CN105021336B - 一种对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台 - Google Patents

Abstract

一种对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，主要包括钢丝绳张力平衡无线监测系统和校准装置；所述钢丝绳张力平衡无线监测系统包括上位机、下位机、人机界面；所述校准装置，包括动力装置、滚筒、钢丝绳、液压油缸、导向轮，其中该动力装置与该滚筒动力连接，该钢丝绳嵌套在该滚筒与该导向轮的摩擦衬垫中，该液压油缸套设在该钢丝绳上该控制系统连接该动力装置和该导向轮。

Description

一种对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台

技术领域

本发明是涉及一种试验平台，尤其是涉及一种对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台。

背景技术

多绳摩擦提升机是由多根钢丝绳共同承担箕斗的提升载荷重量，长时间运行过程中，由于各钢丝绳弹性变形不同而导致张力不平衡，张力过大的钢丝绳首先产生疲劳损坏，对应的摩擦衬垫也产生过度磨损。根据《煤矿安全规程》第399条规定，摩擦提升装置中任一根提升钢丝绳的载荷与平均载荷之差不得超过士10％。一旦超过(即失衡)就潜伏下了危险，如不能及时调整就可能发生重大事故。在此之前，煤矿系统只能按照现行的安全规程，定期停产检查调整或者更换价格昂贵的钢缆。这样不仅影响正常的煤炭生产，又造成很大的浪费，更重要的是不能从根本上保证提升机运行的安全。因此，实时监测各钢丝绳的张力变化情况成为当前十分迫切的任务。

现有的钢丝绳张力接触式检测方法中传感器串联方法，主要用于提升系统中的钢丝绳张力测量，是将测力传感器直接与钢丝绳串接(根据提升设备的特点，其最有效的安装位置是在钢丝绳和提升容器的连接处)，然后通过测力传感器及与之相匹配的二次仪表来测量钢丝绳的张力。把电阻应变式测力传感器安装在提升容器楔形连接装置和钢丝绳之间，测力传感器弹性元件的形状为圆筒，弹性元件在外力的作用下产生应变，将此应变利用应变片转换成电阻的变化，再利用测量电桥将电阻的变化转换成电压的变化而测量。

但是在长期使用的过程中，钢丝绳和传感器中的应变元件都会产生磨损，造成检测精度的降低。且只能在静态下进行测试，在不测试时检测装置必须拆卸或不受力，否则就会造成测试仪器的损坏或精度降低，整个测试过程非常复杂。且没有合适的对此类装有传感器的钢丝绳张力监测系统校准的试验平台。

有鉴于上述现有的对钢丝绳张力监测系统存在的问题，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，能够解决现有的存在的问题，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明提供一种对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其解决的技术问题为实时无线监测钢丝绳张力数据且能够在钢丝绳张力不平衡等故障时做出相应的报警、显示故障原因、记录故障数据，并对最终数据校准。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其主要包括钢丝绳张力平衡无线监测系统和校准装置；所述钢丝绳张力平衡无线监测系统包括上位机、下位机、人机界面；所述上位机，其中通过无线通信电路与下位机无线通讯，通过TCP/I P/GRPS远程通讯协议向远程终端设备发送数据，通过端口与人机界面连接；所述下位机，包括压力传感器、压力传感器信号线、数据采集及发射装置，其中该压力传感器嵌设在滚筒的摩擦衬垫中，该数据采集与发送装置固设在滚筒轴内，该压力传感器信号线连接该压力传感器和该数据采集与发送装置；所述人机界面，安装于控制室内，通过端口与上位机连接；以及所述校准装置，包括动力装置、滚筒、钢丝绳、液压油缸、导向轮、控制系统，其中该动力装置与该滚筒动力连接，该钢丝绳嵌套在该滚筒与该导向轮的摩擦衬垫中，该液压油缸套设在该钢丝绳上，该控制系统连接该动力装置和该导向轮。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

较佳的，前述的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其中该钢丝绳和该液压油缸数目相等，是4的倍数。

较佳的，前述的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其特征在于其中该数据采集及发射装置集成有信号调理电路、A/D转换电路、微处理器、信息存储器、设置及状态显示电路以及无线通信电路和电源模块，信号依次通过信号调节电路、A/D转换电路、微处理器、信息存储器，设置及状态显示电路和无线通信电路与微处理器信号双向传输，该电源模块连接数据采集及发射装置内所有部件。

