(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010745490.3
(22)申请日 2020.07.29
(71)申请人 北京天地龙跃科技有限公司
地址 100000 北京市朝阳区和平街青年沟
路5号25幢一层104号
(72)发明人 李臻 于峰涛 马海龙 王翔
贾洪钢 张建中 朱益军
(74)专利代理机构 北京冠和权律师事务所
11399
代理人 陈国军
(51)Int.Cl.
G01M 13/02(2019.01)
G01M 13/027(2019.01)
G01R 31/34(2006.01)
(54)发明名称一种综采设备PHM系统(57)摘要本发明提供了综采设备PHM系统。性能评估模块：用于构建验证评估模型；模拟实验模块：用于搭建模拟实验验证平台；PHM云端共享验证模块，用于搭建PHM云端共享验证平台；模型构建模块：用于确定多类型精准寿命预测模型和维修决策模型；结果验 证模块：用于输出验证结果。本发明的有益效果在于：本发明的系统通过故障预测与健康管理(PHM)系统涵盖了故障诊断全部内容，又增加了故障预测与维修决策技术，通过维护周期的延长和及时的维修活动，提高系统的可用性、开机率和生产效率；通过预测性维护和精准维修，故障停机时间和配件库存期，显著降低维修成本，提高生产效率；最终降低产品全寿命周期成本，减少维护工作量，
减人提效。权利要求书3页 说明书11页 附图1页CN 111896244 A 2020.11.06
C N 111896244
A
1.一种综采设备PHM系统，其特征在于，包括：
性能评估模块：用于获取综采设备故障数据和运维数据，并根据所述故障数据，确定性能指标，构建验证评估模型； 模拟实验模块：用于根据所述综采设备的工况信息，模拟所述综采设备的传动系统的机电故障，搭建模拟实验验证平台；
PHM云端共享验证模块，用于根据所述验证评估模型和模拟实验验证平台，在云服务器中搭建PHM云端共享验证平台；
模型构建模块：用于将不同类型的故障检测技术通过所述PHM云端共享验证平台处理，确定多类型精准寿命预测模型和维修决策模型；
结果验证模块：用于根据所述多类型精准寿命预测模型和维修决策模型确定所述综采设备PHM算法，并通过PHM算法验证所述综采设备的预测寿命和维修策略，输出验证结果。
2.根据权利要求1所述的一种综采设备PHM系统，其特征在于，所述性能评估模块包括：
数据采集单元：用于确定数据源和验证源，并提取故障数据和运维数据；其中，
所述故障数据由模拟实验和所述综采设备上设置的监测设备实时采集；
所述运维数据由所述综采设备上的设置监测设备储存的历史运维数据中采集；
指标设置单元：用于根据所述故障数据和运维数据，搭建PHM算法，并通过综采设备的工况性能，设置算法指标；其中，
所述工况性能包括：变载荷、变速、电压波动、电磁干扰、润滑和计算容量；
所述算法指标包括：PHM算法技术性能的鲁棒性指标、计算性能的复杂度指标以及经济性能的投资回报和全生命周期成本分析指标；
模型构建单元：用于根据所述PHM算法，确定计算流程，并通过所述计算流程中可选项与修正模式，构建验证评估模型；其中，
所述可选项包括：数据源、特征量、特征量阈值、算法、评价指标；
所述修正模式包括：数据源修正、特征量修正、特征量阈值修正、算法修正、评价指标修正。
3.根据权利要求1所述的一种综采设备PHM系统，其特征在于，所述模拟实验模块包括：
平台组成单元：用于获取所述综采设备的结构，确定所述模拟实验验证平台的组成结构；其中，
所述模拟实验验证平台的组成结构包括：变频调速背靠背加载系统、动力传动系统、供电系统、工况模拟系统、故障模拟元部件、传感系统、数据采集模块和分析模块；
