一種多能源供給的礦井設(shè)備在線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

一種多能源供給的礦井設(shè)備在線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

0采礦工業(yè)生產(chǎn)面臨的安全隱患采礦業(yè)是一個(gè)人與自然條件差、風(fēng)險(xiǎn)多、工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)的行業(yè)。安全活動(dòng)一直是相關(guān)公司面臨的最重要和最困難的問(wèn)題。盡管?chē)?guó)家有關(guān)部門(mén)多次下發(fā)有關(guān)礦井管理?xiàng)l例,但各種安全事故每年奪走數(shù)千煤礦工人的生命,造成數(shù)以億計(jì)的財(cái)產(chǎn)損失,不僅損害人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)和切身利益,也制約著我國(guó)采礦工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展,對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)家形象都產(chǎn)生了負(fù)面影響。目前我國(guó)采礦安全生產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻,突出問(wèn)題有:瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重,爆炸事故多發(fā)。我國(guó)煤礦露天開(kāi)采比重小,井工開(kāi)采比重大,地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,約半數(shù)的煤礦為高瓦斯、“高突”礦井;技術(shù)裝備落后,機(jī)械化程度低瓦斯、火災(zāi)、透水等各種安全隱患在造成巨大損失的同時(shí),更嚴(yán)重威脅著礦井作業(yè)工人的人身安全。對(duì)礦井設(shè)備健康運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)是防止煤礦發(fā)生安全事故、確保人身安全和生產(chǎn)安全的重要措施。針對(duì)目前礦井設(shè)備周期性檢測(cè)的不足,不能及時(shí)了解設(shè)備的健康運(yùn)行狀況,本論文提出一種多能源供給的無(wú)線礦井設(shè)備在線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),它采用多種綠色能源供給,能量利用效率高、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)采集精確度高、信息傳輸效率高,并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦井設(shè)備健康狀況的時(shí)時(shí)監(jiān)控。1設(shè)備健康運(yùn)行狀況的檢測(cè)多能源供給的礦井設(shè)備在線檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的是:收集利用礦井多種能源供給檢測(cè)礦井設(shè)備健康狀況的傳感器,并將傳感器采集到的礦井設(shè)備的健康運(yùn)行狀況傳輸至中央監(jiān)控室。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路為:使用各種傳感器將各設(shè)備需要采集的物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào),并將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠛蜑V波,然后將放大的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換1.1傳感器模塊設(shè)計(jì)多能源供給的礦井設(shè)備在線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),它包括電源收集和管理模塊、傳感器模塊、微處理器模塊、無(wú)線通信模塊、無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)、報(bào)警模塊;電源收集和管理模塊與微處理器模塊、無(wú)線通信模塊連接,并為它們提供電能;傳感器模塊中具有數(shù)字式無(wú)源傳感器和模擬量傳感器,數(shù)字式無(wú)源傳感器與微處理器模塊直接相連,模擬量傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路再與微處理器模塊連接,微處理器模塊與無(wú)線通信模塊連接,無(wú)線通信模塊通過(guò)無(wú)線電將數(shù)據(jù)發(fā)送至無(wú)線路由節(jié)點(diǎn),并進(jìn)而發(fā)送至中央監(jiān)控室。從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)礦井設(shè)備的傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。當(dāng)檢測(cè)值超出設(shè)定警戒值時(shí)報(bào)警模塊發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信號(hào),同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控室,在中央監(jiān)控室監(jiān)控界面發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。1.2振動(dòng)能模塊的安裝位置電源收集和管理模塊中包括電能收集模塊、電源管理芯片、超級(jí)電容電能收集模塊中的振動(dòng)能模塊和熱能模塊根據(jù)相關(guān)規(guī)定安裝在礦井設(shè)備的最佳位置,振動(dòng)能模塊安裝于礦井設(shè)備的振動(dòng)幅度較大的地方。由于礦井設(shè)備本身的振動(dòng),振動(dòng)能模塊中的振動(dòng)條就會(huì)有電壓輸出,熱能等其他形式輸出的電能通過(guò)整流橋、濾波電路、穩(wěn)壓芯片連接至電源管理芯片LTC3588,由電源管理芯片LTC3588連接超級(jí)電容1.3調(diào)理電路和傳感器的連接無(wú)源傳感器模塊包括對(duì)不同設(shè)備的載荷、表面形貌、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。這些無(wú)源傳感器無(wú)需再外接電源,模擬量傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理電路連接至微處理器模塊,并由微處理器模塊進(jìn)行處理。