较佳的，前述的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其中该电源模块中采用电池供电。

较佳的，前述的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其特征在于其中该上位机与该下位机通信距离小于50米。

较佳的，前述的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其特征在于其中该微处理器为STM32C8T6芯片。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种对在线监测多绳张力平衡性装置校准的试验平台至少具有下列优点及有益效果：

本发明试验平台包括钢丝绳张力平衡无线监测系统和校准装置。该钢丝绳张力平衡无线监测系统实时无线监测钢丝绳张力数据且能够在钢丝绳张力不平衡等故障时做出相应的报警、显示故障原因、记录故障数据，便于维修人员进行及时故障诊断，防止事故发生。该校准装置可以精确的对钢丝绳张力平衡无线监测系统进行标定，校准方式简便、可靠，可连续长时间的试验，实现无人值守进行可靠性试验。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的校准装置的主视示意图；

图2是本发明的校准装置俯视示意图；

图3是钢丝绳张力平衡无线监测系统下位机装置示意图；

图4是钢丝绳张力平衡无线监测系统结构框图。

【主要元件符号说明】

1：滚筒 2：液压油缸

3：钢丝绳 4:导向轮

5：动力装置 6:控制系统

7：摩擦衬垫 8：固定块

9：压块 10：压力传感器

11：压力传感器信号线 12：数据采集及发送装置

21：上位机 211：无线通信电路

23：人机界面 24：远程终端设备

22：下位机 221：压力传感器

222：信号调理电路 223：A/D转换电路

224：微处理器 225：信息存储器

226:设置及状态显示电路 227：无线通信电路

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种对在线监测多绳张力平衡性装置校准的试验平台其具体实施方式、结构、方法、特征及其功效,详细说明如后。

请参阅图1、图2所示，本发明对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台的校准装置，包括1个动力装置5、1个滚筒1、4条钢丝绳3、4个液压油缸2、4个导向轮4，1个控制系统6。其中该动力装置5与该滚筒1动力连接，该钢丝绳3嵌套在该滚筒1的摩擦衬垫7中并绕设通过该导向轮4，该液压油缸2套设在该钢丝绳3上，该控制系统6连接该动力装置5和该导向轮4。

所述的滚筒1采用直径为1.85米，该4条摩擦衬垫7套设在该滚筒1上，1组固定块8和2组压块9嵌设在该摩擦衬垫7间隙并对该摩擦衬垫7压紧。

请参阅图3、图4所示，本发明对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台的钢丝绳张力平衡无线监测系统，包括上位机21、下位机22、人机界面23。

所述上位机21，其中通过无线通信电路211与下位机无线通讯，通过TCP/IP/GRPS转换模块向远程终端设备24发送采集数据；

所述下位机22，在数据采集及发射装置12中主要集成有信号调理电路222、A/D转换电路223、微处理器224、信息存储器225、设置及状态显示电路226及无线通信电路227以及电源模块228。在该试验平台启动时由嵌设在滚筒1的摩擦衬垫7中的压力传感器10采集电信号通过连接该压力传感器10与该数据采集及发射装置12的压力传感器信号线11将电信号传递给数据采集及发射装置12。电信号通过该信号调理电路222及A/D转换电路将电信号转换为数字信号传输给微处理器224，设置及状态显示电路226及无线通信电路227与微处理器224间进行数据的双向传输。

所述人机界面23，安装于控制室内，通过端口与上位机连接。人机界面23发给上位机21采集命令，上位机21通过无线通信电路211转达给下位机22，下位机22开始钢丝绳压力数据采集并将相关数据通过无线通信电路227传输给上位机21，上位机21再将它们传输到人机界面23显示与储存，同时上位机可以向远程终端设备24发送相关数据。

请参阅图1至图4，详细介绍本发明一实施例。

对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台的试验工作过程：

(1)将钢丝绳张力平衡无线监测系统的下位机22安装在试验平台上，该下位机22包括4个压力传感器10安装于摩擦衬垫7内，4条压力传感器信号线11分别连接4个压力传感器10和1个数据采集及发送装置12，该数据采集及发送装置12安装于滚筒轴内。