工况单元：用于获取所述综采设备作业的环境数据，确定工况信息；其中，
所述工况条件包括：变载荷信息、变速信息、电压波动信息、电磁干扰信息、润滑故障信息和外部冲击信息；
变载荷模拟单元：根据所述变载荷信息，确定所述综采设备的驱动电机与发电机背靠背传动加载系统
中所述驱动电机通过变频调速以及发电机通过四象限回馈变频器的加载电荷，并模拟所述模拟实验验证平台的变频调速背靠背加载系统；
变速模拟单元：根据所述变速信息，确定所述电机与发电机之间联轴器、支撑座、扭矩仪、减速机的变速数据，并模拟所述模拟实验验证平台的动力传动系统；
电压波动模拟单元：根据所述电压波动信息，确定所述综采设备的供电电源和电压调
控的电压波动信息，并模拟所述模拟实验验证平台的供电系统；
电磁干扰模拟单元：根据所述电磁干扰信息，确定所述综采设备的振源和电磁干扰脉冲发生器施加的外部振动和电流谐波干扰，并模拟所述模拟实验验证平台的传感系统、数据采集模块和分析模块；
润滑故障模拟单元：根据所述润滑故障信息，确定所述综采设备的润滑油的油质信息，并模拟所述模拟实验验证平台的故障模拟元部件；
外部冲击模拟单元：根据所述外部冲击信息，确定所述综采设备的外部冲击信息，并模拟所述模拟实验验证平台的工况模拟系统；
搭建单元：用于根据所述变载荷模拟单元、变速模拟单元、电压波动模拟单元电磁干扰模拟单元润滑故障模拟单元和外部冲击模拟单元，组成模拟实验验证平台。
4.根据权利要求1所述的一种综采设备PHM系统，其特征在于，所述PHM云端共享验证模块包括：
数据获取单元：用于基于所述验证评估模型，确定所述故障数据和运维数据中的历史样本数据和处理数据；
算法企业顶单元：用于根据所述历史样本数据和处理数据，确定数据特征，并设计特征量算法；
数据库搭建模块：基于所述特征量算法、历史样本数据和处理数据在所述PHM云端网络中搭建云端数据库；
框架搭建模块：用于根据所述模拟实验验证平台，搭建云端模拟平台框架；
平台搭建模块：用于融合所述云端模拟平台框架和云端数据库，构建PHM云端共享验证平台。
5.根据权利要求1所述的一种综采设备PHM系统，其特征在于，所述PHM云端共享验证模块还包括：
验证功能搭建单元：用于搭建人机交互的界面平台，并于用户端的终端设备连接；其中，
所述用户端包括：设计用户端和煤机用户端；其中，
所述设计用户端的功能在于：算法加载，选择算法分类、调取历史数据样本、计算特征量、设定阈值
、发布性能评估内容、启动性能评估工具和输出并存储评估结果；
所述煤机用户端的功能在于：择计划应用PHM系统的内容，选择配套的主机设备、运维经验数据录入，启动性能评估工具，输出并存储经济指标评价结果和所选PHM系统的性能评价结果。
6.根据权利要求1所述的一种综采设备PHM系统，其特征在于，所述模型构建模块包括：
故障检测技术确定单元：用于根据所述故障数据和运维数据，确定样本数据的数量，并基于所述样本数据的数量，确定多类型精准寿命预测模型；其中，
所述故障预测技术包括：基于小样本数据驱动的寿命预测模型、基于大量样本历史经验的寿命预测模型和基于物理模型的寿命预测模型；
相似性处理单元：用于根据所述样本数据，确定退化变量，并基于所述退化变量的近期表现与某一历史样本的退化变量在某一时间段的表现相似性，将所述样本数据通过所述PHM云端共享验证平台进行处理，确定验证数据；
相对类似疲劳累积损伤处理单元：用于根据所述样本数据，确定工况的疲劳累积损伤，确定损失数据；
策略单元：用于根据所述验证数据，确定故障类型，根据损失数据，确定维修方式，结合所述维修方式和故障类型，确定维修决策模型。
7.根据权利要求1所述的一种综采设备PHM系统，其特征在于，所述结果验证模块包括：
