基于物联网的胶带输送机状态监测及寿命管理系统开发

发布时间：2017-08-15 21:53

  本文关键词：基于物联网的胶带输送机状态监测及寿命管理系统开发

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【摘要】：本课题来源于山西省科技重大专项计划基金资助项目 基于物联网的煤矿重大生产装备状态监测及全寿命周期管理系统开发‖(No.20131101029),该项目是以煤矿重大生产装备为研究对象,通过物联网技术、传感器技术、信息融合技术、数据挖掘技术、网络通信技术等实现煤矿重大生产装备的状态监测、状态评估、故障预警与防治、设备剩余使用寿命预测以及故障分析等功能,实现煤矿重大生产装备的优化管理和安全动态跟踪。本课题的研究目标是胶带输送机。胶带输送机作为矿井运输系统的主力装备,承担着井下原煤运输的艰巨任务,其正常工作与否将影响整个矿井的正常生产。目前,国内多数矿井对胶带输送机的管理仅限于对跑偏、撕裂、断带、打滑、高温、烟雾、堆煤等常见故障的防护,无法实现对胶带输送机工况信息的全面感知和状态维修,在胶带输送机管理中物联网技术的应用更是鲜有涉及。另外,国内少数煤矿采用了矿山重大生产装备全寿命周期管理系统用于生产装备的台账管理,例如装备的购买、安装、维修以及报废等环节的信息记录。然而,在矿山重大生产装备的状态监测和寿命管理,尤其是设备剩余使用寿命预测方面有重大功能缺失。为此,结合矿井实际情况开发一套感知全面、传输可靠、处理智能的基于物联网的胶带输送机状态监测及寿命管理系统十分必要。本文在深入理解物联网内涵的基础上,全面分析了胶带输送机的结构框架和运行原理,结合国内外文献资料,参考传统胶带输送机监测系统的开发思路,确定了由感知层、传输层、应用层构成的系统架构,提出了基于物联网的胶带输送机状态监测及寿命管理系统的整体方案。本文深入贯彻了全面感知、可靠传输以及智能处理等物联网技术的内涵,针对矿井胶带输送机应用环境,设计了高频信号采集电路、Zigbee终端模块以及CAN总线通信电路,搭建了基于Zigbee技术的无线传感器网络,开发了符合实际要求的应用层软件,完成了基于物联网的胶带输送机状态监测系统开发。本文针对胶带输送机结构复杂、绵延数公里的特点,采取了由局部到整体的寿命管理算法开发思路。首先,将胶带输送机按照功能和材质划分为五部分,包括机械类的电机、齿轮箱、滚筒以及托辊和非机械类的胶带。随后开发了面向机械类设备的基于相似性的剩余使用寿命预测算法和面向非机械类设备的HETEL方法,最后通过层次分析法对前述五大部分的剩余使用寿命预测结果进行有机融合,实现对胶带输送机整体寿命状况的评估和全寿命周期管理。
【关键词】：物联网 矿井 胶带输送机 无线传感器网络 嵌入式计算机 状态监测 剩余使用寿命预测 寿命管理
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD634.1;TN929.5;TP391.44
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究动态10-12
• 1.2.1 国外研究动态10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 研究目标及内容12-15
• 第二章 基于物联网的胶带输送机状态监测及寿命管理系统方案15-23
• 2.1 研究对象15-16
• 2.2 系统监测量的确定16-17
• 2.3 系统设计要求17-19
• 2.3.1 矿井下通信环境分析18
• 2.3.2 设计要求18-19
• 2.4 系统总体方案19-21
• 2.4.1 系统总体结构19-20
• 2.4.2 系统硬件框架20
• 2.4.3 系统功能20-21
• 2.5 本章小结21-23
• 第三章 系统硬件设计与软件开发23-45
• 3.1 感知层硬件设计23-34
• 3.1.1 感知层的总体结构23-24
• 3.1.2 传感器的选型与安装24-30
• 3.1.3 高频信号采集电路设计30-33
• 3.1.4 Zigbee节点硬件设计33-34
• 3.2 传输层硬件设计34-37
• 3.2.1 CAN总线硬件设计34-35
• 3.2.2 无线传感器网络设计35-37
• 3.3 应用层硬件设计37-39
• 3.4 软件开发39-43
• 3.4.1 软件平台介绍39
• 3.4.2 软件总体功能框架39-40
• 3.4.3 LabVIEW与Matlab混合编程方案40-42
• 3.4.4 人机交互界面开发42-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 胶带输送机寿命管理算法整体框架45-49
• 4.1 引言45-46
• 4.2 算法框架46-47
• 4.2.1 算法设计原则46
• 4.2.2 算法整体框架46-47
• 4.3 本章小结47-49
• 第五章 基于层次分析法的胶带输送机健康状态分析49-57
• 5.1 引言49
• 5.2 层次分析法49-51
• 5.3 胶带输送机层次结构模型51-52
• 5.4 基于层次分析法的胶带输送机健康状态实例分析52-56
• 5.4.1 构造准则层各元素判断矩阵并进行一致性检验52-53
• 5.4.2 构造方案层各元素针对准则层的判断矩阵并进行一致性检验53-55
• 5.4.3 层次总排序55-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第六章 基于相似性和HETEL方法的剩余使用寿命预测算法57-81
• 6.1 引言57-58
• 6.2 基于相似性的机械设备剩余使用寿命预测方法58-59
• 6.3 基于相似性的机械设备剩余使用寿命预测实例分析59-77
• 6.3.1 实验数据59-61
• 6.3.2 机械设备健康状态发展趋势分析61-63
• 6.3.3 面向剩余使用寿命预测的特征量选取63-71
• 6.3.4 面向剩余使用寿命预测的距离函数选取71-73
• 6.3.5 设备剩余使用寿命预测73-75
• 6.3.6 预测结果与分析75-77
• 6.4 基于HETEL方法的胶带剩余使用寿命预测算法77-78
• 6.5 胶带输送机寿命管理的实现78-79
• 6.6 本章小结79-81
• 第七章 结论和展望81-83
• 7.1 研究结论81-82
• 7.2 工作展望82-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-91
• 作者在攻读硕士学位期间的研究成果91

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本文编号：680013