[发明专利]一种基于虚拟仪器开发平台的煤矿通风机实时故障诊断及预警装置

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机械设备故障诊断领域，特别是一种基于虚拟仪器开发平台的煤矿通风机实时故障诊断及预警装置。

背景技术

矿井通风机作为煤矿通风系统的关键设备之一，素有“矿井肺腑”之称。它为矿井输送大量清新空气，稀释、排出CO、NH₃等有毒有害气体，还可以调节井下工作面所需风量，大大降低井下作业面瓦斯浓度。矿井通风机对改善井下作业场所的劳动条件以便于安全生产具有十分重要的意义。其故障与否将直接影响井下生产进度，甚至带来不可挽回的生命、财产损失。因此需要对矿井通风机进行故障诊断及早期的预警，既保障人身及财产安全，又提高经济效益。

数据统计，振动导致的故障占通风机故障的70%以上。振动因影响风机的可靠性、稳定性导致风机故障的发生。振动迹象已成为判断通风机是否发生故障的重要标志。本发明重点针对振动信号进行检测及分析。公开号为CN102183951A的中国发明专利《基于虚拟仪器开发平台的回转支承状态监测与故障诊断装置》，其包括数据采集模块、数据处理模块、故障诊断模块，数据处理模块采用小波变换对非平稳的振动信号进行特征提取，不具有自适应性。故障诊断模块采用BP神经网络进行故障分类，具有学习速度慢，网络训练失败可能性大等缺陷。该技术方案采用PCI板卡进行振动信号的模/数转换，成本高且占用空间，且该技术方案并没有体现预警功能。公开号为CN103671190A的中国发明专利《一种智能早期矿用通风机在线故障诊断系统》，其下位机采用PLC控制柜进行数据采集，体积庞大且安装复杂。

针对以上技术方案的不足以及通风机大型、固定、不易拆解和常年运行的特点，本发明通过对其安装精密传感器，应用ARM处理器自身强大的模/数转换器对采集的模拟信号进行模/数转换，通过USB传输通道快速传输，并选用便于携带的一体化工控机，基于虚拟仪器平台（LabVIEW）应用先进的信号处理算法对数据进行特征提取分析，再利用先进的分类算法对故障类型进行分类，从而准确快速识别故障类型，并提供预警功能，能够很好地实现对矿井通风机的实时故障诊断及预警。

发明内容

本发明的目的则是克服了现有技术的不足，提供一种基于虚拟仪器开发平台的煤矿通风机实时故障诊断及预警装置。该装置无需专家参与即可实时诊断矿井通风机常见故障类型并提供预警功能。为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种基于虚拟仪器开发平台的煤矿通风机实时故障诊断及预警装置，由下位机数据采集模块和上位机信号处理模块、故障诊断模块及预警模块构成。所述下位机数据采集模块包括ARM处理器，所述ARM处理器通过电源线和振动信号检测模块、SD存储模块、稳压电源模块、USB接口芯片连接。

进一步，所述振动信号检测模块包括加速度传感器（水平）、加速度传感器（垂直）和信号调理模块。所述加速度传感器（水平）、加速度传感器（垂直）和信号调理模块输入端相连，所述加速度传感器（水平）、加速度传感器（垂直）分别将采集到的通风机水平和垂直方向的振动信号传送至信号调理模块。所述信号调理模块作用是将传送来的模拟信号进行滤波、放大和偏置处理。所述信号调理模块输出端与ARM处理器的A/D模数转换器对应的GPIO口相连，ARM处理器的A/D模数转换器能够将采集到的模拟信号转换为数字信号。所述ARM处理器采用ADC（模/数转换）校正算法对采样过程进行校正，以提高ADC（模/数转换）的采样精度。所述ARM处理器将转换完成的数字信号转存到SD存储模块或通过USB接口芯片传输给上位机做进一步分析处理，完成通风机振动信号的检测工作。

进一步，所述ARM处理器为下位机的控制核心，选用高性能的Cotex-M3内核处理器STM32F103ZET6，控制各模块之间的运行和通信，并将振动信号的模拟量转换为数字量保存至SD存储模块或通过USB接口芯片传输给上位机。

进一步，所述稳压电源模块包括镍镉电池组和电源变换器。为下位机各模块的正常工作提供电能。

进一步，所述SD存储模块用于通风机振动数据的保存管理，方便对历史数据的查询。

进一步，所述USB接口芯片用于上位机LabVIEW平台和下位机ARM处理器之间的数据通信。所述ARM处理器可以将其自身的A/D模数转换器转换完成的数字信号通过USB数据总线发送到USB接口芯片，所述USB接口芯片将接收的数据存储到对应的端点缓冲区，上位机LabVIEW平台通过USB驱动读取该端点缓冲区数据做进一步分析处理。