CN107150936B - 一种深井提升装备调绳状态监控装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深井提升装备调绳状态监控装置及方法，系统包括安装于张力平衡装置处的微型液流发电机、同步带轮、编码器、连通器、电磁调速阀、连接板件、采集器；利用调绳装备液压油的流动产生电能，给监控装置供电；通过调整电磁调速阀开口，控制调绳速度；同步带轮带动编码器能够对调绳状态进行有效测量；监控装置采用数字量的采集传输方法，能够大程度降低无线传输干扰。其结构紧凑、检测方法简便，无需人工维护，可靠性强，能够直观、准确地对调绳装备的非正常运行状态进行有效监测控制，有效避免了钢丝绳断绳事故的发生。

Description

一种深井提升装备调绳状态监控装置及方法
技术领域
本发明涉及一种调绳状态监控装置及方法，尤其是一种适用于深井提升装备的调绳状态监控装置及方法。
背景技术
提升机素有“矿井咽喉”之称，承担着提升煤炭矸石和升降人员设备的重要作用，是连接矿山井下生产系统和地面工业广场的纽带。随着开采深度的增加，提升钢丝绳的自重急剧增大，单绳提升装备已不能满足深井提升的要求，在此情况下，多绳提升装备成为了深井开采的首要选择。但同时，多绳提升也带来了有效绳长不一致的问题，给深井提升装备的安全稳定运行带来了隐患。根据《煤矿安全规程》的相关规定，多绳提升过程中，任一根提升钢丝绳的张力与平均张力之差不得超过±10％。为了保障系统安全，平衡各绳张力，在深井提升装备中，液压张力平衡装置得到了广泛使用。
但是，在日常使用过程中，张力平衡装置存在蹿绳、调节行程短等问题，如若不能对调绳状态进行实时监测管理，及时调整平衡装置伸长，一旦发生故障，将会对提升安全和钢丝绳使用寿命造成严重威胁。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在问题，提供了一种结构简单、实时监测、安全可靠、自动化程度高的调绳状态监控装置及方法。
技术方案：本发明的深井提升装备调绳状态监控装置，包括工控机、并排设置的多个张力平衡装置、分别与每个张力平衡装置相连的张力平衡装置出油管；所述的多个张力平衡装置外侧设有采集控制器，采集控制器上设有连通器，连通器上设有与多个张力平衡装置个数相同的发电机组和编码器；所述的发电机组包括与张力平衡装置出油管相连的微型液流发电机，微型液流发电机的输出轴上设有同步带主动轮，所述的编码器经直角板及螺栓固定在连通器上，编码器的输入轴上设有与同步带主动轮皮带相连的同步带从动轮，同步带从动轮的内侧设有电磁调速阀，微型液流发电机的出口连有液流发电机出油管，液流发电机出油管与电磁调速阀相连，所述电磁调速阀通过螺栓固定在连通器上，电磁调速阀出油口通过连通器中的油路形成连通。
所述的连通器通过专用L形板及螺栓与张力平衡装置相连。
所述的采集控制器包括能量管理模块、信号处理模块及计算输出模块，所述的能量管理模块收集微型液流发电机所产生的电能，并给编码器、信号处理模块及计算输出模块供电，能量管理模块通过控制充电回路的通断防止过冲；所述的信号处理模块通过无线与上位机通讯；所述的计算输出模块与电磁调速阀相连，控制电磁调速阀开口。
使用上述的深井提升装备调绳状态监控装置的监控方法，包括如下步骤：
步骤1、使用前，将调绳状态监控装置整体安装在实验系统中进行标定，标定张力平衡装置中调绳液压缸达到二分之一行程时，编码器计数脉冲值为0；当调绳液压缸达到上行程终端ls时，编码器计数脉冲值为Ts；当调绳液压缸达到下行程终端lx时，编码器计数脉冲值为Tx；
步骤2、当提升装备在井底运行前，调绳状态监控装置安装完毕后，将各张力平衡装置中的调绳液压缸调整到二分之一行程处，工控机中初始化编码器的监测数值为0，初始化采集控制器中信号处理模块的采样频率为f1，通讯频率为f2；
步骤3、当提升装备开始运行时，编码器通过导线将所采集的脉冲信号传输给采集控制器中的信号处理模块，信号处理模块对脉冲量进行微分计算，得到各张力平衡装置的调绳速度，信号处理模块将脉冲量x及实时调绳速度vt打上系统时间戳后传输给工控机；
步骤4、对调绳速度进行监测，在提升装备正常运行过程中，信号处理模块将实时测量得到的调绳速度vt与设定参考调绳速度v't进行做差处理并传输给计算输出模块，计算输出模块通过模糊PID算法实时计算出控制量，并输出电压信号控制电磁调速阀开口，当实时调绳速度vt大于参考调绳速度v't时，电磁调速阀开口减小，当实时调绳速度vt小于参考调绳速度v't时，电磁调速阀开口增大，实现调绳速度控制；