(2)安装4根钢丝绳3及4个液压油缸2，将液压油缸2连接至液压站(图中未标示)，将压力设定到指定值，给各个液压油缸2加力。四个液压油缸2的压力可以一样，也可以有所差别。

(3)通过控制系统6控制动力装置5驱动滚筒1旋转，当液压油缸2接近滚筒1时反转，当液压油缸2接近导向轮4时滚筒1正转，往复运行。

(4)监测数据采集：滚筒1在往复运行的过程中，滚筒1上带有压力传感器10的摩擦衬垫7旋转到钢丝绳下面，压力传感器10受力，随着压力传感器10旋转到受力最大位置直至压力传感器10不受力离开，压力传感器10的受力由零增加到最大然后降低到零。压力传感器10采集到的数据经传感器信号线11传输到数据采集及发射装置12通过无线通信电路227发射到上位机21的无线通讯电路211接收数据。

(5)上位机数据处理：上位机21通过无线通信电路211接收4个压力传感器10采集的数据后，将数据经软件进行计算处理如数据存储、数据标定、历史数据显示、数据曲线绘制等，在上位机21屏幕上显示并记录运行过程中4根钢丝绳3不同受力的情况。

对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台的校准工作过程：

(1)将钢丝绳张力平衡无线监测系统的下位机22安装在试验平台上，该下位机22包括4个压力传感器10安装于摩擦衬垫7内，4条压力传感器信号线11分别连接4个压力传感器10和1个数据采集及发送装置12，该数据采集及发送装置12安装于滚筒轴内。

(2)将上位机21的压力传感器10不受力时标定为零。

(3)安装4根钢丝绳3及4个液压油缸2，将液压油缸2连接至液压站(图中未标示)，将压力设定到指定值，给各个液压油缸2加力。四个液压油缸2的压力可以一样，也可以有所差别。

(4)通过控制系统6控制动力装置5驱动滚筒1旋转，将压力传感器10旋转到最大受力位置，上位机21将压力传感器10采集的数据显示标定到液压油缸2相对应的力。

(5)将液压传感器10运行到不受力位置。液压油缸2连接液压站改变液压油缸2的力，将压力传感器10运行到最大受力位置校准上位机21显示压力传感器10采集的数据与液压油缸2设定值。

对钢丝绳3进行多次加载不同压力进行试验，分析出钢丝绳张力平衡无线监测系统所需调整的参数，对钢丝绳张力平衡无线监测系统进行校准。启动本发明试验平台的连续工作模式，对钢丝绳张力平衡无线监测系统进行72小时的连续性测试以验证钢丝绳张力平衡无线监测系统的可靠性。

拟采用器件选型，微处理器的选择：本数据采集及发送装置12中的微处理器即主控MCU芯片选用STM32C8T6芯片。STM32C8T6芯片是意法半导体推出的32位微控制器，新系列配置达512KB片上内存及丰富外设功能，实现高级控制，兼有低功耗和多种省电工作模式，具备优化工业设备、控制设备等性能，其开发环境采用标准内核，能够充分运用众多软件和开发工具，节省开发成本。

压力传感器的选择：传感器的具体性能指标：灵敏度的选择；频率响应特性；线性范围；稳定性；精度。

无线数据传送模块的选择：该钢丝绳张力平衡无线监测系统要通过无线通信电路227把测得的数据传送到上位机21，上位机21与测量现场相距考虑为50m范围内；另外，因为无线通信电路227要集成在数据采集及发射装置12中，由电源模块228的电池供电，因此要求其体积小，功耗低；最后，其传送数据稳定精确度就也会影响到整个系统的精度，因此要求其传输稳定。鉴于以上考虑因素，该钢丝绳张力平衡无线监测系统选用XBEE系列无线数据传送模块来实现上位机和下位机中的无线通信电路的设计。

稳压电路的设计：下位机22中的压力传感器10、数据采集及发射装置12由电池供电，电压范围为9V至12V，存在电压不稳的问题。稳压电路为不同元器件提供不同的稳定电压。在硬件系统中，各元器件工作电压如下：压力传感器10采用10V，无线通信电路211采用5V，C8051F350单片机采用3.3V。

