CN117945250A - 一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法、***及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法、***及存储介质，涉及地下矿山领域，包括：利用不同类型的传感器获取预设时长内提升机的多个目标运行工况参数并进行预处理；基于预处理数据集提取不同时刻各个目标运行工况参数的特征值；根据相邻时刻的目标运行工况参数的特征值对应的差异，获得各时刻的波动性指标；分析不同的目标运行工况参数对提升机坠罐的影响程度，构建初始权重向量并修正；根据修正后的权重向量中各权重元素与同一时刻的波动性指标，得到各时刻的坠罐风险评估指数并与预设阈值比较，判断提升机坠罐的风险等级并发出预警。本发明可以提高矿井提升机坠罐风险检测的效率及准确度，避免重大事故发生，减轻事故危害后果。
Description
技术领域
本发明涉及地下矿山技术领域，更具体的说是涉及一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法、***及存储介质。
背景技术
矿用立井提升机，又叫绞车，是一种大型提升机械设备。它在生产过程中担负着提升矿物和升降人员、设备以及材料的重任，用钢丝绳带动容器在井筒中升降，完成输送任务。矿用立井提升机由原始的提水工具逐步发展演变而来，近年来，由于电力电子技术、计算机技术的发展和现代控制理论的逐步完善，国内外电气传动技术得到了迅猛发展，矿用立井提升机已经发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械，提升量大、速度快。
在设备运行过程中，可能会因检修维护不到位、违反规定操作设备或其他不可抗力因素等，触发罐笼坠罐条件造成坠罐，造成以下严重后果：物料罐坠罐破坏井筒设施，致使无法短时间内恢复竖井运输，造成财产损失以及影响任务的顺利完成；装有***材料的罐笼发生坠罐时可能会在剧烈碰撞中发生***，破坏井筒内的一切设备设施以及线缆，同时巨大的冲击波可能破坏通风设施扩大事故或引起其他***事故；人员乘坐罐笼发生坠罐事故时，会造成重大人员伤亡事故，给矿井带来严重的负面影响。但是，目前对矿井提升机进行检测的技术无法及时发现并消除重大技术缺陷，准确率不高，造成严重后果的比率依旧不低。
因此，如何提高矿用立井提升机坠罐风险检测的效率及准确度，避免重大事故发生，减轻事故危害后果是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法、***及存储介质，解决了背景技术存在的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法，包括以下步骤：
利用不同类型的传感器，获取预设时长内提升机的多个目标运行工况参数并进行预处理，获取预处理数据集；
基于预处理数据集，提取不同时刻各个目标运行工况参数的特征值；
根据相邻时刻的目标运行工况参数的特征值对应的差异，获得各时刻的波动性指标；
分析不同的目标运行工况参数对提升机坠罐的影响程度，构建初始权重向量并进行修正；
根据修正后的权重向量中各权重元素与同一时刻的波动性指标，得到各时刻的坠罐风险评估指数并与预设阈值进行比较，判断提升机坠罐的风险等级并发出相应的预警信息。
可选的，获取预设时长内提升机的多个目标运行工况参数，具体为：
通过安装在提升机卷筒位置处的非接触式转速传感器，获取提升机的转速信号；
通过安装在提升机电机、卷筒以及天轮平台上、下天轮的每个轴承座处的多个振动传感器和温度传感器，采集提升机的振动信号和温度信号；
利用安装在天轮支撑座上的位移传感器，采集提升机的偏摆信号；
通过单目摄像头，获取提升机运作时的卷筒尾绳图像和卷筒端面图像。
可选的，提取不同时刻各个目标运行工况参数的特征值，具体为
分别计算各时刻实际测量的转速信息、温度信息、位移信息与对应的初始转速信息、初始温度信息和初始位移信息之差的平均值，作为提升机的转速特征值、温度特征值和偏摆特征值；
对振动信号进行EEMD分解，将得到的时域特征/频域特征作为提升机的振动特征值；
将卷筒尾绳图像和卷筒端面图像中指定区域的明度值、对比度值、饱和度值中的一项或多项组合，作为图像特征值。
可选的，获得各时刻的波动性指标，具体为：
在当前时刻之前和当前时刻之后分别获取预设数量的相邻时刻，分别计算相邻时刻的目标运行工况参数的特征值与当前时刻的目标运行工况参数的特征值之间的差值，根据差值得到当前时刻目标运行工况参数的特征值对应的波动性指标，进而获取各时刻的波动性指标。
可选的，构建初始权重向量，包括以下步骤：
获取某个当前目标运行工况参数相对于参数集合中其他目标运行工况参数的相对重要度，统计得到当前目标运行工况参数的风险影响度；
根据当前目标运行工况参数的风险影响度以及实际参数差异，得到对应的调整因子；
