Способ контроля перегрева горных машин Советский патент 1990 года по МПК E21F5/00 

(21)4423360/23-0.

(22)18.03.88

(46) 15.01.90. Бгол. № 2

(71)Институт горного дела им. А.Л, О очинского

(72)A.M. Александров, И.Л. Гейхман, A.M. Онищенко и Ю./. Оыищенко

(53)62 1.91 1.69(08.«.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 972142, кл. Е 21 F 5/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1314121, кл. Е 21 F 5/00, 1985.

(54)СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЕРЕГРЕВА ГОРНЫХ МАШИН

(57)Изобретение относится к технике безопасности и горной автоматике и предназначено для автоматической диагностики С стояния работы гор ых машин f ГМ), Целъ повышение точности диагностики состояния ГМ за счет дополните. ной градации состояния ГМ. Для этого на ГМ нодят пирокснную камеру, регистрируют инфракрасное

излучение на поверхности ГМ в диапа- зсне волн 8-14 мкм и формируют термопортрет. Выделяют на нем теплые (светлые) пятна и определяют их площадь S, яркость I и дисперсию D яркости по площади пятен. Задают пороговые значения определяемых параметров Sn, In и Dn и сравнивают с ними S, Т и D. По результатам сравнения судят о состоянии ГМ и сигнализируют при

S S

n

1пи D

Dn

об аварийной перегрузке ГМ, при

S S,

Ih

In и D

с Пп об общем

пепегреве ГМ, при S «i. Sn, I I

n

D

Dn - 0 локальном перегреве, при

S Sr

Т I

и D D n - о местных Sn. I . I.

Jn t перегревах, при S о„ , j. « j.n,

П - I) r - о нормальной работе ГМ, при S Sn, Т t- Ip и D Ьп-о точечных перегревах, при S S,,, I I n и D Dn - об общей перегрузке ГМ, а

Ј

(/)

при

Sn, I

In и D

локальных перегрузках ГМ. 2 ап.

ЮТА.

СП

сх

05

Изобретение относится к технике безопасности и горной автоматике и предназначено для автоматической диагностики состояния работы горных машин (ГМ). Цель - повышение точности диагностики состояния ГМ за счет дополнительной градации состояния ГМ. Для этого на ГМ наводят пироконную камеру, регистрируют инфракрасное излучение на поверхности ГМ в диапазоне волн 8-14 мкм и формируют термопортрет. Выделяют на нем теплые (светлые) пятна и определяют их площадь S, яркость J и дисперсию D яркости по площади пятен. Задают пороговые значения определяемых параметров S_п, J_п и D_п и сравнивают с ними S, J и D. По результатам сравнения судят о состоянии ГМ и сигнализируют при S*98S_п, J*98J_п и DΔ_п об аварийной перегрузке ГМ, при S*98S_п, J_п*98J_п и DΔ_п - об общем перегреве ГМ, при S*98S_п, J*98J_п - о локальном перегреве, при S*98S_п, J*98J_п и DΔ_п - о местных перегревах, при S*98S_п, J*98J_п, D Δ_п - о нормальной работе ГМ, при S*98S_п, J*98J_п и DΔ_п - о точечных перегревах, при S*98S_п, J*98 J_п и DΔ_п - об общей перегрузке ГМ, а при S*98S_п, J*98J_п и DΔ_п - о локальных перегрузках ГМ. 2 ил.

Изобретение относится к технике безопасности и горной автоматике, а более конкретно к способам автоматической диагностики состояния работы горных машин, и может бь ть использовано на угольных разрезах, в проходческих и очистных забоях шахт для диагностики состояния роторных экскаваторов, зябойньгх конвейеров, перегружателей, проходческих и очистных комбайнов и других горных машин с целью оптчиизпцмн режимов их работы и предотвращения их поломок.

Целью изобретения является повышение точности диагностики состояния горной машины за счет дополнительной градации состояния машины.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - функциональная схема блока решающих функций,

Устройство для автоматического контроля перегрева горных машин состоит из пироконной телевизионной камеры 1, аналого-цифрового преобра

эователя (АЦП) 2, элемента И 3, блока 4 вычисления математического ожидания, блока 5 решающих функций (БРФ), сигнализаторов 6, блока 7 вычисления суммы числа элементов зоны перегрева блока 8 вычисления дисперсии, задатчи- ков 9 порогов решающей функции, аналогового компаратора 10 и задатчика 11 порога сегментации.J

На фиг. 2 приведена функциональная схема блока 5 решающих функций с сигнализаторами бис задатчиками 9 порогов решающих функций. В состав блока решающих функций входят аналоговые У10 горную машину, телевизионный.

