CN201635769U - 一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统 - Google Patents

一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，它由一组以上的监测装置组成，每组监测装置均包括两个以上的ZigBee监测终端、一ZigBee协调器、两GPRS模块、一监测计算机和一防火墙；ZigBee监测终端将监测数据传送给ZigBee协调器，ZigBee协调器将监测数据通过GPRS模块传送给监测计算机；所有监测装置内的监测计算机经防火墙后，通过各监测装置内的另一GPRS模块或以太网将实时数据发送至远程监控中心服务器内；远程监控中心服务器包括数据服务器和WEB服务器，数据服务器将接受到的监测数据保存后，传送到WEB服务器。本实用新型采用Zigbee无线组网技术，且多数监测终端采用锂电池供电，测点布置无需布线，提高了可靠性和可扩展性。本实用新型可以广泛应用于各种煤矿风机故障监测预报中。

Description

一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统
技术领域
本实用新型涉及一种机械设备故障预报系统，特别是关于一种基于无线ZigBee(无线测控终端)及GPRS(通用无线分组业务)网络的煤矿风机工作状态监测及故障预报系统。
背景技术
矿井主通风机是保证矿井安全生产的主要设备之一，是预防矿井瓦斯聚集及防止瓦斯爆炸的关键设备，其运行状态与管理工作是企业安全管理的重要工作之一。矿井主通风机每天24小时连续运转，其运转状态关系着整个矿井风量的充足及通风的顺畅与否。一旦矿井通风不畅，致使瓦斯浓度上升至一定程度，进一步造成瓦斯爆炸，导致矿井塌陷危及矿工的生命安全。因此对煤矿风机的供电系统、控制系统、井下参数等进行实时监测十分必要，这样能对风机故障、隐患、不良反应等做到早发现、早预防、早处理，避免瓦斯爆炸等重大事故的发生，保障设备安全可靠、高效经济的运行，提高大型设备运行控制的自动化管理水平具有重要的现实意义。
目前，已有的煤矿主通风机的状态监测系统大多采用RS232或RS485总线与数据采集终端进行连接，这种监测系统的连接方式接口简单，方便实用，但其数据传输速率低，传输距离有限，在监测点比较多的情况下，存在走线繁琐等问题，可扩展性及灵活性差，一旦出现测点工作不正常或连线脱落等情况，排查故障点比较费时。尽管有的矿井采用了实时监控系统，但仍然局限于局部的监控和管理，而对主通风机进行实时的、全面的监控与管理又有一定的困难，因为在矿井设计时，往往把矿井主通风机分别布置在相距甚远的，开采煤层走向东西翼或南北翼的不同地点，交通不方便，信息不流畅，各风机的地面监控中心大多相互独立，没有实现远程集中监测以及对风机故障的诊断及预报。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种可靠性较高、成本较低，且能实现在线监测、诊断及预报的煤矿风机工作状态监测及故障预报系统。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，其特征在于：它由一组以上的监测装置组成，每一组所述监测装置均包括两个以上的ZigBee监测终端、一ZigBee协调器、两GPRS模块、一监测计算机和一防火墙；所述ZigBee监测终端将实时监测数据传送给所述ZigBee协调器，所述ZigBee协调器将监测数据通过一所述GPRS模块传送给所述监测计算机；同时所有所述监测装置内的所述监测计算机经所述防火墙后，通过各所述监测装置内的另一所述GPRS模块或以太网将实时数据发送至一远程监控中心服务器内；所述远程监控中心服务器包括数据服务器和WEB服务器，所述数据服务器将接受到的监测数据保存后，传送到所述WEB服务器。
每一所述ZigBee监测终端包括一信号调理电路，各种输入信号经所述信号调理电路后输入一模数转换器内，所述模数转换器的输出端通过数据总线与一ZigBee通信模块连接，由所述ZigBee通信模块控制所述模数转换器对输入信号进行模数转换，并将信号通过无线网络发送到所述Zigbee协调器。