基于当前目标运行工况参数的类型权重以及对应的调整因子，得到当前目标运行工况参数的初始权重，进而构建初始权重向量。
可选的，初始权重向量修正的方式具体为：
使用熵权法，获取各个目标运行工况参数的信息熵；
将获得的各个目标运行工况参数的信息熵作为修正参数融入到初始权重中，获得各个目标运行工况参数的修正权重。
可选的，得到各时刻的坠罐风险评估指数，具体为：
将修正后的权重向量中各权重元素与同一时刻的各目标运行工况参数的波动性指标相乘，分别获得各时刻的坠罐风险评估指数。
可选的，所述方法还包括：
构建提升机坠罐运维方案数据库，利用目标运行工况参数的特征值进行匹配，确定相应的运维方案；
对坠罐风险评估指数进行等级划分，确定提升机坠罐的风险等级信息；
基于提升机坠罐的风险等级信息和确定的运维方案，对提升机进行坠罐运维防控。
一种实现上述方法的矿用立井提升机坠罐风险自动检测***，包括：
数据采集及处理模块，用于通过不同类型的传感器，获取预设时长内提升机的多个目标运行工况参数并进行预处理，获取预处理数据集；
特征提取模块，用于通过预处理数据集，提取不同时刻各个目标运行工况参数的特征值；
指标获取模块，用于根据相邻时刻的目标运行工况参数的特征值对应的差异，获得各时刻的波动性指标；
权重确认模块，用于分析不同的目标运行工况参数对提升机坠罐的影响程度，构建初始权重向量并进行修正；
风险判断模块，用于根据修正后的权重向量中各权重元素与同一时刻的波动性指标，得到各时刻的坠罐风险评估指数并与预设阈值进行比较，判断提升机坠罐的风险等级并发出相应的预警信息。
一种计算机可存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法的步骤。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法、***及存储介质，利用多种传感器对矿用立井提升机的运行状态进行实时监测，可以及时获取相应的坠罐风险评估指数，尽早提醒运维人员进行坠罐运维防控，提高矿用立井提升机坠罐风险检测的效率及准确度，避免重大事故发生，减轻事故危害后果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法的流程图；
图2为本发明提供的矿用立井提升机坠罐风险自动检测***的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
利用不同类型的传感器，获取预设时长内提升机的多个目标运行工况参数并进行预处理，获取预处理数据集；
基于预处理数据集，提取不同时刻各个目标运行工况参数的特征值；
根据相邻时刻的目标运行工况参数的特征值对应的差异，获得各时刻的波动性指标；
分析不同的目标运行工况参数对提升机坠罐的影响程度，构建初始权重向量并进行修正；
根据修正后的权重向量中各权重元素与同一时刻的波动性指标，得到各时刻的坠罐风险评估指数并与预设阈值进行比较，判断提升机坠罐的风险等级并发出相应的预警信息。
基于以上方案，本实施例利用多种传感器对矿用立井提升机的运行状态进行实时监测，可以及时获取相应的坠罐风险评估指数，尽早提醒运维人员进行坠罐运维防控，提高矿用立井提升机坠罐风险检测的效率及准确度，避免重大事故发生，减轻事故危害后果。
进一步地，获取预设时长内提升机的多个目标运行工况参数，具体为：
通过安装在提升机卷筒位置处的非接触式转速传感器，获取提升机的转速信号；具体的，提升机主轴卷筒侧裸露位置的一圈安装有多个磁铁，各个磁铁在沿提升机主轴卷筒侧裸露位置的同一周圈上均匀布置且间隔相等，而非接触式传感器对准已安装好的磁铁，可以实现提升机运行状态的非接触式检测；
通过安装在提升机电机、卷筒以及天轮平台上、下天轮的每个轴承座处的多个振动传感器和温度传感器，采集提升机的振动信号和温度信号；
利用安装在天轮支撑座上的位移传感器，采集提升机的偏摆信号；
通过单目摄像头，获取提升机运作时的卷筒尾绳图像和卷筒端面图像；具体的，通过尾绳运动画面可以测量钢丝绳的尾绳位置，通过卷筒旋转运动画面可以测量卷筒的旋转角度，二者结合可以判断钢丝绳的当前位置，确认其是否存在异常情况。
本实施例通过选取和布置合理的多种类型的传感器，对所需监测的目标运行工况参数进行数据采集，通过后续的分析可以对矿用立井提升机的坠罐风险情况进行评估，并在监测参数出现异常时及时发出预警提示，提醒相关管理人员进行处理，防止重大风险事故的发生。
进一步地，提取不同时刻各个目标运行工况参数的特征值，具体为
分别计算各时刻实际测量的转速信息、温度信息、位移信息与对应的初始转速信息、初始温度信息和初始位移信息之差的平均值，作为提升机的转速特征值、温度特征值和偏摆特征值；
对振动信号进行EEMD分解，将得到的时域特征/频域特征作为提升机的振动特征值；
将卷筒尾绳图像和卷筒端面图像中指定区域的明度值、对比度值、饱和度值中的一项或多项组合，作为图像特征值。其中，指定区域可以是图像全部区域或中心区域或边缘区域。