部分?jǐn)?shù)字量傳感器無(wú)需調(diào)理電路可以直接連接至微處理器模塊。多個(gè)傳感器可以連接至一個(gè)微處理器模塊,主要包括以下幾類(lèi)傳感器:載荷檢測(cè)傳感器,能在一些在載重設(shè)備危險(xiǎn)荷載通過(guò)前檢測(cè)出危險(xiǎn)情況并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào);溫度監(jiān)測(cè)傳感器,監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)溫度和環(huán)境溫度;濕度檢測(cè)傳感器,監(jiān)測(cè)設(shè)備在工作狀態(tài)下設(shè)備內(nèi)外的濕度情況,由此根據(jù)濕度對(duì)礦井設(shè)備的影響評(píng)估礦井設(shè)備的安全性和工作狀態(tài);動(dòng)撓度監(jiān)測(cè)傳感器,能較為方便、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到設(shè)備結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài);振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器,對(duì)礦井設(shè)備動(dòng)力特性及振動(dòng)水平進(jìn)行監(jiān)測(cè);支座變形監(jiān)測(cè)傳感器,監(jiān)測(cè)支座在一些大型礦井設(shè)備工作狀態(tài)下的位移,了解礦井設(shè)備結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移,對(duì)礦井設(shè)備這些參數(shù)的監(jiān)測(cè)能更好的了解礦井設(shè)備的健康運(yùn)行狀況。1.4強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的選擇微處理器模塊采用的主處理器選用的是TI公司的MSP430F5438單片機(jī),該單片機(jī)具有低電壓、低功耗、處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),非常適用于低功耗的場(chǎng)合。微處理器模塊首先完成初始化工作,根據(jù)對(duì)處理器每個(gè)引腳所連接的傳感器的不同,對(duì)微處理器模塊引腳進(jìn)行配置。模擬量傳感器的輸入需經(jīng)過(guò)片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理。數(shù)字量傳感器的輸入無(wú)需轉(zhuǎn)換,微處理器模塊其傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,為了提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)傳輸效率,可以對(duì)各種數(shù)據(jù)采用中值濾波法處理1.5無(wú)線路的發(fā)送無(wú)線通信模塊把經(jīng)微處理器模塊處理的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電的方式發(fā)送到無(wú)線路由節(jié)點(diǎn)。無(wú)線通信模塊采用基于MC703-EVB平臺(tái)的華為CDMAEV-DO模塊2溫度自適應(yīng)的模糊規(guī)則多能源供給的礦井設(shè)備在線檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要涉及電源收集與管理模塊的算法設(shè)計(jì)。以下將介紹電源收集與管理模塊的智能模糊算法的設(shè)計(jì)。將超級(jí)電容的輸出電壓連接至微處理器模塊的電壓檢測(cè)引腳,實(shí)時(shí)檢測(cè)超級(jí)電容的輸出電壓。利用模糊智能算法管理微處理器模塊的“運(yùn)行”與“休眠”時(shí)間。由于采用的微處理器模塊、無(wú)線通信模塊的供應(yīng)電壓V都是3.3V,當(dāng)檢測(cè)到超級(jí)電容的電壓V處于2.5~3.3V的時(shí)候,微處理器模塊處于“運(yùn)行”狀態(tài),當(dāng)電壓V低于2.5V的時(shí)候,微處理器模塊處于“休眠”狀態(tài),超級(jí)電容進(jìn)行充電,在此期間記錄電壓V從3.3V降至2.5V的時(shí)間T,由智能模糊算法根據(jù)時(shí)間T確定微處理器模塊的休眠時(shí)間t,采用的智能模糊算法確定輸入、輸出的量的模糊分布(1)選定三個(gè)模糊子集:時(shí)間短(ST)、時(shí)間中(MT)、時(shí)間長(zhǎng)(LT),用于涵蓋輸入量x的論域[0,100],它們的隸屬函數(shù)如下,其分布如圖3所示:(2)選定三個(gè)模糊子集涵蓋輸出量t建立模糊規(guī)則。根據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)可以歸納總結(jié)以下三條模糊規(guī)則“電壓V從3.3V降至2.5V的時(shí)間T短,微處理器模塊休眠的時(shí)間t設(shè)為短”?！半妷篤從3.3V降至2.5V的時(shí)間T中等,微處理器模塊休眠的時(shí)間t設(shè)為中等”?！半妷篤從3.3V降至2.5V的時(shí)間T長(zhǎng),微處理器模塊休眠的時(shí)間t設(shè)為長(zhǎng)。規(guī)則表如下:近似推理。對(duì)于模糊規(guī)則,“ifxisSTthentisS”其輸出為“ifxisMTthentisM”其輸出為“ifxisLTthentisL”其輸出為最后輸出的模糊子集U(t),是三個(gè)子集U求出模糊量U(t)的清晰化。這里采用的模糊量清晰化方法是最大隸屬度方法3礦井設(shè)備報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)多能源供給的礦井設(shè)備在線檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),在振動(dòng)能、熱能等能源供給下,能夠?qū)崿F(xiàn)電源收集與管理模塊的智能充放電,微處理器模塊采集相應(yīng)的礦井設(shè)備參數(shù)并進(jìn)行分析處理,傳輸至井下無(wú)線通信基站,實(shí)現(xiàn)礦井設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)傳輸,當(dāng)檢測(cè)值超出已設(shè)定好的警戒值時(shí),報(bào)警模塊能夠發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信號(hào),并在中央監(jiān)控室監(jiān)控界面發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào),以警示相應(yīng)的礦井設(shè)備沒(méi)有健康運(yùn)行。4