The invention discloses a fault diagnosis system for wireless transmission of mine hoist, which can diagnose the faults of skywheel, motor, reducer and roller bearing in mine hoisting system. Firstly, the system acquires the vibration signals at each bearing position, uses the noise adaptive fully integrated local mean decomposition algorithm to decompose the product function (PF) of the vibration signals, extracts the characteristic parameters of the data from the selection of PF, then uses the periodic modulation intensity as the criterion to select the effective product function, and then uses the dimension reduction of the semi-supervised kernel sparse Fisher discriminant analysis (SKSFDA). Simple method, making full use of geometric information of labeled and unlabeled sample sets to reveal low-dimensional subspace data sets embedded in high-dimensional sparse space; using a criterion based on minimum local structure measure and maximum global part structure measure in different fault classes to select parameters of SKSFDA model; finally, judging whether new faults occur according to monitoring statistics and using KNN classifier to determine known settings Standby category.
【技术实现步骤摘要】
一种矿井提升机无线传输的故障诊断系统及方法
本专利技术涉及一种矿井提升机无线传输的故障诊断系统及方法，属于煤矿机械设备监测领域。
技术介绍
矿井提升机是煤矿生产的关键核心设备，主要由电机、减速器、滚筒、天轮、液压制动等部分组成。从振动、压力、温度等机械运行参数提取故障有关信息，实现对矿井提升机的运行状态的监测，是当前提升机故障监测研究的主要内容。大量的生产实践和理论研究表明，70％以上的故障都隐藏子在振动信号中。然而设备温度测量信号带有很多重要的设备状态信息，能够在一定程度上反映故障的部位和程度的有效因素，可以用于不同故障类型的分析。比如轴承发生故障时，回油温度、振动信号往往均会发生变化。润滑油量不足导致摩擦、一些内部和外部环境或工况以及不对中均会影响温度值，因此综合使用温度信号可以提高设备故障监测的准确性和可靠性。无线传感器网络是综合了多个学科而发展起来的一种新兴交叉技术，并且已经广泛应用于建筑与城市管理、环境科学、航空航天、工业制造业、军事、智能农业、核科学和煤矿安全监测等领域。其中，由于无线传感器网络技术在我国的飞速发展，在一定程度上已经开始应用于煤矿安全领...
【技术保护点】
1.一种矿井提升机无线传输的故障诊断系统，其特征在于，该系统由信号采集模块、无线信号传输模块、信号调理模块、工业控制计算机、以太网、远程工业控制计算机组成：所述的信号采集模块，包括安装在天轮轴承上的振动传感器，用于采集天轮轴承的振动信号、安装在电机轴承上的振动传感器，用于采集电机轴承上的振动信号、安装在减速器上的振动传感器，用于采集减速器上的振动信号、安装在滚筒轴承上的振动传感器，用于采集滚筒轴承上的振动信号、安装在电气控制柜内的温度传感器，用于采集电气控制柜内部的异常温度信号；所述的无线信号传输模块，包括Zigbee网络和Zigbee信息接收处理终端组成，通过Zigbee...
【技术特征摘要】
