主从式矿井排水监控及故障诊断系统研究
发布时间：2021-11-14 06:50
煤矿井下排水监控系统的主要功能是将煤矿井下的积水及时排出,避免发生严重的透水事故,保障井下人员生命安全和设备财产安全。针对部分煤矿排水系统存在的自动化程度低、处理器运算能力弱以及故障频发等问题,本文构建出以数字信号处理器（DSP）为核心的主从式矿井排水监控及故障诊断系统。依据井下的实际监测环境完成了所需特征传感器的选型,介绍了传感器的工作原理和使用安装位置,完成了DSP系统的硬件电路设计和软件程序设计,并介绍了硬件抗干扰措施。针对矿井涌水随机性强,水仓水位变化呈非线性的特点,本文构建单神经元模糊PID算法来实现对水仓水位的控制,并通过仿真软件与常规PID算法进行仿真对比分析,验证算法的可行性;针对排水设备运行过程中常出现的各类故障问题,本文基于改进的D-S证据理论构建了故障诊断系统,诊断系统以测量传感器获取排水系统故障信息,使用隶属度函数计算各故障的基本概率赋值,并以信息融合的方式得到最终的故障诊断结果,能够对排水系统运行过程中出现的异常状况做出准确诊断。依据排水监控及故障诊断系统的具体功能,本文在CCS6.0集成开发环境中完成了DSP系统主程序和各个功能模块子程序的设计,在VC++2...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线
西安科技大学全日制工程硕士学位论文82矿井排水监控及故障诊断系统的整体构建在对现有排水监控及故障诊断系统的研究基础上，本章提出了以DSP为控制核心的煤矿井下排水监控及故障诊断系统的构建方法，结合煤矿井下的实际工作环境对控制器及各类矿用监测传感器进行了选型，并对监控系统涉及的相关电路进行设计，针对原有的系统预警能力弱的问题提出了改进方法。2.1矿井排水监控及故障诊断系统的构建和工作原理2.1.1矿井排水系统离心泵及其组成部分排水系统的离心泵及其组成部分是监控系统的主要监测和控制对象，具体包括：离心泵、水泵电机、各种阀类元件（排水阀、逆止阀、单向底阀等）、监测仪表（真空表、压力表）以及排水管道。水泵的启停有严格的操作流程，必须按照规范进行操作，否则会对排水设备造成不可逆的损害，水泵及其组成部分如图2.1所示。图2.1离心泵及其组成结构图1-单向底阀及过滤网；2-吸水管；3-射流泵；4-引水管道；5-真空表；6-排水闸阀；7-逆止阀；8-排水管道；9-压力表；10-离心泵；11-水泵电机射流泵：在水仓水位超过水泵的自吸范围时，直接启动水泵会出现“干烧”现象，影响水泵的使用寿命。因此在水泵启动前，必须使用射流泵对离心泵完成抽真空注水工作，在水泵入口真空度达到系统预设值时才能启动水泵。排水闸阀：安装在水泵出水口的排水管道上，可以通过阀的开度调节水泵管道的流量和水泵扬程，并且在水泵启动前关闭排水闸阀，可以降低水泵电机的启动电流保护电机。逆止阀：在排水系统遇到突发状况导致水泵停止运行时，逆止阀可以防止管道中的
建9积水回流对离心泵和管道造成冲击，避免出现“水锤”现象，是排水系统的保护装置。监测仪表：真空表和压力表安装在水泵入口和出口管道上，方便工作人员直接在井下观测设备压力状况。2.1.2矿井排水监控及故障诊断系统的构建为了实现对煤矿井下涌水量变化情况和水仓水位的实时监测，自动控制煤矿井下的排水设备，本文基于数字信号处理器DSP28335构建排水监控及故障诊断系统。系统采用主从式结构设计，主站为上位PC机，从站为DSP控制器、各类型监测传感器、通信模块、D/A转换电路、变频器、水泵组等。系统总体功能框图如图2.2所示。图2.2排水监控系统总体结构图监控系统凭借安装在煤矿井下的各类传感器，获取水位信息和排水系统的运行状态信息，能够自动控制离心泵和各种阀类元件开关实现排水系统无人值守功能，同时系统还能对排水设备的健康状况作出评估，对排水设备遇到的异常状况及时做出警示和相应的故障诊断。2.1.3矿井排水监控及故障诊断系统的工作原理当煤矿井下有矿井水不断涌出，水仓水位持续上升时，首先由液位传感器将采集到的水位信号经调理电路转输入到DSP中，DSP根据传感器的输出信息判断井下涌水量大小以及实时水仓水位信息。当水仓水位超过警戒水位时，DSP发出控制指令驱动射流泵开始对水泵抽真空，并由压力传感器监测水泵入口真空度和出水口压力。当监测到入口负压满足水泵开启条件时DSP通过变频器控制水泵电机开始运行。水泵出水口压力会随着水泵电机运行不断增大，当达到系统设定的阈值时，DSP发出控制指令关闭射流泵打开电磁换向阀开始排水，直到水位降至安全水位，然后依次关闭排水闸阀和水泵电机。在排水过程中，系统实时采集水泵电机轴承温度、排水管路流量、电机转速等信号作为依据判断系统的运行健康状态，当参数异
