Способ контроля перегрева горных машин

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН ЯО,)5 Е 21 Г 5/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21) 4423360/23-022) 18.03.88 машрик 0- об общеи перегртБ Б 1( 1,и 0)ных перегрузках ГМ. 2 и,тения является повыдиагностики состояния Целью ение точноорной машин ельно за счет допо яния машины,риведена функаиства для ре адации На фиг. 1ная схема устпредлагаемогофункциональна иокальализацииг, 2решающих а фика сс ма фун матическог устроиство для автроля перегреваит из пироконнойеры 1, аналого-ц орных машин сотелевизионнойфрового преобра с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 07 ЖРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт горного дела им. А.А. Скочинского(56) Авторское свидетельство СССР В 972142, кл. Е 21 Г 5/ОО, 1980.Авторское свидетельство СССР Мф 1314121, кл. Е 21 Г 5/00, 1985 (54) СПОСОБ ЕОН 1 РО 11 Я ПЕРЕГРЕВА ГОРНЫ МАШИН(57) Изобретение относится к технике безопасности и горной автоматике и предназначено для автоматической ди.агностики состояния работы горных(ГМ). Цель - повышение точности диагностики состояния ГМ за счет дополнительной гоадации состояния ГМ Для этого ка ГМ наводят пирококкую камеру, регистрируют икфракрасное Изобретение относится к техникебезопасности и горной автоматике,а более конкретно к способам автоматической диагностики состояния работгорных машин, и может быть использовано на угольных разрезах, в проходческих и очистных забоях шахт длядиагностики состояния роторных зкскаваторов, забойных конвейеров, перегружателей, проходческих и очистныхкомбайнов и других горных машин сцелью оптимизации режимов их работыи предотвращения их поломок,излучение на поверхности ГМ в диапазоне волн 8-14 мкм и формируют термопортрет. Выделяют на нем теплые (светлые) пятка и определяют их площадь Б, яркость 1 и дисперсию П яркости по площади пятен. Задают пороговые значения определяемых параметров Бп, 1и 0и сравнивают с ними Б, 1 и О. По результатам срав нения судят о состоянии ГМ и сигнализируют при Б ) Б, 11и О ) Р об аварийной перегрузке ГМ, при Б, Б, 1,) 1 и 0 с 0 - об общем перегреве ГМ при Б (. Б, 1 ) 1 п, В с 0 , - 0 локальном перегреве, при Б ( Б, 11, и 0 ) Р, - о местных перегревах, при Б с Б, 1 с 1, В с О , - о нормальной работе ГМ, при Б с Б , 1 с 1 и П1)- о точечных перегревах, при ББ,.1 ( 1 п и Д ( зке ГМ, а прГ Р - о ло 3 153602зователя (АЦП) 2, элемента И 3, блока 4 вычисления математического ожидания. блока 5 решающих функций (БРФ),сигналиэаторов б, блока 7 вычислениясуммы числа, элементов зоны перегрева5блока 8 вычисления дисперсии, задатчиков 9 порогов решающей функции, аналогового компаратора 10 и,задатчика 11порога сегментации, 1 ОНа фиг. 2 приведена функциональнаясхема блока 5 решающих функций с сигнализаторами 6 и с задатчиками 9 порогов решающих функций. В состав блока решающих функций входят аналоговые 15компараторы 12-14. Задатчик пороговрешающих функций состоит из задатчиков 15 математического ожидания, задатчика 16 суммы числа элементов зоны перегрева и задатчика 17 дисперсии.20В состав БРФ 5 входят также инверторы 18-20 и трехвходовые элементы И21-28. Сигнализаторы б составлены изблока. 29 сигнализации аварийной перегрузки, блока 30 сигнализации общего перегрева, блока 31 сигнализации локального перегрева, блока 32сигнализации местных перегревов, блока 33 сигнализации нормальной работымашины, блока 34 сигнализации точечных перегревов, блока 35 сигнализацииобщей перегрузки машины и блока 36сигнализации локальных перегрузокмашины.Способ реализуется следующей после-,5довательностью операций.Пироконную камеру наводят на горную машину и регистрируют инфракрасное излучение иэ поверхности горноймашины в диапазоне длин волн 8-14 мкм щи формируют термопортрет. Выделяютна термопортрете теплые (светлые)пятна. Определяют площадь Б теплыхпятен, яркость 1 пятен и дисперсию0 яркости по площади пятен. Задаютпороговые значения площади Бп яркости 1 и дисперсии В. Сравнивают значения Б Т и Вс соответствующимипороговыми значениями Б, 1 П и В,и по результатам сравнения судят о50состоянии горной машины,Если Б) Б; 1 Ти В) Втосигнализируют об их аварийной перегрузке горной машины: при ББ,1 ) 1 и 0 с В сигнализируют об общем перегреве машины; при Б - Яп,11 и В ( В д сигнализируют о локальном перегреве; при Б с. Б, 1 ) 1и ВВсигнализируют о местных пе 0 4регревах; при Б( Б, 11 л и 0 ( 0,сигнализируют о нормальной работе машины; при Б с Б, ТТ и В ) 0сигнализируют о точечных перегревах;при ББп, Т ( 1 и 0 ( Всигналилзируют об общей перегрузке машины;при ББ, Тс 1 и 0) Всигнализируют о локальных перегрузках машины.