TCP/I P/GPRS转换模块采用支持GPRS/3G/4G通讯模式的转换芯片，实现与主机RS-45连接，通过移动通讯网实时传输数据功能。

上述钢丝绳张力平衡无线监测系统中上位机和下位机负责数据采集，统称为数据采集系统，该数据采集系统的程序设计包括上位机程序设计与下位机程序设计。其中，上位机程序设计是针对计算机进行软件编程，用户可通过操作计算机实现：数据采集、数据标定、数据存储、历史数据显示等功能；下位机程序设计是针对C8051F330单片机编程、完成压力信号的采集、A/D转化、数据处理及数据传送功能。在上、下位机之间采用无线通信数据传送，在上、下位机编程时还需进行相关通讯协议的设置。

上述数据采集系统软件主要有以下几点：

(1)可以将多只传感器(4的倍数)的测量数据集中到一个界面显示，并具有校准功能、置零功能。

(2)由于压力传感器测量输出的是非线性信号，该软件具有非线性修正功能。上述钢丝绳张力平衡无线监测系统是用来测量钢丝绳张力，不同直径的钢丝绳使用的是同一只压力传感器，故在不同直径钢丝绳承受相同大小的压力时，压力传感器测量输出的信号大小不相同。因此要求软件在标定不同直径的钢丝绳时保存不同的标定系数，测量时只需根据钢丝绳的直径选择对应的标定系数即可(即：在标定校准时应有一个钢丝绳直径选择栏，所标定的标定系数就保存在对应的钢丝绳直径栏内。软件的测量界面上应有钢丝绳直径选择按钮，选择不同直径的钢丝绳应导入该直径钢丝绳的标定系数)。

(3)测量数据保存功能，保存的数据能够导出到Exce l，供用户分析、保存、打印。保存测量数据时，能够自动记录测量时间、通道编号，用户能够输入备注内容(用来区分测量地点，被测设备等)。

(4)软件界面友好，测量数据显示窗显示数字清晰直观，每个通道实时显示测量值。

(5)具备TCP/I P或GPRS接入互联网与远程终端通讯、传输数据功能。

(6)软件界面有通讯指示功能和出错提示功能。

上述上位机程序主要实现的功能：数据采集、数据存储、数据标定、历史数据显示、数据曲线绘制，TCP/I P/GRPS远程通讯。根据功能要求，进行模块化程序设计。

上述下位机程序设计主要实现两大功能：1、对压力传感器所测量信号进行A/D转换及相关处理；2、接收上位机的数据并进行数据传送及其它操作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其特征在于其主要包括钢丝绳张力平衡无线监测系统和校准装置；

所述钢丝绳张力平衡无线监测系统包括上位机、下位机、人机界面；

所述上位机，其中通过无线通信电路与下位机无线通讯，通过TCP/IP/GRPS远程通讯协议向远程终端设备发送数据，通过端口与人机界面连接；

所述下位机，包括压力传感器、压力传感器信号线、数据采集及发射装置，其中该压力传感器嵌设在滚筒的摩擦衬垫中，该数据采集与发送装置固设在滚筒轴内，该压力传感器信号线连接该压力传感器和该数据采集与发送装置；

所述人机界面，安装于控制室内，通过端口与上位机连接；

以及所述校准装置，包括动力装置、滚筒、钢丝绳、液压油缸、导向轮、控制系统，其中该动力装置与该滚筒动力连接，该钢丝绳嵌套在该滚筒与该导向轮的摩擦衬垫中，该液压油缸套设在该钢丝绳上，该控制系统连接该动力装置和该导向轮。

2.根据权利要求1所述的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其特征在于其中该钢丝绳和该液压油缸数目相等，是4的倍数。

3.根据权利要求1所述的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其特征在于其中该数据采集及发射装置集成有信号调理电路、A/D转换电路、微处理器、信息存储器、设置及状态显示电路以及无线通信电路和电源模块，信号依次通过信号调节电路、A/D转换电路、微处理器、信息存储器，设置及状态显示电路和无线通信电路与微处理器信号双向传输，该电源模块连接数据采集及发射装置内所有部件。

4.根据权利要求3所述的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其特征在于其中该电源模块中采用电池供电。

5.根据权利要求1所述的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其特征在于其中该上位机与该下位机通信距离小于50米。

6.根据权利要求3所述的对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台，其特征在于其中该微处理器为STM32C8T6芯片。