1.一种矿井提升机无线传输的故障诊断系统，其特征在于，该系统由信号采集模块、无线信号传输模块、信号调理模块、工业控制计算机、以太网、远程工业控制计算机组成：所述的信号采集模块，包括安装在天轮轴承上的振动传感器，用于采集天轮轴承的振动信号、安装在电机轴承上的振动传感器，用于采集电机轴承上的振动信号、安装在减速器上的振动传感器，用于采集减速器上的振动信号、安装在滚筒轴承上的振动传感器，用于采集滚筒轴承上的振动信号、安装在电气控制柜内的温度传感器，用于采集电气控制柜内部的异常温度信号；所述的无线信号传输模块，包括Zigbee网络和Zigbee信息接收处理终端组成，通过Zigbee网络将天轮上采集的振动信号通过无线网络实现数据的传输；所述信号调理模块，对采集的振动信号进行调理，实现抗干扰处理；所述工业控制计算机，对调理后的信号进行诊断处理，对数据进行处理的同时对井下安全状况作出评估；上位机软件安装在工业控制计算机上，该上位机软件为具有数据处理的计算中心，该数据处理的计算中心具有数据库管理系统功能，能对历史数据进行储存、查询、打印报表的功能；所述以太网，实现对故障诊断数据的远程传输，用于监测机械设备故障的工业控制计算机接入矿区的以太网，将数据发布到网上，供远程客户访问查询；所述远程工业控制计算机，具备与用于天轮振动信号采集的ZigBee的采集终端进行通讯的功能，该终端起到网关作用，将Zigbee协议转换为以太网协。2.一种矿井提升机无线传输的故障诊断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：信号采集与初始参数，获取提升机系统的天轮、电机、减速器和滚筒上的轴承振动信号,并设置SKSFDA模型初始参数及CELMDAN算法参数；步骤2：多成分信号分离，使用完备总体局部均值分解(CELMDAN)方法对振动信号进行分解，从多成分的原始时域振动信号中自适应分离出纯调频信号和包络信号，由此得到多个具有物理意义的PFs分量，PFs分量的瞬时幅值和瞬时频率包含振动信号瞬态特征信息，以突出机械设备运行中的振动信号状态特征；步骤3：选取乘积函数及特征抽取，计算每个PF的周期调制强度PMI，根据PMI值选择PFs作为信号成分，然后从PFs信号的时域和频域抽取统计量和信息熵作为信号特征，生成机械状态的训练数据集和测试数据集；步骤4：确定核慢特征判别分析SKSFDA模型参数，使用基于类内局部结构测度最小、全局部结构测度最大准则以确定最优SKSFDA模型核函数参数；步骤5：构建SKSFDA模型，使用SKSFDA对机械状态训练和测试数据集进行训练建立SKSFDA模型，根据SKSFDA模型把原始数据集进行维数约简，得到具有保持全局和局部数据鉴别几何结构的低维数据集；步骤6：构建监测统计量，计算基于Bayesian推理的监测统计量并确定预设百分比置信度下的阈值，根据监测统计量超出阈值判别是否出现新故障，若无发现新故障，则使用KNN分类器确定当前提升机设备故障类型。3.根据权利要求2所述的一种矿井提升机无线传输的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3中，从PF中抽取时域特征参数计算公式为：时域特征1：时域特征2：时域特征3：其中，均值方差pfi(n)为CLMDAN对信号分解得到的第i个乘积函数分量PF；频域特征计算公式为：假设信号频谱为s(k)，fk表示kth谱线的值，k＝1,2,…,K，K为功率谱项的数量，那么频域特征计算公式为：平均频率：平均能量：频率标准差特征值：上述三个统计量分别表示信号在频域上的平均频率、平均能量、频率标准差特征值；从分解的乘积函数(PFs)中抽取信息熵特征作为机械故障诊断的判断依据；乘积函数奇异熵：令pfi(n)为CLMDAN对信号分解得到的第i个乘积函数分量PF，DM×N∈RM×N为由pfi(n)构成的矩阵，对DM×N进行奇异值分解并有B个非负奇异值Λj，j＝1,2,…,B，那么用乘积函数时频熵定义为用pj描述了该乘积函数信号熵贡献率在总频率成分的百分比；乘积函数时频熵：根据分析信号的时频矩阵DM×N，根据时间参数n和测量参数i定义如下两个向量:其中，n＝1,2,…,N,i＝1,2,…,M，N表示信号PF的数据点数，M为乘积函数(PFs)的数量；那么PFTFE定义为：乘积函数能量熵：PF能量熵的定义为：其中，表示能量概率，4.根据权利要求2或3所述一种矿井提升机无线传输的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤5中，具体的SKSFDA模型构建步骤为：将已知的故障样本按照故障类型进行标记，假设标记样本和未标记数据集分别记为XL与XU，全体数据集记为X＝[XL，XU]，假设标记数据集XL包含C类数据集，第c类的样本数据集记为Nc表示样本集Xc中样本的数量，c＝1,2,…,C，表示标记样本数量，首先通过非线性映射φ(·)把样本数据映射到高维特征空间，令对每个训练样本把非线性的从样本Bc中移出，然后使用Bc的其余样本集对进行线性表示；根据稀疏表示理论，由Bc对样本重构的权重通过下面基于l1-范数的最优重构问题求得其过程如下：其中，表示满足Mercer条件的核函数，选取平移不变小波函数ψ(x)＝(d-x2/σ2)exp(-x2/(2σ2))作为仿真实验使用的核函数，其中d为x的维数，σ核函数的尺度系数，求解上述优化问题后，对进行填0扩展使得其中，B＝[B1,B2,…,Bc,BU]表示所有标记和未标记样本集组成字典，Bu为未标记高维样本数据形式，令假设给定投影变换矩阵W，根据稀疏鉴别嵌入理论和流形学习理论，类内散度矩阵Sw被定义样本在原始高维空间到低维嵌入空间中被同类样本稀疏重构残差量，其类内散度矩阵Sw定义如下：其中，W表示给定投影变换矩阵，代表了维数变换的结构，表示流形内相似性矩阵Gw∈RN×N的元素...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙正，赵志科，张晓光，任世锦，徐桂云，李辉，
申请(专利权)人：枣庄学院，
类型：发明
国别省市：山东,37
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