工矿自动化

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方鹏

2019, 45(1): 1-5. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018080052

<摘要>(113) <HTML> (11) <PDF>(14)

摘要:
针对全液压坑道定向钻机在钻进施工中参数实时显示和集中存储等方面存在的不足，设计了煤矿坑道定向钻机钻进参数监测系统。该系统采用分布式设计，通过CAN总线实现数据的传输和通信，能实时显示钻进速度、钻进/起拔压力、转速、转矩、水泵流量和压力等钻探施工参数，并通过防爆计算机进行数据传输和集中存储，便于钻探参数的分析和调整，结合压力传感器、流量传感器等可实现定向钻进施工的精确测量与控制。现场应用结果表明，该系统可配套多种定向钻机使用，能实时、准确地监测并显示定向钻机运行的各种钻进参数。该系统的设计为后续实现煤矿坑道定向钻机的“机-电-液”一体化控制和故障诊断奠定了基础。

面向煤矿井下的多协议融合网关设计

赵小虎, 王宽, 沈雪茹, 田浩, 有鹏

2019, 45(1): 6-12. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018050100

<摘要>(58) <HTML> (16) <PDF>(13)

摘要:
针对现有煤矿安全监测系统中信息传输可靠性差、异构数据融合度低的问题，设计了一款面向煤矿井下的多协议融合网关。该网关可同时接入不同协议类型的传感器，将多源数据以以太网协议数据的形式传输到远程服务器进行信息融合。在该网关中，物理层通过不同协议（RS232、RS485、CAN、ZigBee）传输介质和接口接收终端的数据信息;协议层对不同的数据格式进行解封，得到终端用户原始数据;系统层通过任务管理和通信调度完成多类型设备的接入;应用层设计用户函数和调用内核空间的网络层协议进行数据封装，得到以太网协议格式的数据后不需处理就可传送到上级节点，完成网关多类型协议数据到以太网协议数据的转换传输。测试结果表明，该网关可以实现RS232、RS485、CAN、ZigBee等协议数据转以太网协议数据的透明传输，且传输时延集中在15 ms以内，传输数据丢包率低，具有很强的通信可靠性。

本质安全型低照度视频采集激光辅助光源设计

李文峰, 蔡蓬勃

2019, 45(1): 13-17. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090058

<摘要>(95) <HTML> (7) <PDF>(11)

摘要:
针对现有低照度视频采集辅助光源存在功耗高、体积大、照射距离近、隐蔽性差等问题，提出了一种本质安全型低照度视频采集激光辅助光源设计方案。选用光源波长为940 nm的半导体激光二极管，利用多模光纤、匀光片和透镜使半导体激光二极管输出光束形状规则、光照强度均匀；本质安全型驱动电路采用恒流驱动方式，具有过压、防反接和防静电保护；通过散热装置降低半导体激光二极管工作温度，使激光辅助光源能长时间稳定工作。测试结果表明，该激光辅助光源照射距离可达20 m，功耗小于3 W，持续工作温度低于50 ℃。

薄煤层智能回采系统关键技术研究

周开平

2019, 45(1): 18-21. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018080051

<摘要>(145) <HTML> (18) <PDF>(10)

摘要:
介绍了国内外薄煤层智能化回采技术发展概况；重点阐述了液压支架全工作面跟机智能化技术、采煤机全工作面智能切割技术、工作面视频监控技术、液压支架电液控制技术、工作面直线度控制技术、智能化远程集控技术、智能化集成供液控制技术、超前支护智能控制技术等薄煤层智能回采系统关键技术原理；针对目前矿井薄煤层回采存在开采难度大、经济效益低、资源采出率低等问题，从采煤机三维智能定位、煤岩界面智能识别、液压支架智能控制3个方面探讨了薄煤层智能回采系统关键技术的发展趋势。

多层次多粒度采煤机创新设计知识表达方法

李杏, 丁华, 杨琨

2019, 45(1): 22-27. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018050073

<摘要>(77) <HTML> (9) <PDF>(7)

摘要:
针对现有知识表达方法难以全面有效地表达采煤机创新设计知识、采煤机专题知识库对知识的表达不够全面和检索效率不高等问题，为实现采煤机创新设计知识和经验的重用，激发设计者进行知识类比迁移的能力，提出了多层次多粒度采煤机创新设计知识表达方法。提取参数、结构、功能、原理、效应和领域等6种属性，用不同抽象粒度的知识对属性进行描述，每一个粒度又分别对应着概念层、语义关系层、实例层等抽象层面。通过特征属性描述生成知识条目，构建了多层次多粒度采煤机创新设计知识库，并通过本体推理和语义扩展从本地知识库和互联网资源检索得到不同层次不同粒度的知识，从而实现采煤机创新设计知识的多层次多粒度表达。以采煤机滚筒结构改进设计为例验证了该方法的可行性。