компараторы 12-14. Задатчик порогов решающих функций состоит из задатчи- ков 15 математического ожидания, задатчика 16 суммы числа элементов зоны перегрева и задатчика 17 дисперсии.20 шины. Последовательность телевизионВ состав БРФ 5 входят также инверторы 18-20 и трехвхоцовые элементы И 21-28. Сигнализаторы 6 составлены из блока 29 сигнализации аварийной перегрузки, блока 30 сигнализации об- щего перегрева, блока 31 сигнализации локального перегрева, блока 32 сигнализации местных перегревов, блока 33 сигнализации нормальной работы машины, блока 34 сигнализации точеч- ных перегревов, блока 35 сигнализации общей перегрузки машины и блокч 36 сигнализации локальных перегрузок машины.

Способ реализуется следующей после довательностью операций.

Пироконную камеру наводят на горную машину и регистрируют инфракрасное излучение из поверхности горной

машины в диапазоне длин волн 8-14 мкм 40 но представительными, чтобы выявлять

и формируют термопортрет. Выделяют на термопортрете теплые (светлые) пятна. Определяют площадь S теплых пятен, яркость I пятен и дисперсию D яркости по площади пятен. Задают пороговые значения площади Sn яркости 1П и дисперсии Dn. Сравнивают значения S, 1„ и DnC соответствующими

пороговыми значениями S

п

и D

п о

Dn то

и по результатам сравнения судят состоянии горной-машины.

Если сигнализируют об их аварийной перегрузке горной машины; при S Sn, I In и D с Dn сигнализируют об общем перегреве машины; при S - Sn, сигнализируют о локальном перегреве; при S - Sn, I Ir и D D n сигнализируют о местных Sn, и D Dn , о нормальной работе маS

п

I с 1П и D Dr

сигнализируют о точечных перегревах;

при S Sn, I с I и D D n сигнализируют об общей перегрузке машины; при S S0, I : In и D Dn сигнализируют о локальных перегрузках машины.

Работа устройства для реализации способа осуществляется следующим образом

Пироконную передающую телевизионную камеру 1 наводят на контролирусигнал на выходе камеры 1 в любой момент времени будет являться однозначной мерой температурьТ соответствующей точки поверхности горной маных сигналов со всех элементов пиро- кона за один кадр изображения составляет термопортрет контролируемой горной машины. Термопортрет определяется распределением температуры на контролируемой поверхности горной машины. Состояние горной машины характеризуется параметрами зон повышенной температуры площадью перегретых ,зон S, температурой перегретых зон (яркостью пятен I на термопортрете) и дисперсией температуры в перегретых зонах (дисперсией яркости D пятен на термопортрете).

Зоны повышенной температуры на поверхности горной машины (пятна на термопортрете) выделяются устройством, показанным на фиг. 1.температуры (S, I и D) должны быть достаточизменение состояния горной машины. С другой стороны, зон повышенной температуры должно быть немного, чтобы они характеризовали только пере- 5 гретые (а не просто немного нагретые) участки горной машины и чтобы их легче обработать сравнительно несложным устройством.

По предлагаемому, способу диагностики состояния горных машин применен трехмерный критерий по результатам сравнения S, I и D с заданными для каждой из этих величин пороговыми значениями Sn, 1„ и Dn.