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤炭资源可供性分析及保障研究[J]. 苗琦,孟刚,陈敏,葛维宁,曲俊利,王天元. 能源与环境. 2020(02)
[2]长距离输水管道水力过渡分析及水锤防护措施研究[J]. 廖功磊,钟林涛,蒋辉霞,余欣. 中国农村水利水电. 2019(09)
[3]基于单神经元控制器的磨机泵池液位控制系统研究[J]. 肖金林. 现代矿业. 2019(08)
[4]对失控翻滚目标任意位置悬停的模糊控制[J]. 刘将辉,李海阳. 国防科技大学学报. 2019(02)
[5]构建煤炭资源强国的战略路径与对策研究[J]. 张博,彭苏萍,王佟,宋梅. 中国工程科学. 2019(01)
[6]Access 2010数据库选择与参数查询功能对比及应用[J]. 李桂凤. 计算机产品与流通. 2019(01)
[7]基于改进单神经元PID的转子动平衡控制方法[J]. 徐娟,贾志远,张建军,赵阳. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(11)
[8]基于PLC的矿井主排水泵变频调速系统设计[J]. 潘越,张朋飞,左光宇,刘永生,庞懿元. 自动化与仪表. 2018(10)
[9]离心泵常见故障分析及排除[J]. 徐士林. 农机使用与维修. 2018(05)
[10]保德煤矿自动化排水系统的设计及应用[J]. 阮进林. 煤炭工程. 2016(S1)
硕士论文
[1]煤矿井下多水平排水智能控制系统的研究[D]. 武艳蒙.中国矿业大学 2018
[2]多传感器信息融合及其应用研究[D]. 张志.西安电子科技大学 2017
[3]基于嵌入式PLC的矿井排水监控系统的研究[D]. 赵远飞.西安科技大学 2017
[4]基于神经元自适应PID的电液伺服加载控制系统研究[D]. 冉巍.吉林大学 2017
[5]基于DSP28335交流永磁同步电机伺服系统研究[D]. 刘青健.青岛大学 2016
[6]基于VC++的集中协调式信号机配置系统设计与实现[D]. 倪非.长安大学 2016
[7]基于DSP的电液伺服实验台控制系统的设计[D]. 解瑶.太原科技大学 2015
[8]煤矿井下排水监控系统的研究[D]. 李含君.陕西科技大学 2014
[9]基于虚拟仪器的水泵性能检测与故障诊断系统[D]. 李卫周.西安科技大学 2009
[10]矿用投入式水位传感器的研究与设计[D]. 陈艳丽.河南理工大学 2009
本文编号：3494161
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线
西安科技大学全日制工程硕士学位论文82矿井排水监控及故障诊断系统的整体构建在对现有排水监控及故障诊断系统的研究基础上，本章提出了以DSP为控制核心的煤矿井下排水监控及故障诊断系统的构建方法，结合煤矿井下的实际工作环境对控制器及各类矿用监测传感器进行了选型，并对监控系统涉及的相关电路进行设计，针对原有的系统预警能力弱的问题提出了改进方法。2.1矿井排水监控及故障诊断系统的构建和工作原理2.1.1矿井排水系统离心泵及其组成部分排水系统的离心泵及其组成部分是监控系统的主要监测和控制对象，具体包括：离心泵、水泵电机、各种阀类元件（排水阀、逆止阀、单向底阀等）、监测仪表（真空表、压力表）以及排水管道。水泵的启停有严格的操作流程，必须按照规范进行操作，否则会对排水设备造成不可逆的损害，水泵及其组成部分如图2.1所示。图2.1离心泵及其组成结构图1-单向底阀及过滤网；2-吸水管；3-射流泵；4-引水管道；5-真空表；6-排水闸阀；7-逆止阀；8-排水管道；9-压力表；10-离心泵；11-水泵电机射流泵：在水仓水位超过水泵的自吸范围时，直接启动水泵会出现“干烧”现象，影响水泵的使用寿命。因此在水泵启动前，必须使用射流泵对离心泵完成抽真空注水工作，在水泵入口真空度达到系统预设值时才能启动水泵。排水闸阀：安装在水泵出水口的排水管道上，可以通过阀的开度调节水泵管道的流量和水泵扬程，并且在水泵启动前关闭排水闸阀，可以降低水泵电机的启动电流保护电机。逆止阀：在排水系统遇到突发状况导致水泵停止运行时，逆止阀可以防止管道中的