步骤5、对调绳状态进行监测，在工控机中对信号处理模块所传回的脉冲量x进行阈值比较，当x≥(0.8Ts+0.2Tx)或x≤(0.2Ts+0.8Tx)时，判定为维护状态，选择最近一次检修时间进行人工调绳；当x≥(0.9Ts+0.1Tx)或x≤(0.1Ts+0.9Tx)时，判定为故障状态，立刻进行检修处理。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明首先通过在监测张力平衡装置上设置与主控机信号相连的调绳状态监测，利用调绳过程中液流的流动进行发电，监测张力平衡装置中调绳液压缸的位移，控制调绳速度，防止调绳液压缸到达行程终端，解决了监测控制系统供电难的问题。其次，通过同步带轮及编码器结构进行调绳状态监测，监测值直接为数字量，无需模拟量转换，大大提高了数据无线传输的可靠性。最后，通过对调绳速度的健康管理，保障了调绳系统的安全稳定。其结构简单、稳定可靠、使用效果好，具有广泛的实用性。
附图说明
图1为本发明在张力平衡装备中安装位置示意图。
图2为本发明的结构图。
图3为本发明的在张力平衡装备中安装位置放大结构图。
图4为本发明的专用L形板结构图。
图5为本发明的监控装置流程图。
图中：1-张力平衡装置，2-专用L形板，3-张力平衡装置出油管，4-微型液流发电机，5- 同步带主动轮，6-同步带从动轮，7-编码器，8-直角板，9-液流发电机出油管，10-电磁调速阀，11-连通器，12-采集控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的深井提升装备调绳状态监控装置，主要由工控机、并排设置的多个张力平衡装置1、分别与每个张力平衡装置1相连的张力平衡装置出油管3构成；所述的多个张力平衡装置1外侧设有采集控制器12，采集控制器12上设有连通器11，连通器11上设有与多个张力平衡装置1个数相同的发电机组和编码器7；所述的发电机组包括与张力平衡装置出油管3 相连的微型液流发电机4，微型液流发电机4的输出轴上设有同步带主动轮5，所述的编码器 7经直角板8及螺栓固定在连通器11上，编码器7的输入轴上设有与同步带主动轮5皮带相连的同步带从动轮6，同步带从动轮6的内侧设有电磁调速阀10，微型液流发电机4的出口连有液流发电机出油管9，液流发电机出油管9与电磁调速阀10相连，所述电磁调速阀10通过螺栓固定在连通器11上，电磁调速阀10出油口通过连通器11中的油路形成连通。
在图1中，每个张力平衡装置出油管3与微型液流发电机4相连，所述的连通器11通过专用L形板2及螺栓与张力平衡装置1相连，专用L形板2如图4所示。
在图2中，所述微型液流发电机4的输出轴与同步带主动轮5相连；所述编码器7的输入轴与同步带从动轮6相连，编码器7通过直角板8及螺栓固定在连通器11上，在实际使用中，编码器最好为绝对值编码器，如果使用增量式编码器，要注意断电会造成数据清零。
所述微型液流发电机4的出油管与电磁调速阀10相连，所述电磁调速阀10通过螺栓固定在连通器11上；所述的电磁调速阀10出油口通过连通器11中的油路形成连通。
所述的采集控制器12包括能量管理模块、信号处理模块及计算输出模块，所述的能量管理模块收集微型液流发电机4所产生的电能，并给编码器7、信号处理模块及计算输出模块供电，能量管理模块通过控制充电回路的通断防止过冲；所述的信号处理模块通过无线与上位机通讯；所述的计算输出模块与电磁调速阀10相连，控制电磁调速阀10开口。
本发明的深井提升装备调绳状态监控方法，具体步骤如下：
步骤1、使用前，将调绳状态监控装置整体安装在实验系统中进行标定，标定张力平衡装置1中调绳液压缸达到二分之一行程时，编码器7计数脉冲值为0；当调绳液压缸达到上行程终端ls时，编码器7计数脉冲值为Ts；当调绳液压缸达到下行程终端lx时，编码器7 计数脉冲值为Tx；
步骤2、当提升装备在井底运行前，调绳状态监控装置安装完毕后，将各张力平衡装置1 中的调绳液压缸调整到二分之一行程处，工控机中初始化编码器7的监测数值为0，初始化采集控制器12中信号处理模块的采样频率为f1，通讯频率为f2；
步骤3、当提升装备开始运行时，编码器7通过导线将所采集的脉冲信号传输给采集控制器12中的信号处理模块，信号处理模块对脉冲量进行微分计算，得到各张力平衡装置的调绳速度，信号处理模块将脉冲量x及实时调绳速度vt打上系统时间戳后传输给工控机；
