井井架，其中主井井架至少应具备天轮(含座、轴)、钢丝绳、箕斗等，应能正常提升。
相应的传感器配置如表1：
表1小提升机平台传感器安装表
实例八：系统功能测试及工业试运行：
系统出厂前初步调试，各功能模块启动正常后，将设备进行现场调试、测试和工业试运行，经现场调试后进行的测试报告见表2：
表2矿井提升机智能化监控系统功能测试报告
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尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种用于矿井提升机的智能化监控系统，包括提升机总系统，其特征在于：所述提升机总系统由车房控制系统、专家智能系统、井口控制系统、井筒和井底控制系统、环境监测系统、智能视频监控系统、网络通讯和数据远传通道、调度管理和监控平台、远程服务平台六大子系统、一条通道和两个平台构成；
所述专家智能系统包括提升机主要子系统监控、专家智库应用软件包组成，可对提升机系统的主要设备、传感器、执行器的工况信息以及温湿度外部环境数据和信息进行实时监控，对设备和系统的故障和潜在故障信息进行管理和分析，具有工况复现、精准维修和远程诊断高级智能化功能；专家智库的主要软件功能模块为设备管理模块、设备工况监控模块、信息管理模块、系统工况复现模块、专家智库模块、系统自诊断和远程诊断模块。
2.根据权利要求1所述的一种用于矿井提升机的智能化监控系统，其特征在于：所述车房控制系统包括供电系统、调速系统、润滑系统、液压系统、闸控系统、电控系统，以及主要设备的振动检测、轴温检测、设备噪音检测。
3.根据权利要求1所述的一种用于矿井提升机的智能化监控系统，其特征在于：所述井口控制系统包括稳绳检测、闸门检测、曲轨检测、箕斗检测、轴温检测、钢绳检测、井口信号、操车、稳绳调整、自动卸载设施的智能化控制。
4.根据权利要求1所述的一种用于矿井提升机的智能化监控系统，其特征在于：所述井筒和井底控制系统包括天轮、罐笼、尾绳、给煤机、自动装载以及煤仓设备工况智能监控。
5.根据权利要求1所述的一种用于矿井提升机的智能化监控系统，其特征在于：所述环境监测系统包括井口检测、井筒检测、井底检测和车房检测，主要对关键场所的温度、湿度、振动、噪音、进行实时监测，具备预警和故障报警功能。
6.根据权利要求1所述的一种用于矿井提升机的智能化监控系统，其特征在于：所述智能视频监控系统主要通过可见光和热成像监控探头，监测井口、井底、车房关键部位和设施，借助机器视觉和人工智能AI算法，以非接触方式监控设备表面温度，判断异物区域入侵，可更便捷、更快速、更高效、更智能地监控设备运行工况。
7.根据权利要求1所述的一种用于矿井提升机的智能化监控系统，其特征在于：所述网络通讯和数据远传通道主要是系统配置有丰富的软件硬件通信接口，可通过通信网将系统信息与调度指挥中心、远程服务平台进行信息交互，可方便地实现数据远传。
8.根据权利要求1所述的一种用于矿井提升机的智能化监控系统，其特征在于：所述调度管理和监控平台主要通过提供软硬件支持，以通讯方式与矿山调度管理监控平台实现数据交互，满足用户智能化矿山的建设和运行要求。
9.根据权利要求1所述的一种用于矿井提升机的智能化监控系统，其特征在于：所述远程服务平台主要通过基于可靠的网络安全机制支持，通过公网实现设备远程诊断智能化功能，并支持提升机大型矿山设备的远程监测和高质量服务。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202410046847.7A CN117880663A (zh) | 2024-01-11 | 2024-01-11 | 一种用于矿井提升机的智能化监控系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family Applications (1)
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