建9积水回流对离心泵和管道造成冲击，避免出现“水锤”现象，是排水系统的保护装置。监测仪表：真空表和压力表安装在水泵入口和出口管道上，方便工作人员直接在井下观测设备压力状况。2.1.2矿井排水监控及故障诊断系统的构建为了实现对煤矿井下涌水量变化情况和水仓水位的实时监测，自动控制煤矿井下的排水设备，本文基于数字信号处理器DSP28335构建排水监控及故障诊断系统。系统采用主从式结构设计，主站为上位PC机，从站为DSP控制器、各类型监测传感器、通信模块、D/A转换电路、变频器、水泵组等。系统总体功能框图如图2.2所示。图2.2排水监控系统总体结构图监控系统凭借安装在煤矿井下的各类传感器，获取水位信息和排水系统的运行状态信息，能够自动控制离心泵和各种阀类元件开关实现排水系统无人值守功能，同时系统还能对排水设备的健康状况作出评估，对排水设备遇到的异常状况及时做出警示和相应的故障诊断。2.1.3矿井排水监控及故障诊断系统的工作原理当煤矿井下有矿井水不断涌出，水仓水位持续上升时，首先由液位传感器将采集到的水位信号经调理电路转输入到DSP中，DSP根据传感器的输出信息判断井下涌水量大小以及实时水仓水位信息。当水仓水位超过警戒水位时，DSP发出控制指令驱动射流泵开始对水泵抽真空，并由压力传感器监测水泵入口真空度和出水口压力。当监测到入口负压满足水泵开启条件时DSP通过变频器控制水泵电机开始运行。水泵出水口压力会随着水泵电机运行不断增大，当达到系统设定的阈值时，DSP发出控制指令关闭射流泵打开电磁换向阀开始排水，直到水位降至安全水位，然后依次关闭排水闸阀和水泵电机。在排水过程中，系统实时采集水泵电机轴承温度、排水管路流量、电机转速等信号作为依据判断系统的运行健康状态，当参数异
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤炭资源可供性分析及保障研究[J]. 苗琦,孟刚,陈敏,葛维宁,曲俊利,王天元. 能源与环境. 2020(02)
[2]长距离输水管道水力过渡分析及水锤防护措施研究[J]. 廖功磊,钟林涛,蒋辉霞,余欣. 中国农村水利水电. 2019(09)
[3]基于单神经元控制器的磨机泵池液位控制系统研究[J]. 肖金林. 现代矿业. 2019(08)
[4]对失控翻滚目标任意位置悬停的模糊控制[J]. 刘将辉,李海阳. 国防科技大学学报. 2019(02)
[5]构建煤炭资源强国的战略路径与对策研究[J]. 张博,彭苏萍,王佟,宋梅. 中国工程科学. 2019(01)
[6]Access 2010数据库选择与参数查询功能对比及应用[J]. 李桂凤. 计算机产品与流通. 2019(01)
[7]基于改进单神经元PID的转子动平衡控制方法[J]. 徐娟,贾志远,张建军,赵阳. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(11)
[8]基于PLC的矿井主排水泵变频调速系统设计[J]. 潘越,张朋飞,左光宇,刘永生,庞懿元. 自动化与仪表. 2018(10)
[9]离心泵常见故障分析及排除[J]. 徐士林. 农机使用与维修. 2018(05)
[10]保德煤矿自动化排水系统的设计及应用[J]. 阮进林. 煤炭工程. 2016(S1)
硕士论文
[1]煤矿井下多水平排水智能控制系统的研究[D]. 武艳蒙.中国矿业大学 2018
[2]多传感器信息融合及其应用研究[D]. 张志.西安电子科技大学 2017
[3]基于嵌入式PLC的矿井排水监控系统的研究[D]. 赵远飞.西安科技大学 2017
[4]基于神经元自适应PID的电液伺服加载控制系统研究[D]. 冉巍.吉林大学 2017
[5]基于DSP28335交流永磁同步电机伺服系统研究[D]. 刘青健.青岛大学 2016
[6]基于VC++的集中协调式信号机配置系统设计与实现[D]. 倪非.长安大学 2016
[7]基于DSP的电液伺服实验台控制系统的设计[D]. 解瑶.太原科技大学 2015
[8]煤矿井下排水监控系统的研究[D]. 李含君.陕西科技大学 2014
[9]基于虚拟仪器的水泵性能检测与故障诊断系统[D]. 李卫周.西安科技大学 2009
[10]矿用投入式水位传感器的研究与设计[D]. 陈艳丽.河南理工大学 2009
本文编号：3494161
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3494161.html
