基于支持向量機算法的煤礦立井罐籠防飛車防墜方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于支持向量機分類算法的煤礦立井罐籠防飛車防墜方法，采用支持向量機分類算法，將傳感器采集到的信號分為正常運行狀態(tài)和飛車斷繩狀態(tài)，再準確地確定提升機的運行狀態(tài)。本發(fā)明彌補了傳統(tǒng)提升機保護系統(tǒng)未考慮飛車和誤動作率高這兩個重要不足，通過對速度和提升繩張力兩個因素的檢測，并采用基于支持向量機的分類算法，能夠準確發(fā)現(xiàn)飛車和斷繩事故，并且準確動作，降低了煤礦立井提升系統(tǒng)生產(chǎn)的直接和間接的安全事故。
【專利說明】基于支持向量機算法的煤礦立井罐籠防飛車防墜方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦安全領域，具體為一種基于支持向量機分類算法的煤礦立井罐籠防飛車防墜方法。
【背景技術】
[0002]近幾年來，隨著經(jīng)濟的快速增長，能源的需求量大幅度提高，煤炭行業(yè)迎來了前所未有的好行情，但隨著煤炭行業(yè)的發(fā)展，煤礦事故也頻繁發(fā)生，其中提升系統(tǒng)的事故占據(jù)了很大一部分。[0003]煤礦立井提升設備的安全運行與整個煤礦安全的生產(chǎn)密切相關。因此，對煤礦立井提升系統(tǒng)實施異常保護顯得尤為重要。傳統(tǒng)的提升機防墜系統(tǒng)只在斷繩或失去牽引力的情況下起保護作用，在飛車故障時起不到保護作用，另外，傳統(tǒng)的防飛車和防墜裝置的誤動作率相對較高，對煤礦的正常生產(chǎn)運行有一定的影響。本發(fā)明利用速度和張力傳感器檢測速度及提升繩的張力，采用基于支持向量機分類算法，準確判斷、精確動作，在斷繩和飛車情況下能快速準確地對罐籠實施剎車保護，并實現(xiàn)最終減少甚至防止煤礦提升系統(tǒng)事故的發(fā)生的目標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種煤礦立井提升機防飛車防墜裝置，以解決現(xiàn)有技術中不能同時對斷繩和飛車兩種故障進行保護以及誤動作率較高的缺點。
[0005]為了解決該問題，本發(fā)明采用的技術方案為:
[0006]一種基于支持向量機分類算法的煤礦立井罐籠防飛車防墜方法，其特征在于:采用支持向量機分類算法，將傳感器采集到的信號分為正常運行狀態(tài)和飛車斷繩狀態(tài)，再準確地確定提升機的運行狀態(tài)；具體包括以下步驟:
[0007](I)采用速度傳感器和提升繩張力傳感器，將采集到的信號送到MCU引腳，進行A/D采樣，轉化為數(shù)字量儲存；
[0008](2)在MCU中將采集到的速度和張力信號組成二維向量，該向量作為SVM的輸入，并通過一個非線性映射，對該向量進行升維處理，也即將其映射到一個易于分類的高維空間中；
[0009](3)在步驟(2)所得到的高維空間中，對這些向量求取最優(yōu)線性分類面，優(yōu)化函數(shù)為:
η2 η
[0010]Q(a) =αμ 丨 y 丨ViK (XifXj)
?=1 L ij^\
[0011]α為Lagrange系數(shù)，y為類標號，x為樣本向量，K O為內(nèi)積運算；
[0012]而相應的判別函數(shù)為:


η
[0013]/(X) = sgn(^a; >'A:(Xi，λ:) + h':)[0014]sgn()為符號函數(shù)，b*為最佳分類平面的閾值；
[0015](4)步驟(3)中的f (X)是二值函數(shù)，其輸出只有-1和1，規(guī)定I為正常運行態(tài)，-1為異常狀態(tài)；根據(jù)函數(shù)f (X)的輸出值決定是否動作繼電器，對提升機系統(tǒng)實施保護措施。
[0016]所述的基于支持向量機分類算法的煤礦立井罐籠防飛車防墜方法，其特征在于:所述速度傳感器為激光式速度傳感器，安裝在主控電機軸承位置，通過測量電機的轉速根據(jù):
[0017]v=r ω
[0018]V為提升機運行速度，r為半徑，ω電機運行的角速度；
[0019]得到罐籠平動速度，速度值直接通過數(shù)字量輸出；采集到張力數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)后，分別送入MCU中進行處理，并通過控制器局域網(wǎng)絡總線傳送到地面的中心計算機。
[0020]所述的基于支持向量機分類算法的煤礦立井罐籠防飛車防墜方法，其特征在于:所述MCU采用ARM芯片，此芯片采用新一代M3內(nèi)核，最高主頻可達100Μ.[0021]ARM芯片是通過支持向量機算法來設計分類器的，由ARM芯片將采集得到的速度傳感器的速度值和張力傳感器采集的張力值進行非線性變換，并將其映射到更高維的空間中，在高維空間中對它們準確進行分類，根據(jù)分類的結果可以得到提升機的運行狀態(tài)，從而保證了防飛車防墜裝置動作的精確性，從而減小了誤動作。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0023]本發(fā)明首先對速度和張力傳感器采集到的提升機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行處理分析，采用支持向量機分類算法，能夠準確地判斷出提升機是處于正常運行態(tài)還是異常狀態(tài)，保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性得到保證。