进一步地，获得各时刻的波动性指标，具体为：
在当前时刻之前和当前时刻之后分别获取预设数量的相邻时刻，分别计算相邻时刻的目标运行工况参数的特征值与当前时刻的目标运行工况参数的特征值之间的差值，根据差值得到当前时刻目标运行工况参数的特征值对应的波动性指标，进而获取各时刻的波动性指标。
考虑到同一目标运行工况参数在不同阶段可能会产生较大的波动，若仅通过单一的阈值进行判断，可能会将正常的数据误判为异常的数据。因此，在本实施例中，将预设时间内分为不同的阶段，根据不同阶段的目标运行工况参数进行自适应的聚类处理，获取较优的分类结果，可以提高异常数据的判断精度，提高坠罐风险判断的准确率。
进一步地，构建初始权重向量，包括以下步骤：
获取某个当前目标运行工况参数相对于参数集合中其他目标运行工况参数的相对重要度，统计得到当前目标运行工况参数的风险影响度；
根据当前目标运行工况参数的风险影响度以及实际参数差异，得到对应的调整因子；
基于当前目标运行工况参数的类型权重以及对应的调整因子，得到当前目标运行工况参数的初始权重，进而构建初始权重向量。
在本实施例中，风险影响度用于评价目标运行工况参数对提升机坠罐风险评估的影响程度，风险影响度越大，其目标运行工况参数对提升机坠罐的影响越大。具体的，可以根据调整因子与目标运行工况参数的预设权重的乘积得到初始权重，其中，预设权重可以根据需要或经验进行设置。由于实际参数差异可以反映目标运行工况参数的稳定性，风险影响度可以反映目标运行工况参数对提升机坠罐风险的影响，因此结合二者得到的初始权重，可以使最终得到的坠罐风险评估指数准确地反映矿用立井提升机的坠罐风险，准确度更高。
进一步地，初始权重向量修正的方式具体为：
使用熵权法，获取各个目标运行工况参数的信息熵；
将获得的各个目标运行工况参数的信息熵作为修正参数融入到初始权重中，获得各个目标运行工况参数的修正权重。
具体的，在对初始权重向量进行修正时，根据各个目标运行工况参数的特征值构建评价矩阵并进行数据标准化，再计算各个目标运行工况参数的熵以及偏差度，确定修正参数。本实施例通过熵权法获得的修正参数不受主观因素的影响，将其引入到初始权重中可以发挥修正参数的修正作用，使最终获得的修正权重更加客观，提高最后判断结果的准确率。
进一步地，得到各时刻的坠罐风险评估指数，具体为：将修正后的权重向量中各权重元素与同一时刻的各目标运行工况参数的波动性指标相乘，分别获得各时刻的坠罐风险评估指数。此外，还可以将各时刻的坠罐风险评估指数及其前一时刻的坠罐风险评估指数进行加权平均，将加权平均后的结果作为各时刻的最优坠罐风险评估指数，可以使得结果更具参考性。
在更进一步的实施例中，本发明所述方法还包括：
构建提升机坠罐运维方案数据库，利用目标运行工况参数的特征值进行匹配，确定相应的运维方案；
对坠罐风险评估指数进行等级划分，确定提升机坠罐的风险等级信息；
基于提升机坠罐的风险等级信息和确定的运维方案，对提升机进行坠罐运维防控。
在本实施例中，提升机坠罐运维方案数据库中存储有对提升机坠罐风险进行解决的方案的集合，根据目标运行工况参数的特征值在提升机坠罐运维方案数据库中进行匹配，可以确定相应的运维方案；根据工作人员的经验，将坠罐风险评估指数进行等级划分，可以进行提升机坠罐的风险管理。
与图1所述的方法相对应，本发明实施例还提供了一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测***，用于对图1中方法的具体实现，本发明实施例提供的一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测***可以应用计算机终端或各种移动设备中，如图2所示，具体包括：
数据采集及处理模块，用于通过不同类型的传感器，获取预设时长内提升机的多个目标运行工况参数并进行预处理，获取预处理数据集；
特征提取模块，用于通过预处理数据集，提取不同时刻各个目标运行工况参数的特征值；
指标获取模块，用于根据相邻时刻的目标运行工况参数的特征值对应的差异，获得各时刻的波动性指标；
权重确认模块，用于分析不同的目标运行工况参数对提升机坠罐的影响程度，构建初始权重向量并进行修正；
风险判断模块，用于根据修正后的权重向量中各权重元素与同一时刻的波动性指标，得到各时刻的坠罐风险评估指数并与预设阈值进行比较，判断提升机坠罐的风险等级并发出相应的预警信息。
本实施例还提供了一种计算机可存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法的步骤。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用不同类型的传感器，获取预设时长内提升机的多个目标运行工况参数并进行预处理，获取预处理数据集；
基于预处理数据集，提取不同时刻各个目标运行工况参数的特征值；
根据相邻时刻的目标运行工况参数的特征值对应的差异，获得各时刻的波动性指标；
分析不同的目标运行工况参数对提升机坠罐的影响程度，构建初始权重向量并进行修正；