基于奇异值分解的掘进机振动信号特征量提取

张林锋, 田慕琴, 宋建成, 贺颖, 冯君玲, 杨祥

2019, 45(1): 28-34. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018070035

<摘要>(80) <HTML> (5) <PDF>(11)

摘要:
针对掘进机动载荷识别难度大的问题，提出了基于奇异值分解的掘进机振动信号特征量提取方法。对采集的振动信号进行小波包分解，重构底层各频带节点系数，进而构造时频矩阵；对该矩阵进行奇异值分解，并基于Fisher判据，利用基于散度矩阵的类可分性准则，选择对不同截割岩壁硬度较为敏感的奇异值作为振动信号的特征量，并利用散度矩阵准则值来解决无法定量衡量各阶奇异值对截割硬度敏感程度的问题。与小波包频带能量法提取的特征向量进行比较，结果表明，对于掘进机水平截割、垂直截割和纵向钻进3种工况下的振动信号，基于奇异值分解法提取的特征向量都具有更好的类可分性。

基于探地雷达的煤岩界面探测数据解释方法

苗曙光, 刘晓文, 李淮江, 王昕

2019, 45(1): 35-39. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17361

<摘要>(138) <HTML> (18) <PDF>(9)

摘要:
针对现有煤岩界面识别方法缺乏对煤岩层特性的研究、无法对数据进行较好解释的问题，结合基于探地雷达的煤岩界面探测模型，提出了一种煤岩界面探测数据解释方法，即采用一种改进的最大类间方差法，在二维灰度直方图下对探地雷达探测的煤岩图像进行阈值化分割，从而实现煤岩界面识别。通过仿真实验研究了探地雷达天线频率对可探测煤层厚度的影响，结果表明随着天线频率增大，理论可探测最大煤层厚度减小；采用LTD-2100型探地雷达，设置400 MHz天线频率进行现场测试，结果表明基于探地雷达的煤岩界面探测数据解释方法可提高煤岩界面识别准确性。

煤矿井下电磁无线随钻测量信号滤波研究

康厚清

2019, 45(1): 40-44. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018040041

<摘要>(63) <HTML> (6) <PDF>(7)

摘要:
针对采用自适应滤波最小均方算法和递推最小二乘算法提取煤矿井下电磁无线随钻测量（EM-MWD）信号存在收敛速度慢与运算时间长等问题，提出了一种稳定快速横向递归最小二乘 (SFT-RLS)算法，用于自适应滤除井下非稳态电气干扰与工频及其2倍频、3倍频干扰，实时提取微弱EM-MWD信号。该算法基于RLS算法,利用4个并行滤波器结构可降低运算时间,并利用加权最小二乘误差进行反馈以提高稳定性。仿真试验结果表明，SFT-RLS 算法可实现对采样率为1 kHz的EM-MWD信号进行自适应滤波和自适应陷波，平均每次迭代运行时间小于156.98 μs，实现了快速稳定收敛运算与实时自适应滤波；SFT-RLS算法自适应滤波可抑制信号与干扰比为-115 dB的非稳态电气干扰；SFT-RLS算法自适应陷波可实时滤除工频及其2倍频、3倍频干扰，有效提取频率为6.25 Hz的时间脉冲位置调制的EM-MWD信号波形,为正确解码EM-MWD信号提供了可靠数据。

基于架间行走机器人的液压支架直线度测量方法

白晋铭, 王然风, 付翔

2019, 45(1): 45-51. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018060008

<摘要>(95) <HTML> (11) <PDF>(9)

摘要:
针对目前液压支架直线度测量方法存在测量维度低、误差较大、易受粉尘影响等问题，提出了一种基于架间行走机器人的液压支架直线度测量方法。该方法主要用于支撑掩护式支架，在架间行走机器人上布置传感器，用于直接测量液压支架底座的横向偏移、纵向偏移、横向斜角和纵向倾角等多维位置偏移信息，从而通过支架位置偏移量表征液压支架的直线度信息。试验结果表明，相邻两架偏移误差值在0.2 cm以内，相邻两架角度误差在10′以内；当模型增加到100架支架，依据常规液压支架1.5 m的中心距计算，在工作面长度为150 m时，预计会产生位置偏移累计误差10 cm，角度累计误差8°20′，对于长度不超过150 m的短距离综采工作面，这个累计误差在可接受的范围内，可满足液压支架直线度的测量需求。相比于传统的一维测量信息，该方法通过4维位置偏移信息可为液压支架群的控制提供参考。

