CN110005418B - 一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，包括信息采集系统、井下主站系统、应急控制系统和地面监控系统，信息采集系统与井下主站系统相连，实时采集摩擦自锁式迈步吊盘的运行状态信息；井下主站系统，接收和处理吊盘运行状态信息，判断是否满足预设状态，并在满足预设状态时输出控制指令和声光报警；应急控制系统与井下主站系统相连，用于实现紧急状态下吊盘摩擦自锁系统预紧和吊盘位姿调平；地面监控系统与井下主站系统连接，用于显示和存储吊盘运行状态信息。本发明能够实时获取摩擦自锁式迈步吊盘的重要运行信息，并在状况异常时紧急响应，提高摩擦自锁式迈步吊盘的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，属于矿山建井设备技术领域。
背景技术
摩擦自锁式迈步吊盘（CN201110156341.4、CN201210007005.8）是矿山千米深井施工中井下人员和设备的工作平台，直接影响施工过程的安全性和高效性。摩擦自锁式迈步吊盘依靠摩擦自锁装置停驻在井壁上，并配合盘间液压立柱伸缩运动实现吊盘的迈步功能，无需悬吊系统和预制梁窝，能较好适应超深立井施工环境。但是，也恰是由于无悬吊系统和预制梁窝，工作过程中必须确保其自锁可靠性和迈步平稳性，这就需要进行实时的状态监测，并在状态异常时及时响应。
目前，工程技术领域尚未开发出针对摩擦自锁式迈步吊盘的状态监测系统，无法对迈步吊盘自锁状况、工作位姿和载荷分布等重要运行状态信息进行实时监测和控制，无法在状态异常时将信息及时反馈给井下和地面工作人员，实现安全预警和应急响应的功能，不利于摩擦自锁式迈步吊盘的安全可靠运行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，能够实时获取摩擦自锁式迈步吊盘的重要运行状态信息，并在状况异常时紧急响应，提高摩擦自锁式迈步吊盘的安全性和可靠性。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，包括信息采集系统、井下主站系统、应急控制系统和地面监控系统，其中：
所述信息采集系统的数据输出端与所述井下主站系统的数据输入端相连，所述信息采集系统实时采集摩擦自锁系统摩擦副接触状态、吊盘盘面位姿信息和吊盘承重梁及摩擦副接触位置井壁的应力应变数据，并将采集到的数据实时传输至井下主站系统；
所述井下主站系统将接收到的吊盘运行状态信息进行处理，并判断吊盘运行状态是否满足预设状态，并在满足所述预设状态时向应急控制系统输出控制指令，同时进行声光报警；
所述应急控制系统的控制指令输入端与所述井下主站系统的控制指令输出端相连，所述应急控制系统根据接收的所述控制指令，实时控制预紧油缸阀控单元和迈步油缸阀控单元，及时实现摩擦自锁系统预紧和吊盘位姿调平，并在迈步吊盘局部或整体超载时暂停大型设备的运行，等待排查；
所述地面监控系统的信息输出端与所述井下主站系统的信息输入端连接，所述地面监控系统用于显示和存储吊盘运行状态信息，也可向所述井下主站系统发送控制指令，进而由应急控制系统执行。
优选地，所述信息采集系统包括摩擦副接触状态检测单元、盘面位姿信息采集单元、承重梁应力应变采集单元和井壁应力应变采集单元；
所述摩擦副接触状态检测单元用于采集摩擦自锁系统中摩擦面板与井壁的接触情况，包括缝隙角度、接触面积；
所述盘面位姿信息采集单元用于采集吊盘的空间状态，包括距地深度、距工作面高度、俯仰角、横滚角；
所述承重梁应力应变采集单元用于采集主梁、副梁上关键点的受力状况，包括三向应变、应力；
所述井壁载荷状态采集单元用于采集摩擦自锁系统摩擦副中混凝土井壁监测点的应力状态，包括三向应变、应力、裂隙大小和长度；
所述摩擦副接触状态检测单元、盘面位姿信息采集单元、承重梁应力应变采集单元和井壁应力应变采集单元分别将采集到的数据信息通过数据输出端传输至所述井下主站系统的数据输入端。
优选地，所述井下主站系统包括信息处理单元、信息显示单元、声光报警单元和信息通讯单元；
所述信息处理单元的数据输入端与所述信息采集系统的数据输出端连接，用于对所述信息采集系统获取的数据信息进行调理和计算分析，并将计算分析结果与所述预设状态数据进行对比，判断摩擦自锁式迈步吊盘是否正常运行，若状态异常，则生成和发送控制指令给所述应急控制系统，同时根据状态异常类型触发相应的声光报警单元；
所述信息显示单元用于显示所述信息处理单元的计算数据，并显示各参数是否正常的判断结果，也可作为井下主站系统的人机交互通道；
所述声光报警单元用于根据所述信息处理单元判断的吊盘运行状态告警信息，分级别和类别输出声音和灯光报警信号；
所述信息通讯单元与所述地面监控系统通讯连接连接，用于传输所述井下主站系统产生的重要数据以及所述地面监控系统输入的控制指令。
优选地，所述应急控制系统包括预紧油缸阀控单元、迈步油缸阀控单元和大设备制动控制单元；
所述预紧油缸阀控单元用于在摩擦副接触状态满足所述预设状态时，根据接收到的所述信息处理单元输出的控制指令，控制预紧油缸的电磁阀组动作，向预紧油缸紧急供油，确保摩擦自锁系统的摩擦副保持良好接触；
所述迈步油缸阀控单元用于在盘面位姿满足所述预设状态时，根据接收到的所述信息处理单元输出的控制指令，控制液压立柱的电磁阀组动作，调整迈步吊盘的姿态，防止盘体倾斜角度过大影响正常工作；