[0024]本發(fā)明從LPC1752處理器的軟件和硬件結構進行考慮，所用處理器的速度快，故整個系統(tǒng)的快速性也可以得到保證。
[0025]本發(fā)明彌補了傳統(tǒng)提升機保護系統(tǒng)未考慮飛車和誤動作率高這兩個重要不足，通過對速度和提升繩張力兩個因素的檢測，并采用基于支持向量機的分類算法，能夠準確發(fā)現(xiàn)飛車和斷繩事故，并且準確動作，降低了煤礦立井提升系統(tǒng)生產(chǎn)的直接和間接的安全事故。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明所采用的檢測裝置系統(tǒng)框圖。
[0027]圖2為本發(fā)明提升機防飛車防墜裝置軟件流程圖。
[0028]圖3為本發(fā)明系統(tǒng)保護動作的工作原理圖。
【具體實施方式】
[0029]1、如圖1所示為本系統(tǒng)的檢測裝置部分，主要由速度、張力等傳感器、ARM微處理器、聲光報警電路、繼電器、控制器局域網(wǎng)絡總線通訊接口等部分構成。
[0030]微處理器對采集到的信號進行處理，控制繼電器輸出，電源，時鐘和復位電路是維持系統(tǒng)運行的必須部分。存儲器用來保存數(shù)據(jù)以便查看提升系統(tǒng)的歷史運行狀態(tài)。CAN通訊接口將提升機運行時的各種參數(shù)都送到上位機的主控界面，工作人員可實時看到提升機運行的位置和狀態(tài)，也可設定提升機的速度報警限值。[0031]系統(tǒng)的硬件資源分配:
[0032]系統(tǒng)僅需要少量的GPIO接口資源即可，一個用于速度數(shù)字量的輸入，一個用于張力模擬量的輸入，內(nèi)置12位Α/D轉換器，故可以省掉外圍Α/D的擴展，另外還有一個輸出端口來控制強電部分的動作。
[0033]2、如圖2所示為本發(fā)明提升機防飛車防墜裝置軟件流程圖。
[0034]本系統(tǒng)首先是采集數(shù)據(jù)，然后保存該數(shù)據(jù)，并利用支持向量機對其進行最優(yōu)的分類，最后由分類結果判斷要不要實施保護動作，并將需不需要動作，有沒有動作這些結果通過CAN送到地面中心計算機的主控界面。
[0035]3、支持向量機分類算法
[0036]設線性可分樣本集為(Xi，yi)，i=ln，Xe Rd, y {+1,-1}是類標號。需要找出最優(yōu)分類平面使分類后的結構風險達到最小，可以從數(shù)學上證明
[0037]其分類函數(shù)最優(yōu)解是:
[0038]
【權利要求】
1.一種基于支持向量機分類算法的煤礦立井罐籠防飛車防墜方法，其特征在于:采用支持向量機分類算法，將傳感器采集到的信號分為正常運行狀態(tài)和飛車斷繩狀態(tài)，再準確地確定提升機的運行狀態(tài)；具體包括以下步驟: (1)采用速度傳感器和提升繩張力傳感器，將采集到的信號送到MCU引腳，進行A/D采樣，轉化為數(shù)字量儲存； (2)在MCU中將采集到的速度和張力信號組成二維向量，該向量作為SVM的輸入，并通過一個非線性映射，對該向量進行升維處理，也即將其映射到一個易于分類的高維空間中； (3)在步驟(2)所得到的高維空間中，對這些向量求取最優(yōu)線性分類面，優(yōu)化函數(shù)為:

2.根據(jù)權利要求1所述的基于支持向量機分類算法的煤礦立井罐籠防飛車防墜方法，其特征在于:所述速度傳感器為激光式速度傳感器，安裝在主控電機軸承位置，通過測量電機的轉速根據(jù):
v=r ω V為提升機運行速度，r為半徑，ω為角速度； 得到罐籠平動速度，速度值直接通過數(shù)字量輸出；采集到張力數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)后，分別送入MCU中進行處理，并通過控制器局域網(wǎng)絡總線傳送到地面的中心計算機。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于支持向量機分類算法的煤礦立井罐籠防飛車防墜方法，其特征在于:所述MCU采用ARM芯片，此芯片采用新一代M3內(nèi)核，最高主頻可達100Μ。
【文檔編號】B66B5/02GK103523625SQ201310320391
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月27日 優(yōu)先權日:2013年7月27日
【發(fā)明者】周孟然, 胡居文, 汪前軍, 許峰, 付學強 申請人:安徽理工大學, 徐州賽夫特礦山安全設備有限公司