[发明专利]一种基于数字孪生技术应用到煤矿采掘设备的监控系统

说明书

本发明涉及煤矿设备技术领域，一种基于数字孪生技术应用到煤矿采掘设备的监控系统，煤矿采掘设备信息模块：用于构建和存储煤矿采掘设备的信息模型；传感器群：负责实时采集煤矿采掘设备物理本体运动的相关数据；信息编译执行模块：获取和消除煤矿采掘设备物理本体运动的相关数据中的噪声信号；建模计算模块：获得煤矿采掘设备的当前工作状态，以及煤矿采掘设备的故障预期；人机交互判断模块：对煤矿采掘设备进行监控，实现煤矿采掘设备的物理信息与虚拟信息融合及智能化监控。该系统可视化直观反映矿井综掘工作面环境、工况状态和设备运行状态，以及对设备进行故障定位和健康预测等问题。

技术领域

本发明涉及煤矿设备技术领域，特别是一种基于数字孪生技术应用到煤矿采掘设备的监控系统。

背景技术

煤矿机械属于机械的一个大的分类，煤矿机械是专门用于煤矿开采的机械，由于其专业的特点而不同于其他矿山机械，作为煤炭生产的大国，中国每年煤炭的产量在不断的提升，截止2008年底全国的煤炭产量突破了24亿吨，煤矿机械的生产在我国有着举足轻重的作用。

但是，现有的煤矿掘进工作面存在粉尘浓度大、能见度低、喷雾、滴水等不利因素，对视频图像的采集影响较大，因此基于视频技术的掘锚一体机监控系统工作可靠性和效果并不理想，难以可视化直观反映矿井综掘工作面环境、工况状态和设备运行状态，以及对设备进行故障定位和健康预测，因此，不满足现有的需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于数字孪生技术应用到煤矿采掘设备的监控系统，该系统可视化直观反映矿井综掘工作面环境、工况状态和设备运行状态，以及对设备进行故障定位和健康预测等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于数字孪生技术应用到煤矿采掘设备的监控系统，包括传感器群、煤矿采掘设备信息模块、信息编译执行模块、建模计算模块和人机交互判断模块，

煤矿采掘设备信息模块：用于构建和存储煤矿采掘设备中所涉及部件的信息模型；

传感器群：分布固定安装在煤矿采掘设备物理本体上，负责实时采集煤矿采掘设备物理本体运动的相关数据并即时反馈数据；

信息编译执行模块：获取煤矿采掘设备物理本体运动的相关数据，将煤矿采掘设备物理本体运动的相关数据进行预处理，具体为，将煤矿采掘设备物理本体运动的相关数据进行分类，根据分类中预设的处理标准，消除煤矿采掘设备物理本体运动的相关数据中的噪声信号，将降噪后的煤矿采掘设备物理本体运动的相关数据进行保存；

建模计算模块：通过煤矿采掘设备的三维图纸模型构建监控所涉及的煤矿采掘设备监控模型，将煤矿采掘设备信息模块储存的存储煤矿采掘设备中所涉及部件的信息模型附加到所涉及的煤矿采掘设备监控模型中，共同形成煤矿采掘设备的数字孪生体，该数字孪生体存在于煤矿采掘设备的整个生命产品周期，并可以实时地反映物理层中煤矿采掘设备的真实状态；所述建模计算模块还用于将信息编译执行模块降噪后的煤矿采掘设备物理本体运动的相关数据附加在数字孪生体上，通过孪生体性能退化虚拟的方式，得到虚拟运行状态监控数据，根据虚拟行状态监控数据控制几何模型完成仿真动作，实现对矿采掘设备运行状态监控系统的动态仿真，获取煤矿采掘设备物理体的实际运行状态和孪生体退化模拟状态的状态偏差值，最终获得煤矿采掘设备的当前工作状态，以及煤矿采掘设备的故障预期；

人机交互判断模块：通过仿真模拟产生相应的状态偏差值和故障预期，对煤矿采掘设备进行监控，最终实现煤矿采掘设备的物理信息与虚拟信息融合及智能化监控。

作为优选的，所述煤矿采掘设备信息模块包括几何模型、功能信息模型、规则模型、行为模型、控制逻辑模型。

作为优选的，所述煤矿采掘设备包括采煤机、液压支架、刮板输送机和转载机。

作为优选的，所述传感器群包括温度传感器、霍尔传感器、压力传感器、线速度传感器、角度传感器。