所述ZigBee监测终端采用两种供电模式，一种是采用一锂电池供电，所述锂电池的输出端经过一直流升压电路后，与一二极管连接；另一种是采用一外置的电源适配器，所述电源适配器的输出端经过一直流降压电路后，与另一二极管连接；并在所述模数转换器和ZigBee通信模块的供电端连接一低压差线性稳压模块。
所述ZigBee协调器与所述GPRS模块设置为一体，其包括一ZigBee通信模块，所述ZigBee通信模块将接收到的检测数据经通用串行数据总线传输到所述GPRS模块，所述GPRS模块将检测数据通过USB接口数据线发送到所述监测计算机内。
所述GPRS模块内USB接口转换电路包括一USB转通用串行数据总线的转换模块、一直流降压电路和一隔离模块，所述监测计算机通过USB数据线分别与所述转换模块和直流降压电路的输入端连接，所述直流降压电路的输出端与所述GPRS模块连接；所述转换模块的输出端通过所述隔离模块与所述GPRS模块连接。
各所述ZigBee监测终端与所述ZigBee协调器的网络连接方式采用星型网络拓扑结构。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于通过Zigbee无线组网技术，实现了传感器的柔性互联，根据监测要求布置测点，除部分功耗较大的传感器变送器需要单独供电外，多数监测终端采用大容量锂电池进行供电，测点布置无需布线，节省了布线成本，提高了可靠性和可扩展性。2、本实用新型由于采用GPRS无线网络实现多组风机的无线远程监测，无需布线、使用安装方便、成本低、监控不受距离、地域、时间的限制，由于GPRS数据传输按流量收费，因此相比短信等方式可节约大量运营成本。3、本实用新型具备报警功能，如果风机的某一项参数指标发生异常，则系统将实时报警，并且可以打印出发生报警时风机的相关参数，提示工作人员采取措施。4、本实用新型由于具备数据存储功能，因此每台风机的运行参数在本地监测计算机进行存储及发送到远程监控中心数据服务器进行集中存储，以备后续的数据分析处理。5、本实用新型由于具备故障诊断功能，因此可以通过对各项监测参数进行综合分析处理，给出诊断结果。6、本实用新型可以对实时数据、历史数据及各报表数据进行分析得出相应的结论，以利于相关的管理部门进行决策，从而指导风机运行的调度，保证了正常生产的运行。7、本实用新型的监控中心服务器既可使用专用监测诊断软件查看风机状态，也可以实现风机状态的远程Web网页发布，并且实时刷新监测数据，远程用户只需输入网址，通过身份验证就可以看到风机的运行状态。另外还提供了远程报表下载，打印，为分析机组状态提供数据支持。8、本实用新型采用与监测计算机端连接的GPRS模块采用USB接口进行连接，由于USB接口即插即用，接口方便，接口自身能够提供0.5A电流的5V电源，对于功耗小于2.5W的设备，可以省去外置电源，降低了成本，减少了接线数量及接线的复杂性。9、本实用新型由于采用Zibee无线组网技术、GPRS远程无线传输技术、TCP/IP协议以太网通讯技术、数据库访问技术以及WEB服务器，因此实现了测点的可扩展性、数据的开放性及可移植性。本实用新型可以广泛应用于各种煤矿风机故障监测预报中。
附图说明
图1是本实用新型的风机无线监控系统结构示意图，
图2是本实用新型的Zigbee监测终端结构示意图，
图3是本实用新型的Zigbee协调器与GPRS模块结构示意图，
图4是本实用新型的GPRS转USB模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
本实用新型主要是通过无线方式对煤矿风机的电压、电流、功率、转速、扭矩、轴温、风压及振动烈度等工作参数进行实时在线监控，并通过无线网络将监测数据汇总至故障诊断及预报服务器内，以实现对风机故障的在线监测、诊断及预报。
如图1所示，本实用新型由一组以上的监测装置1组成，每一组监测装置1均包括两个以上的ZigBee(无线测控终端)监测终端2、一个ZigBee协调器(Coordinate)3、两个GPRS(通用无线分组业务)模块4、一监测计算机5和一防火墙6。ZigBee监测终端2通过无线网络与ZigBee协调器3连接，ZigBee协调器3按时间间隔依次查询与其相连的各ZigBee监测终端2，ZigBee监测终端2收到查询要求后将对风机运行状态的电压、电流、功率、转速、扭矩、轴温、风压及振动烈度等实时监测数据传送给ZigBee协调器3。由ZigBee协调器3将监测数据通过一GPRS模块4传送给煤矿监控室中的监测计算机5，由监测计算机5实现煤矿风机各监测点的本地在线实时监测、数据存储、故障诊断及预测、报警等功能。同时所有监测装置1内的监测计算机5经防火墙6后，可以通过各监测装置1内的另一GPRS模块4或以太网将实时数据发送至一远程监控中心服务器7内，实现对监测数据进行故障监测预报。