步骤4、对调绳速度进行监测，在提升装备正常运行过程中，信号处理模块将实时测量得到的调绳速度vt与设定参考调绳速度v't进行做差处理并传输给计算输出模块，计算输出模块通过模糊PID算法实时计算出控制量，并输出电压信号控制电磁调速阀10开口，当实时调绳速度vt大于参考调绳速度v't时，电磁调速阀10开口减小，当实时调绳速度vt小于参考调绳速度v't时，电磁调速阀10开口增大，实现调绳速度控制；
在实际使用过程中，参考调绳速度v't的设定一般通过多目标优化算法对系统动力学方程进行优化计算得到。粒子群算法、遗传算法、蚁群算法等都能实现要求。
步骤5、对调绳状态进行监测，在工控机中对信号处理模块所传回的脉冲量x进行阈值比较，当x≥(0.8Ts+0.2Tx)或x≤(0.2Ts+0.8Tx)时，判定为维护状态，选择最近一次检修时间进行人工调绳；当x≥(0.9Ts+0.1Tx)或x≤(0.1Ts+0.9Tx)时，判定为故障状态，立刻进行检修处理。

Claims (4)

1.一种深井提升装备调绳状态监控装置，包括工控机、并排设置的多个张力平衡装置(1)、分别与每个张力平衡装置(1)相连的张力平衡装置出油管(3)；其特征在于：所述的多个张力平衡装置(1)外侧设有采集控制器(12)，采集控制器(12)上设有连通器(11)，连通器(11)上设有与多个张力平衡装置(1)个数相同的发电机组和编码器(7)；所述的发电机组包括与张力平衡装置出油管(3)相连的微型液流发电机(4)，微型液流发电机(4)的输出轴上设有同步带主动轮(5)，所述的编码器(7)经直角板(8)及螺栓固定在连通器(11)上，编码器(7)的输入轴上设有与同步带主动轮(5)皮带相连的同步带从动轮(6)，同步带从动轮(6)的内侧设有电磁调速阀(10)，微型液流发电机(4)的出口连有液流发电机出油管(9)，液流发电机出油管(9)与电磁调速阀(10)相连，所述电磁调速阀(10)通过螺栓固定在连通器(11)上，电磁调速阀(10)出油口通过连通器(11)中的油路形成连通。
2.根据权利要求1所述的一种深井提升装备调绳状态监控装置，其特征在于：所述的连通器(11)通过专用L形板(2)及螺栓与张力平衡装置(1)相连。
3.根据权利要求1所述的一种深井提升装备调绳状态监控装置，其特征在于：所述的采集控制器(12)包括能量管理模块、信号处理模块及计算输出模块，所述的能量管理模块收集微型液流发电机(4)所产生的电能，并给编码器(7)、信号处理模块及计算输出模块供电，能量管理模块通过控制充电回路的通断防止过冲；所述的信号处理模块通过无线与上位机通讯；所述的计算输出模块与电磁调速阀(10)相连，控制电磁调速阀(10)开口。
4.一种使用权利要求1所述的深井提升装备调绳状态监控装置的监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、使用前，将调绳状态监控装置整体安装在实验系统中进行标定，标定张力平衡装置(1)中调绳液压缸达到二分之一行程时，编码器(7)计数脉冲值为0；当调绳液压缸达到上行程终端ls时，编码器(7)计数脉冲值为Ts；当调绳液压缸达到下行程终端lx时，编码器(7)计数脉冲值为Tx；
步骤2、当提升装备在井底运行前，调绳状态监控装置安装完毕后，将各张力平衡装置(1)中的调绳液压缸调整到二分之一行程处，工控机中初始化编码器(7)的计数脉冲值为0，初始化采集控制器(12)中信号处理模块的采样频率为f1，通讯频率为f2；
步骤3、当提升装备开始运行时，编码器(7)通过导线将所采集的计数脉冲值传输给采集控制器(12)中的信号处理模块，信号处理模块对计数脉冲值x进行微分计算，得到各张力平衡装置的调绳速度vt ，信号处理模块将计数脉冲值x及实时调绳速度vt 打上系统时间戳后传输给工控机；
步骤4、对调绳速度进行监测，在提升装备正常运行过程中，信号处理模块将实时测量得到的调绳速度vt与设定参考调绳速度v't进行做差处理并传输给计算输出模块，计算输出模块通过模糊PID算法实时计算出控制量，并输出电压信号控制电磁调速阀(10)开口，当实时调绳速度vt大于参考调绳速度v't时，电磁调速阀(10)开口减小，当实时调绳速度vt小于参考调绳速度v't时，电磁调速阀(10)开口增大，实现调绳速度控制；
步骤5、对调绳状态进行监测，在工控机中对信号处理模块所传回的计数脉冲值x进行阈值比较，当x≥(0.8Ts+0.2Tx)或x≤(0.2Ts+0.8Tx)时，判定为维护状态，选择最近一次检修时间进行人工调绳；当x≥(0.9Ts+0.1Tx)或x≤(0.1Ts+0.9Tx)时，判定为故障状态，立刻进行检修处理。
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