Выход пироконной телевизионной камеры 1 соединен с входами АЦП 2 и аналогового компаратора 10, к второму входу которого подключен задат- чик 11 порога сегментации. Выходы

0

АЦП 2 и компаратора 10 соединены с входами элемента И 3. Выход компаратора 10 соединен также с входом блока 7 вычисления суммы числа элементов зоны перегрева, выход которого подключен к первым входам блока 5 решающих функций, блока 4 вычисления математического ожидания и блока 8 вычисления дисперсии. Выход элемента И 3 соединен с вторыми входами блока вычисления математического ожидания и блока 8 вычисления дисперсии. Выход блока 4 вычисления математического ожидания соединен с третьим входом блока 8 вычисления дисперсии и с вторым входом блока 5 решающих функций, к третьему входу которого подключен выход блока 8 вычисления дисперсии, а к четвертому (четвертым входу (входам) подключен зздатчик (задатчики) 9 порогов решающей функции. Выход (выходы) блока 5 решающих функций соединен с сигнализаторами 6

Блок 5 содержит три аналоговых компаратора 12-14, первые входы которых подключены к выходам соответственно блоков 4, 7 и 8, а вторые входы подключены к задатчикам 15-17. Выходы аналоговых компараторов 12-14 (фиг.2 соединены с инверторами 18-20 и с трехвходовыми элементами И 21-28, выходы которых соединены с соответствующими сигкали-чаторами 29-36.

Распределение уровней срного (холодные участки на горной машине), серого (участки средней температуры на машине} и белого (перегретые участки машины) сказывается на амплитуде телевизионного сигнала на выходе камеры 1 - чем выше температура точки на горной машине, тем больше амплитуда соответствующего этой точке телевизионного сигнала с элемента термо- портрета пирокона камеры 1.

Любой кадр телевизионных сигналов (термопортрет) делится на два класса с помощью процедуры сегментации. Телевизионный сигьал с камеры 1 подается на первый вход аналогового компаратора 10, на второй вход которого с задатчика 11 подается постоянное пороговое напряжение Uc сегментации. Компаратор 10 формирует на выходе единичный сигнал, когда текущий сигнал с выхода камеры 1 о единичном 1-м элементе термопортрета Uj превышает порог сегментации U6. Таким образом, компаратор 10 выдает на второй

10

5360206

вход элемента И 3 единичный сигнал,

если U; Uc . А1Щ 2 преобразует любой i-й элементный телевизионный сигнал в цифровой код. Если на втором входе элемента И 3 присутствует единичный сигнал (при U - Uc), то элемент И 3 пропускает цифровые телевизионные сигналы с АЦП 2 на входы блоков 4 и 8. Выходные единичные сигналы с выхода компаратора 10 подаются также на вход блока 7, где вычисляется (суммируется сумма числа элементов зоны перегрева горной машины, когда U; Uc . Таким образом, в блоке 7 в течение каждого кадра изображения накапливается число элементов зон перегрева, т.е. формируется сигнал S о площади белых пятен на тер- мопортрете горной машины. Этот сигнал S с выхода блока 7 подается на входы блоков 4, 8 и 5.

В блоке 4 вычисления математического ожидания осуществляется накопле- 25 ние (интегрирование) элементных телевизионных сигналов (оцифрованных в АЦП 2 и прошедших через ИЗ), амплитуда которых U; превышает порог сегментации Uc, т.е. формируется величина 51Uj (где для любого 1-го элемента термопортрета U Uc)(пропорциональная сумме температур всех элементов зон перегрева горной машины. На другой вход блока 4 с выхода блока 7 подается сигнал S, численно равный суммарному числу элементов в зонах перегрева горной машины. В блоке 4 вычисляется математическое ожидание (среднее значение температуры или яркость I)

15

20

30

35

40

45

50

55

яркости зон перегрева по алгоритму I S lUj. Величина яркости

1

(.средней температуры) зон перегрева I как и величина S вычисляются один раз за каждый кадр, т.е. 24 раза на секунду.

В блоке 8 вычисления дисперсии осуществляется накопление суммы квадратов разности 21 (U;- I)2, так как на один из входов блока 8 поступают сигналы U с элемента ИЗ, а на другой вход с блока 4 поступает сигнал I. Кроме того, в блок 8 из блока 7 поступает сигнал S о количествах элементов в зонах перегрева горной машины. На выходе блока 8 формируется сигнал (S -1) 2XU;- Т)г, численно равный дисперсии D яркости по площади белого пятна на термопортрете и ха

рактеризующий неравномерность и разброс температуры в зоне перегрева горной машины.

С увеличением разброса температур отдельных элементарных участков зоны перегрева значение дисперсии D увеличивается тем сильнее, чем больше перепад температур элементарных участков зоны перегрева и чем меньше число элементов в зоне перегрева с одинаковыми или близкими температурами. Значение дисперсии D в блоке 8 также вычисляется один раз за кадр телевизионного сигнала с выхода камеры 1, т.е. 24 раза за секунду.