液压支架直线度检测机器人激光定位矩阵研究

杨学军, 王然风, 王怀法

2019, 45(1): 52-56. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018060035

<摘要>(84) <HTML> (7) <PDF>(7)

摘要:
针对煤矿井下无人工作面液压支架直线度检测问题，提出了液压支架姿态及直线度检测模型，重点对液压支架直线度检测机器人的激光定位矩阵进行了研究，阐述了激光定位矩阵的软硬件设计方案。通过分析实验结果，得出结论：对于采用直径12 mm的光敏电阻制作的激光定位矩阵，当光斑直径为9~30 mm时，其检测误差随光斑直径的增大而减小，最大检测误差为7.6 mm；综合考虑检测精度和有效检测范围，选择最佳光斑直径为12~18 mm；影响激光定位矩阵检测精度的因素主要包括系统误差和随机误差，可通过减小光敏电阻直径、在光敏电阻前增加小阻值电阻等方式来降低检测误差。

本安电源过压、过流保护次序选择研究

鲍常军, 李吉平, 耿文晶, 于志学, 崔世杰

2019, 45(1): 57-64.. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018050095

<摘要>(58) <HTML> (6) <PDF>(10)

摘要:
过压-过流保护和过流-过压保护是本安电源过压、过流保护次序的2种形式，为研究不同的保护次序形式对本安电源安全性能的影响，建立了本安电源火花放电等效模型，确定了影响保护次序选择的本质安全性能因素。在发生过压、过流或同时发生过压与过流3种情况下，分别比较研究了2种保护次序的保护电路的性能，研究结果表明，在本安电源的设计中，过压、过流保护次序的选择并不是随机任意的，而是有原则可循的：过压保护电路的类型决定了本安电源过压、过流保护次序的选择，在设计中，首先要判断过压保护电路的类型，如果过压保护电路的类型是短路型，本安电源保护电路应设计成过流-过压的保护次序，否则应设计成过压-过流保护次序，过压-过流保护次序的保护电路截止关断时间更短，其保护效果更好，本安电源的安全性能更高。

矿用储能电池荷电状态精确估计方法

张建文, 齐明辉, 王政, 严家明

2019, 45(1): 65-69. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018060036

<摘要>(107) <HTML> (8) <PDF>(8)

摘要:
针对基于安时积分法的矿用储能电池荷电状态估计易产生累计误差的问题，提出一种基于改进安时积分法的矿用储能电池荷电状态精确估计方法。该方法引入温度校正系数、老化程度校正系数和充放电倍率校正系数，通过校正电池容量实现电池荷电状态精确估计；在电池荷电状态为0~15%，90%~100%时，用电池端电压代替开路电压，对改进安时积分法所得结果进行实时校正。实验结果表明，该方法可提高矿用储能电池荷电状态估计精度，估计误差基本控制在±3%以内。

矿用动力电池荷电状态预测

谈发明, 王琪

2019, 45(1): 70-75. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018060051

<摘要>(104) <HTML> (8) <PDF>(8)

摘要:
针对最小二乘支持向量机（LSSVM）用于预测矿用动力电池荷电状态(SOC)时正则化参数和核函数参数难以优化选择，灰狼优化（GWO）算法在单独求解约束优化问题时出现早熟、稳定性差、易陷入局部最优等问题，在差分进化灰狼优化（DE-GWO）算法的基础上，采用指数函数形式的非线性收敛因子对DE-GWO算法进行改进。该非线性收敛因子在迭代过程前段衰减速率低，能更好地寻找全局最优解，在迭代过程后段衰减速率高，能更精确地寻找局部最优解，有效平衡全局搜索能力和局部搜索能力。实验结果表明，利用改进DE-GWO算法优化LSSVM参数后建立的矿用动力电池SOC预测模型最大绝对误差为3.7%，最大相对误差为5.3%。

矿用干式变压器局部放电模式识别方法

唐建伟１, 苏红, 严家明, 张建文, 王金川, 王恩俊

2019, 45(1): 76-80. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090081

<摘要>(74) <HTML> (6) <PDF>(6)

摘要:
为提高矿用干式变压器局部放电模式识别准确率，提出了一种矿用干式变压器局部放电模式识别方法。首先，采用正交匹配追踪算法对原始局部放电信号进行去噪，最大程度保留原始局部放电信号的有用信息；然后，通过自回归模型提取去噪后局部放电信号的自回归系数特征；最后，将自回归系数特征输入随机森林集成分类器对局部放电模式进行识别。实验结果表明，该方法平均识别准确率达98%。