Работа устройства для реализацииспособа осуществляется следующим образом,Пироконную передающую телевизионную камеру 1 наводят на контролируемую горную машину, телевизионный,сигнал на выходе камеры 1 в любоймомент времени будет являться однозначной мерой температурь 1 соответствующей точки поверхности горной машины. Последовательность телевизионных сигналов со всех элементов пирокона за один кадр изображения составляет. термопортрет контролируемойгорной машины. Термопортрет определяется распределением температуры наконтролируемой поверхности горной машины. Состояние горной машины характеризуется параметрами зон повышенной температуры площадью перегретых,зон Б, температурой перегретых зон(яркостью пятен 1 на термопортрете)и дисперсией температуры в перегретыхзонах (дисперсией яркости В пятен натермопортрете),Зоны повышенной температуры наповерхности горной машины (пятна натермопортрете) выделяются устройством, показанным йа фиг. 1,температуры (Б, 1 и 0) должны быть достаточно представительныйи, чтобы выявлятьизменение состояния горной машмулы.С другой стороны, зон повышеннойтемпературы должно быть немного, чтобы они характеризовали только перегретые (а не просто немного нагретые)участки горной машины и чтобы их легче обработать сравнительно несложнымустройством.По предлагаемому способу диагностики состояния горных машин применентрехмерный критерий по результатамсравнения Б, 1 и В с заданными длякаждой из этих величин пороговымизначениями Б, Т, и Вл,Выход пироконной телевизионнойкамеры 1 соединен с входами АЦП 2и аналогового компаратора 10, к второму входу которого подключен задатчик 11 порога сегментации. Выхоцй5 15 АЦП 2 и компаратора 1 О 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 годключен выход блока 8 вычисления дисперсии, а к четвертому (четвертым) входу (входам) подключен задатчик (задатчики) 9 порогов решающей функции. Выход (выходы) блока 5 решающих функций соединен с сигнализаторами б,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 сигнализаторами 29-36.Распределение уровней черного (холодные участки на горной машине), серого (участки средней температуры на машине) и белого (перегретые участ,ки 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 термопортрета пирокона камеры 1.Любой кадр телевизионных сигналов (термопортрет) делится на два класса с помощью процедуры сегментации. Телевизионный сигнал с камеры 1 подается на первый вход аналогового компаратора 10, на второй вход которого с задатчика 11 подается постоянное пороговое напряжение Пс сегментацииКомпаратор 10 формирует на выходе единичный сигнал,.когда текущий сигнал с выхода камеры 1 о единичном х-м элементе термопортрета П; превышает порог сегментации П. Таким образом, компаратор 10 выдает на второй 36020 6вход элемента И 3 единичный сигнал,если У;У , АЦП 2 преобразует любой х-й элементный телевизионныйсигнал в цифровой код, Если на втором5 входе элемента И 3 присутствует единичный сигнал (при УУ ), то элемент И 3 пропускает цифровые телевизионные сигналы с АЦП 2 на входыблоков 4 и 8. Выходные единичные сигналы с выхоца компаратора 10 подаются также на вход блока 7, где вычисляется (суммируется сумма числа элементов зоны перегрева горной машины,когда 0; ) П . Таким образом, в блоке 7 в течение каждого кадра изображения накапливается число элементовзон перегрева, т.е, формируется сигнал Я о площади белых пятен на тер 20 мопортрете горной машины. Этот сигнал Я с выхода блока 7 подается навходы блоков 4, 8 и 5.В блоке 4 вычисления математического ожидания осуществляется накопле 25 ние (интегрирование) элементных телевизионных сигналов (оцифрованных вАЦП 2 и прошедших через ИЗ), амплитуда которых П, превышает порог сегментации Ос, т.е. формируется величина30У ,(где для любого -го элементатермопортрета П;П ), пропорциональная сумме температур всех элементовзон перегрева горной машины. На другой вход блока 4 с выхода блока 7 подается сигнал Я, численно равный сум 35 марному числу элементов в зонах перегрева горной машины. В блоке 4 вычисляется математическое ожидание (среднее значение температуры или яркость1) яркости зон перегрева по алгорит 40му 1 = Я ; П;, Величина яркостисредней температуры) зон перегрева1 как и величина Б вычисляются одинраз за каждый кадр, т.