Таким образом, на входы компараторов 12-14 с блоков 4, 7 и 8 поступают сигналы I, S и D. На вторые входы компараторов 12-14 с задатчиков 15-17 поступают соответствующие пороговые сигналы 1П, Sn и В„.На выходе компаратора 12 появляется единичный сигнал при условии I 1П, на выходе компаратора 13 единичный сигнал формируется при условии S Sn, если для сигналов D и Dn на входах компаратора 14 выполняется условие D Dn, то на его выходе формируется единичный сигнал. При выполнении обратного уело вия 1 I „ на выходе компаратора 12 формируется нулевой сигнал. Аналогично нулевые сигналы на выходах компараторов 13 и 14 формируются при выполнении соответственно условий S с Sn и D Dn.

Инверторы 18-20 формируют нулевые сигналы на выходе при поступлении единичного сигнала на вход и единичные сигналы на выходе при поступлении нулевого сигнала на вход. Каждый из тре входовых элементов И 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28 формирует на выходе единичный сигнал лишь при поступлении на все три его входа единичных сигналов. В любом другом случае на выходе любого из элементов 21-28 появляется нулевой сигнал (сигнал отсутствует).

Блоки 12-36 работают следующим образом.

Единичные сигналы на всех входах элемента И 21 появляются при выполнении условий S Sn; I I п и В 7 В„. Это приводит к появлению единичного сигнала на выходе элемента И 21 и загорается сигнализатор 29 Аварий- ная перегрузка.

При выполнении условий I т 1П; S S п и D Dn аналогично появляет

0

5

0

5 „ 35

ся единичный сигнал на выходе элемента И 22 и загорается сигнализатор 30 общий перегрев машины. При и В Ј Dn срабатывает элемент И 23 и загорается сигнализатор 31 Локальный перегрев. При S Sn; I I n и В ; Dn срабатывает элемент И 24 и загорается сигнализатор 32 Местные перегревы. При S : Sn; и В D n срабатывает элемент И 25 и загорается сигнализатор 33 Нормальная работа машины. При ScSn;IcIn и В Вп срабатывает элемент И 26 и загорается сигнализатор 34 Точечные перегревы. При S . S n, срабатывает элемент И 27 и загорается сигнализатор 36 Общая перегрузка машины. При S Sn, I In и В Вп срабатывает элемент И 28 и загорается сигнализатор Локальные перегрузки машины.

Как видно из описанного алгоритма и приведенной на фиг. 2 схемы, одновременное срабатывание двух элементов И (из 21-28-го элементов) или двух блоков сигнализации (из 29-го 36-го блоков) невозможно, поэтому предлагаемый способ с высокой достоверностью диагностирует любое из восьми наиболее важных состояний горной

маШИНМ.

Формула изобретения

0

0 5

5

Способ контроля перегрева горных машин, включающий непрерывную регистрацию инфракрасного излучения из поверхности горной машины в виде термопортрета в диапазоне длин волн 8-14 мкм и определение площади S и яркости I пятна на термопортрете, отличающийся тем, что, с целью повышения точности диагностики состояния горной машины за счет дополнительной градации состояния машины, дополнительно определяют дисперсию D яркости по площади пятна, задают пороговые значения площади Sn, яркости 1П и дисперсии Dn, сравнивают значения площади S, яркости I и дисперсии D с пороговыми значениями Sn, In, Dn, а о состоянии горной машины судят по результатам сравнения при S Sn, I I n и D D n возникла аварийная перегрузка, при S 5„, I In и D : Dn

возник общий перегрев машины, при

S S,

I I

и D : D,

возник

п

локальный перегрев, при S S возник местный перегрев, при S Sn, I In и D Dn происходит нормальная работа машины,

/

ЦЦУ

Фш.1

Составитель И. Назаркина Редактор Т. Парфенова Техред М.ДидыкКорректор М. Максимишинец

Заказ 91Тираж 375Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

536020

при S . S

10

„, 1 с1пиО Оп произошел точечный перегрев, при S Sn, I ln и D Dn произошла общая перегрузка машины, а при S Sn, произошла локальная перегрузка машины.