磁耦合谐振式无线电能传输系统的阻抗匹配方法研究

元士强, 崔玉龙, 王景芹, 范好亮, 樊亚超

2019, 45(1): 81-86. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090005

<摘要>(87) <HTML> (10) <PDF>(12)

摘要:
针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中传输距离或负载的改变会导致输入阻抗与射频内阻不匹配，引起输出功率下降的问题，以L型匹配网络为例，提出了一种基于Smith圆图理论的阻抗匹配方法。该方法根据等效电路理论和Smith圆图理论推导出了关于匹配电感和匹配电容的参数表达式，在阻抗失配的情况下通过调节归一化电阻变量即可控制匹配网络参数，从而实现系统的阻抗匹配。仿真和实验结果表明，该匹配方法网络结构简单，避免了复杂的计算过程；相同条件下，匹配后的系统输出功率相较匹配前得到了明显提高，且可有效抑制系统的频率分裂。

含煤层气发电的煤矿微电网容量优化配置

曹娜, 郭沛璇, 于群, 郭宝德

2019, 45(1): 87-94. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018070025

<摘要>(87) <HTML> (6) <PDF>(7)

摘要:
为了提高煤矿微电网系统效益和能源利用率，以煤矿全年综合净效益为目标函数，综合考虑建设煤矿微电网所需成本、产生的收益及多种约束条件，建立了含煤层气发电的煤矿微电网容量优化配置模型。根据全年的风力发电机组发电功率、光伏电池发电功率和负荷数据，采用粒子群算法对容量优化配置模型进行求解，获得分布式电源和储能设备的安装容量。通过算例仿真得到最优配置方案，成本与收益分析表明，微电网与大电网功率交互过程产生了收益；同时分析了可再生能源比例和自发自用率等不同运行指标对配置结果的影响，研究结果可为煤矿微电网的设备容量规划提供参考。

基于本体的矿井提升机主轴系统故障诊断方法

赵旭荣, 李娟莉, 王学文

2019, 45(1): 95-99. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018080054

<摘要>(63) <HTML> (9) <PDF>(6)

摘要:
针对传统矿井提升机故障诊断方法效率低、准确性差及诊断知识难以重用和共享等问题，提出了一种基于本体的矿井提升机主轴系统故障诊断方法。针对矿井提升机主轴系统故障原因多样化的特点，提出用三维坐标法系统总结各种故障现象及其故障原因，解决了故障总结不全面、原因分析不合理等问题；通过Protégé4.3软件建立故障诊断本体库，将故障现象、故障原因及其对应的逻辑关系作为知识存入本体库，解决了故障诊断知识共享和重用困难等问题，提高了故障诊断效率；通过SQL Server 2008数据库存取主轴系统监测数据，利用Java 持久层应用程序接口JPA和Java应用程序接口Jena建立本体库与数据库的映射，实现了数据库与本体库数据的动态交换；最后通过本体库对监测数据进行分析，确定故障原因并定位故障源，实现故障诊断。实例分析结果表明，基于本体的矿井提升机主轴系统故障诊断方法提高了故障诊断的效率和准确性，且可靠性较高。

基于聚焦形貌恢复的矿用截齿磨损测量系统

李宁, 丁华, 王义亮

2019, 45(1): 100-103. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018060054

<摘要>(49) <HTML> (6) <PDF>(5)

摘要:
针对现有截齿磨损测量方法存在过程繁琐、精度低和成本高等问题，设计了一种基于聚焦形貌恢复的矿用截齿磨损测量系统。该系统利用聚焦形貌恢复技术对采集的截齿顶部圆锥序列图像进行处理，获得截齿顶部圆锥三维形貌恢复图，在此基础上得到截齿顶部圆锥表面的深度信息，从而计算出截齿顶部圆锥体积，并结合差值法得出截齿磨损体积。测试结果表明，该系统测量精确度达97.68%。

矿用电机车车载充电系统研究

杨金鑫, 祝龙记

2019, 45(1): 104-108. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018060011

<摘要>(82) <HTML> (20) <PDF>(6)

摘要:
针对现有矿用铅酸蓄电池电机车充电系统存在电能质量差、续航能力小、蓄电池使用寿命短、蓄电池充电装置与电机车驱动系统分离等问题，设计了一种新型一体化车载充电系统。该系统由前级PWM整流电路和后级Buck电路串联组成，充电时将电动机绕组重构为PWM整流电路的升压电感，组成一体化车载充放电电路；采用超级电容代替蓄电池作为储能元件，可实现车载快速充放电功能。仿真结果表明，与传统充电系统相比，该系统充电时间短、效率高，可实现功率因数校正、抑制纹波、高效快速充放电等功能。

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