根据修正后的权重向量中各权重元素与同一时刻的波动性指标，得到各时刻的坠罐风险评估指数并与预设阈值进行比较，判断提升机坠罐的风险等级并发出相应的预警信息。
2.根据权利要求1所述的一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法，其特征在于，获取预设时长内提升机的多个目标运行工况参数，具体为：
通过安装在提升机卷筒位置处的非接触式转速传感器，获取提升机的转速信号；
通过安装在提升机电机、卷筒以及天轮平台上、下天轮的每个轴承座处的多个振动传感器和温度传感器，采集提升机的振动信号和温度信号；
利用安装在天轮支撑座上的位移传感器，采集提升机的偏摆信号；
通过单目摄像头，获取提升机运作时的卷筒尾绳图像和卷筒端面图像。
3.根据权利要求2所述的一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法，其特征在于，提取不同时刻各个目标运行工况参数的特征值，具体为
分别计算各时刻实际测量的转速信息、温度信息、位移信息与对应的初始转速信息、初始温度信息和初始位移信息之差的平均值，作为提升机的转速特征值、温度特征值和偏摆特征值；
对振动信号进行EEMD分解，将得到的时域特征/频域特征作为提升机的振动特征值；
将卷筒尾绳图像和卷筒端面图像中指定区域的明度值、对比度值、饱和度值中的一项或多项组合，作为图像特征值。
4.根据权利要求1所述的一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法，其特征在于，获得各时刻的波动性指标，具体为：
在当前时刻之前和当前时刻之后分别获取预设数量的相邻时刻，分别计算相邻时刻的目标运行工况参数的特征值与当前时刻的目标运行工况参数的特征值之间的差值，根据差值得到当前时刻目标运行工况参数的特征值对应的波动性指标，进而获取各时刻的波动性指标。
5.根据权利要求1所述的一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法，其特征在于，构建初始权重向量，包括以下步骤：
获取某个当前目标运行工况参数相对于参数集合中其他目标运行工况参数的相对重要度，统计得到当前目标运行工况参数的风险影响度；
根据当前目标运行工况参数的风险影响度以及实际参数差异，得到对应的调整因子；
基于当前目标运行工况参数的类型权重以及对应的调整因子，得到当前目标运行工况参数的初始权重，进而构建初始权重向量。
6.根据权利要求1所述的一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法，其特征在于，初始权重向量修正的方式具体为：
使用熵权法，获取各个目标运行工况参数的信息熵；
将获得的各个目标运行工况参数的信息熵作为修正参数融入到初始权重中，获得各个目标运行工况参数的修正权重。
7.根据权利要求1所述的一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法，其特征在于，得到各时刻的坠罐风险评估指数，具体为：
将修正后的权重向量中各权重元素与同一时刻的各目标运行工况参数的波动性指标相乘，分别获得各时刻的坠罐风险评估指数。
8.根据权利要求1所述的一种矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
构建提升机坠罐运维方案数据库，利用目标运行工况参数的特征值进行匹配，确定相应的运维方案；
对坠罐风险评估指数进行等级划分，确定提升机坠罐的风险等级信息；
基于提升机坠罐的风险等级信息和确定的运维方案，对提升机进行坠罐运维防控。
9.一种实现如权利要求1-8任一项所述方法的矿用立井提升机坠罐风险自动检测***，其特征在于，包括：
数据采集及处理模块，用于通过不同类型的传感器，获取预设时长内提升机的多个目标运行工况参数并进行预处理，获取预处理数据集；
特征提取模块，用于通过预处理数据集，提取不同时刻各个目标运行工况参数的特征值；
指标获取模块，用于根据相邻时刻的目标运行工况参数的特征值对应的差异，获得各时刻的波动性指标；
权重确认模块，用于分析不同的目标运行工况参数对提升机坠罐的影响程度，构建初始权重向量并进行修正；
风险判断模块，用于根据修正后的权重向量中各权重元素与同一时刻的波动性指标，得到各时刻的坠罐风险评估指数并与预设阈值进行比较，判断提升机坠罐的风险等级并发出相应的预警信息。
10.一种计算机可存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述矿用立井提升机坠罐风险自动检测方法的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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