е. 24 раза на45 секунду,1В блоке 8 вычисления дисперсииосуществляется накопление суммы квадратов , разности Е (О; - ), так каксна один из входов блока 8 поступают сигналы П:с элемента И 3, а на другой вход с блока 4 поступает сигнал 1. Кроме того, в блок 8 иэ блока 7 поступает сигнал Я о количествах элементов в зонах перегрева горной машины. На выходе блока 8 формируется . сигнал (Б -1) (П, - 1), численно равный дисперсии Р яркости по площади белогд пятна на термопортрете и ха 1536020рактеризующий неравномерность и разброс температуры в зоне перегревагорной машины,С увеличением разброса температур,отдельных элементарных участков зоныперегрева значение дисперсии Р увеличивается тем сильнее, чем больше перепад температур элементарных участков зоны перегрева и чем меньше число10элементов в зоне перегрева с одинаковыми или близкими температурами. Значение дисперсии П в блоке 8 такжевычисляется 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 1, 8 и П. На вторые входы компараторов 12-14 с задатчиков15-17 поступают соответствующие пороговые сигналы 1, 8и П , На выходекомпаратора 12 появляется единичныйсигнал при условии 11, на выходекомпаратора 13 единичный сигнал форми руется при условии 8 ) Я, если длясигналов П и Пр на входах компаратора 14 выполняется условие 0 ) 0, тона его выходе формируется единичныйсигнал. При выполнении обратного условия 1 с 1на выходе компаратора 12формируется нулевой сигнал. Аналогично нулевые сигналы на выходах компараторов 13 и 14 формируются при выполнении соответственно условий Я с ЯриП сПр. ГИнверторы 18-20 формируют нулевыесигналы на выходе при поступлении единичного сигнала на вход и единичныесигналы на выходе при поступлении нулевого сигнала на вход. Каждый из трехфвходовых элементов И 21, 22, 23, 24,25, 26, 27 и 28 формирует на выходеединичный сигнал лишь при поступлениина все три его входа единичных сигналов. В любом другом случае на выходе45любого из элементов 21-28 появляетсянулевой сигнал (сигнал отсутствует).Блоки 12-36 работают следующим образом.Единичные сигналы на всех входахэлемента И 21 появляются при выполнении условии ЯЯ; 1 ) 1 р и П ) 0.Это приводит к появлению единичногосигнала на выходе элемента И 21 изагорается сигнализатор 29 "Аварийная перегрузка".При выполнении условий 11;Я ) Яи 0 с П аналогично появляется единичный сигнал на выходе элемен" та И 22 и загорается сигнализатор ЗО" общий перегрев машины", При Я с Я;11и П с 0срабатывает элемент И 23 и загорается сигнализатор 31 "Локальный перегрев". При 8 с 8;1 ) 1и ППр срабатывает элемент И 24 и загорается сигнализатор 32 "Местные перегревы". При Я с Я;1 с 1 и 00срабатывает элемент И 25 и загорается сигнализатор 33 "Нормальная работа машины". При 8 с Я," 1 с 1 и П с 0 срабатывает элемент И 26 и загорается сигнализатор 34 "Точечные перегревы". При Я с Я , 1 с 1 р и 0 ) Псрабатывает элемент И 27 и загорается сигнализатор 36 "Общая перегрузка машины". При 8Яр, 1 с 1и ППр срабатывает элемент И 28 и загорается сигнализатор "Локальные перегрузки машины".Как видно из описанного алгоритма и приведенной на фиг. 2 схемы, одновременное срабатьвание двух элементов И (из 21-28-го элементов) или двух блоков сигнализации (из 29-го 36-го блоков) невозможно, поэтому прецлагаемый способ с высокой достоверностью диагностирует любое из восьми наиболее важных состояний горкой машины.Формула изобретенияСпособ контроля перегрева горных машин, включающий непрерьвную регистрацию инфракрасного излучения из поверхности горной машины в виде термопортрета в диапазоне длин воли 8-14 мкм и определение площади 8 и яркости 1 пятна на термопортрете, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности диагностики состояния горной машины за счет дополнительной градации состояния машины, дополнительно определяют дисперсию П яркости по площади пятна, задают пороговые значения площади 8, яркости 1 и дисперсии П , сравнивают значения площади 8, яркости 1 и дисперсии 0 с пороговыми значениями 8, 1, 0, а о состояниигорной машины судят по результатам сравнения при 8 ) 8, 1 ) 1 р и ППвозникла аварийная перегрузка, при Я ) Я, 11и 0 с П10 1536020 ФинлСоставитель И, Наэаркин Редактор Т. Парфенова Техред М,Дидык ектор М, Максимишинец 75 дписноерытиям и КНТ ССС по изобретениям и о -35, Раушская наб.,оизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,1 возник общий перегрев машины, приЯ с Я, 1 ) 1 я и Р ( Рвозниклокальный перегрев, при Я с Я,1 ъ 1и Р ) Р возник местный пере-грев, при Я с Я, 1 с 1 и Р с Р5происходит нормальная работа машины,аказ 91 Тираж НИИПИ Государственного комите 113035, Москвапри Я с Яя, 1 ( 1 и Р ) Р произошел точечный перегрев, при ЯЯ,1 ( 1 и Р с Р произошла общая перегрузка машины, а при ЯЯ,1 С 1 и Р ) Р произошла локальнаяперегрузка машины.