上述实施例中，远程监控中心服务器7包括数据服务器8和WEB服务器9，数据服务器8将接收到的各煤矿传送的风机监测数据保存后，并提供WEB服务器9的查询使用，使得远程客户通过浏览器就可看到风机的监测数据，远程客户端根据其权限的不同通过Web服务器9从数据库服务器处获取监测数据并在浏览器上显示，并从Web服务器9处下载监测及故障诊断需要的ActiveX控件，实现远程的故障诊断。其中数据服务器8通过以太网连接Internet，具有固定IP地址，能够接收不同煤矿的风机的监测数据，能够对数据进行汇总统一管理，并具有故障诊断与预测功能；WEB服务器9与数据服务器8采用内部局域网进行连接，可以实现远程计算机或移动终端通过浏览器查看风机的运行状态。
上述实施例中，各ZigBee监测终端2与ZigBee协调器3的网络连接方式采用星型网络拓扑结构，根据不同监测要求安装在风机的不同位置，由ZigBee协调器3通过查询各ZigBee监测终端2获取监测数据，避免了各ZigBee监测终端2同时向ZigBee协调器3发送监测数据时产生碰撞。
如图2所示，本实用新型的每一ZigBee监测终端2包括一信号调理电路10，传感器或变送器将采集到的信号经信号调理电路10后输入一AD转换器11内，AD转换器11的输出端通过数据总线与一ZigBee通信模块12连接，由ZigBee通信模块12控制AD转换器11对输入信号进行模数转换，并将信号通过无线网络发送到Zigbee协调器3。其中，各ZigBee监测终端2可以根据采集信号类型的不同，选用不同型号的AD转换器11。
上述实施例中，ZigBee监测终端2采用两种供电模式，一种是采用一大容量的锂电池13供电，锂电池13的输出端经过一直流升压电路14后，与一二极管15连接；另一种是采用一外置的电源适配器16，电源适配器16的输出端经过一直流降压电路17后，与另一二极管18连接。两种供电方式分别通过一二极管与最终供电电路相连，以避免两种供电方式同时存在时会产生错误，实现对ZigBee监测终端2的供电。由于AD转换器11和ZigBee通信模块12所需供电电源相对较低，因此在AD转换器11和ZigBee通信模块12的供电端连接一LDO模块19(低压差线性稳压模块)，将供电电压降低。
如图3所示，本实用新型采用将ZigBee协调器3与GPRS模块4设置为一体，即设置在同一电路板上，其包括一ZigBee通信模块20，ZigBee通信模块20将接收到的检测数据经UART(通用串行数据总线)传输到GPRS模块4，GPRS模块4将检测数据通过USB接口数据线发送到监测计算机5内。ZigBee协调器3与GPRS模块4的供电方式与ZigBee监测终端2的供电方式相同。
如图4所示，上述实施例中的GPRS模块4内USB接口转换电路包括一USB转UART的转换模块21、一直流降压电路22和一隔离模块23，监测计算机5通过USB数据线分别与转换模块21和直流降压电路22的输入端连接，直流降压电路22的输出端与GPRS模块4连接，可以实现为GPRS模块4供电。由于GPRS模块4与转换模块21的工作电压不同，所以在转换模块21的输出端通过数据接受/发送总线与隔离模块23输入端连接，隔离模块23的输出端与GPRS模块4连接，进而实现将GPRS模块4与转换模块21隔离开。
综上所述，本实用新型是基于Zigbee无线传感器网络、GPRS无线数据传输网络以及以太网，实现了风机状态的无线远程监测，其监测范围可以扩展到有Internet覆盖的范围，任何一台计算机、笔记本、无线上网本或手机终端都能在一定的权限范围内通过浏览器查看风机的运行状态，解决了地域限制。监控中心的服务器能够对各煤矿风机的数据进行集中管理，能够在获得的大量实时数据的基础上进行分析统计，故障诊断及预报，能够根据要求生成各种报表，监测历史曲线，风机性能曲线、故障历史记录及统计图表，为设备管理及决策提供数据支持。