优化单元：用于获取所述综采设备的监测数据，并通过所述维修决策模型和多类型精准寿命预测模型处理，确定计算量；
储存单元：用于根据记录所述监测数据通过所述维修决策模型和多类型精准寿命预测模型的数据量，确定储存能力；
算法单元：根据所述计算量和储存能力，生成PHM算法；
验证单元：用于将所述监测数据发送至PHM云端共享验证平台，并通过PHM算法验证所述监测数据，确定可信度；
结果单元：用于根据所述可信度，输出验证结果。
8.根据权利要求1所述的一种综采设备PHM系统，其特征在于，所述结果验证模块还包括：
实验单元：用于在所述综采设备上配置监测设备，确定监测数据；
布设单元：用于确定所述综采设备的位置，并将所述综采设备PHM系统配置在所述综采设备上并于所述监测设备连接，获取通信数据；
预测验证单元：用于将所述监测数据发送至PHM云端共享验证平台，并通过PHM算法处理，确定预测算法准确度、故障诊断算法准确度和漏判率，确定置信度。
一种综采设备PHM系统技术领域
[0001]本发明涉及煤炭设备技术领域，特别涉及一种综采设备PHM系统。
背景技术
[0002]目前，全生命周期成本(LCC)分析研究已成热门，相关行业学者都有对该技术的应用进行研究，并已在有关行业设备的采购决策和使用管理中得到应用；在煤机装备领域已有综采设备可靠性寿命、运维优化管理和检修周期优化等研究技术，但尚未看到煤机装备全生命周期成本(LCC)相关理论研究和应用决策研究的报道。
[0003]鉴于煤矿井下设备工况条件恶劣，噪声干扰较大，对特征量提取与故障诊断和预测算法性能有较大的影响，因此，需要建立适用于煤机装备故障预测和健康管理系统发展的综合性能度量指标体系，并开发成性能评价工具，搭建在云服务平台，为煤机装备故障预测和健康管理系统发展提供检测
、评价与完善的手段，以不断满足PHM系统在煤矿的使用要求。
发明内容
[0004]本发明提供一种综采设备PHM系统，用以解决煤矿井下设备工况条件恶劣，噪声干扰较大，对特征量提取与故障诊断和预测算法性能有较大的影响的情况。
[0005]一种综采设备PHM系统，其特征在于，包括：
[0006]性能评估模块：用于获取综采设备故障数据和运维数据，并根据所述故障数据，确定性能指标，构建验证评估模型；
[0007]模拟实验模块：用于根据所述综采设备的工况信息，模拟所述综采设备的传动系统的机电故障，搭建模拟实验验证平台；
[0008]PHM云端共享验证模块，用于根据所述验证评估模型和模拟实验验证平台，在云服务器中搭建PHM云端共享验证平台；
[0009]模型构建模块：用于将不同类型的故障检测技术通过所述PHM云端共享验证平台处理，确定多类型精准寿命预测模型和维修决策模型；
[0010]结果验证模块：用于根据所述多类型精准寿命预测模型和维修决策模型确定所述综采设备PHM算法，并通过PHM算法验证所述综采设备的预测寿命和维修策略，输出验证结果。
[0011]作为本发明的一种实施例，所述性能评估模块包括：
[0012]数据采集单元：用于确定数据源和验证源，并提取故障数据和运维数据；其中，
[0013]所述故障数据由模拟实验和所述综采设备上设置的监测设备实时采集；
[0014]所述运维数据由所述综采设备上的设置监测设备储存的历史运维数据中采集；
[0015]指标设置单元：用于根据所述故障数据和运维数据，搭建PHM算法，并通过综采设备的工况性能，设置算法指标；其中，
[0016]所述工况性能包括：变载荷、变速、电压波动、电磁干扰、润滑和计算容量；
说 明 书
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