上述各实施例仅是本实用新型的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本实用新型技术方案上的变化和改进，不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，其特征在于：它由一组以上的监测装置组成，每一组所述监测装置均包括两个以上的ZigBee监测终端、一ZigBee协调器、两GPRS模块、一监测计算机和一防火墙；所述ZigBee监测终端将实时监测数据传送给所述ZigBee协调器，所述ZigBee协调器将监测数据通过一所述GPRS模块传送给所述监测计算机；同时所有所述监测装置内的所述监测计算机经所述防火墙后，通过各所述监测装置内的另一所述GPRS模块或以太网将实时数据发送至一远程监控中心服务器内；所述远程监控中心服务器包括数据服务器和WEB服务器，所述数据服务器将接受到的监测数据保存后，传送到所述WEB服务器。
2.如权利要求1所述的一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，其特征在于：每一所述ZigBee监测终端包括一信号调理电路，各种输入信号经所述信号调理电路后输入一模数转换器内，所述模数转换器的输出端通过数据总线与一ZigBee通信模块连接，由所述ZigBee通信模块控制所述模数转换器对输入信号进行模数转换，并将信号通过无线网络发送到所述Zigbee协调器。
3.如权利要求2所述的一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，其特征在于：所述ZigBee监测终端采用两种供电模式，一种是采用一锂电池供电，所述锂电池的输出端经过一直流升压电路后，与一二极管连接；另一种是采用一外置的电源适配器，所述电源适配器的输出端经过一直流降压电路后，与另一二极管连接；并在所述模数转换器和ZigBee通信模块的供电端连接一低压差线性稳压模块。
4.如权利要求1或2或3所述的一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，其特征在于：所述ZigBee协调器与所述GPRS模块设置为一体，其包括一ZigBee通信模块，所述ZigBee通信模块将接收到的检测数据经通用串行数据总线传输到所述GPRS模块，所述GPRS模块将检测数据通过USB接口数据线发送到所述监测计算机内。
5.如权利要求1或2或3所述的一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，其特征在于：所述GPRS模块内USB接口转换电路包括一USB转通用串行数据总线的转换模块、一直流降压电路和一隔离模块，所述监测计算机通过USB数据线分别与所述转换模块和直流降压电路的输入端连接，所述直流降压电路的输出端与所述GPRS模块连接；所述转换模块的输出端通过所述隔离模块与所述GPRS模块连接。
6.如权利要求4所述的一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，其特征在于：所述GPRS模块内USB接口转换电路包括一USB转通用串行数据总线的转换模块、一直流降压电路和一隔离模块，所述监测计算机通过USB数据线分别与所述转换模块和直流降压电路的输入端连接，所述直流降压电路的输出端与所述GPRS模块连接；所述转换模块的输出端通过所述隔离模块与所述GPRS模块连接。
7.如权利要求1或2或3或6所述的一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，其特征在于：各所述ZigBee监测终端与所述ZigBee协调器的网络连接方式采用星型网络拓扑结构。
8.如权利要求4所述的一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，其特征在于：各所述ZigBee监测终端与所述ZigBee协调器的网络连接方式采用星型网络拓扑结构。
9.如权利要求5所述的一种煤矿风机工作状态监测及故障预报系统，其特征在于：各所述ZigBee监测终端与所述ZigBee协调器的网络连接方式采用星型网络拓扑结构。
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