所述大设备制动控制单元用于在吊盘承重梁载荷和井壁接触应力满足预设状态时，根据接收到的所述信息处理单元输出的控制指令，暂停抓岩机、滑移模板、伞钻、分灰器重型设备的运行，并发出警报停止井下作业，直至应力过大状况得以排除，防止吊盘局部或整体超载危险。
优选地，所述地面监控系统包括人机交互单元和信息存储单元；
所述人机交互单元用于实时显示所述井下主站系统所获取和运行的信息，并在必要情况下（所述地面监控系统需要超越所述井下主站控制级时直接）向所述井下主站系统下达控制指令，也可在所述井下主站系统失去控制时，作为所述井下主站系统的备份系统，紧急接管控制系统的控制权；
所述的信息存储单元用于存储所述井下主站系统所获取和运行的信息，以及记录所述地面监控系统的运行日志。
优选地，所述信息采集系统和应急控制系统分别与井下主站系统通过屏蔽线连接；所述井下主站系统与地面监控系统通过网线、屏蔽线或无线中继连接。
有益效果：本发明提供一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，具有如下优点：
1）通过设置信息采集系统实时获取摩擦自锁式迈步吊盘的摩擦副接触状态、盘面位姿信息以及承重梁和井壁的承载状况，并将数据传输至井下主站系统，通过井下主站系统将采集的信息进行融合处理后与预设状态进行对比，以判断摩擦自锁式迈步吊盘的工作状态是否满足安全运行的条件，从而进行声光警报或应急控制，极大提高了摩擦自锁式迈步吊盘的运行安全性和可靠性；
2）通过设置地面监控系统，实时获取并记录井下主站系统所采集和运行的信息，并在必要情况下（所述地面监控系统需要超越所述井下主站控制级时直接）向井下主站系统下达控制指令，进一步提高了状态检测系统在恶劣环境下的可靠性，也便于进行现场施工管理；
3）井下信号传输采用屏蔽线连接的方式，提高噪音环境下信号传输的可靠性，而地面和井下信号传输采用网线或无线中继连接的方式，提高了数据传输的效率，也使得传输距离更远。
附图说明
图1是本发明一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统的结构示意图；
图2是本发明一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统的控制逻辑图；
图中：信息采集系统100、所述摩擦副接触状态检测单元101、盘面位姿信息采集单元102、承重梁应力应变采集单元103、井壁应力应变采集单元104、井下主站系统200、信息处理单元201、信息显示单元202、声光报警单元203、信息通讯单元204、应急控制系统300、预紧油缸阀控单元301、迈步油缸阀控单元302、大设备制动控制单元303、地面监控系统400、人机交互单元401、信息存储单元402。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案做了进一步的详细说明：
如图1所示，一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，包括信息采集系统100、井下主站系统200、应急控制系统300和地面监控系统400，其中：
所述信息采集系统100的数据输出端与所述井下主站系统200的数据输入端相连，所述信息采集系统100实时采集摩擦自锁系统摩擦副接触状态、吊盘盘面位姿信息和吊盘承重梁及摩擦副接触位置井壁的应力应变数据，并将采集到的吊盘运行状态信息实时传输至井下主站系统200；
所述井下主站系统200将接收到的吊盘运行状态信息进行处理，并判断吊盘运行状态是否满足预设状态，并在满足所述预设状态时向应急控制系统输出控制指令和声光报警；
所述应急控制系统300的控制指令输入端与所述井下主站系统200的控制指令输出端相连，所述应急控制系统300根据接收的所述控制指令，实时控制预紧油缸阀控单元301和迈步油缸阀控单元302，及时实现摩擦自锁系统预紧和吊盘位姿调平，并在迈步吊盘局部或整体超载时暂停大型设备的运行，等待排查；
所述地面监控系统400的信息输出端与所述井下主站系统200的信息输入端连接，所述地面监控系统400用于显示和存储吊盘运行状态信息，也可向所述井下主站系统发送控制指令，进而由应急控制系统执行。
优选地，所述信息采集系统100包括摩擦副接触状态检测单元101、盘面位姿信息采集单元102、承重梁应力应变采集单元103和井壁应力应变采集单元104；
所述摩擦副接触状态检测单元101用于采集摩擦自锁系统中摩擦面板与井壁的接触情况，包括缝隙角度、接触面积；
所述盘面位姿信息采集单元102用于采集吊盘的空间状态，包括距地深度、距工作面高度、俯仰角、横滚角；
所述承重梁应力应变采集单元103用于采集主梁、副梁上关键点的受力状况，包括三向应变、应力；
所述井壁载荷状态采集单元104用于采集摩擦自锁系统摩擦副中混凝土井壁监测点的应力状态，包括三向应变、应力、裂隙大小和长度；
所述摩擦副接触状态检测单元101、盘面位姿信息采集单元102、承重梁应力应变采集单元103和井壁应力应变采集单元104分别将采集到的数据信息通过数据输出端传输至所述井下主站系统200的数据输入端。
优选地，所述井下主站系统200包括信息处理单元201、信息显示单元202、声光报警单元203和信息通讯单元204；
所述信息处理单元201的数据输入端与所述信息采集系统100的数据输出端连接，用于对所述信息采集系统获取的数据信息进行调理和计算分析，并将计算分析结果与所述预设状态数据进行对比，判断摩擦自锁式迈步吊盘是否正常运行，若状态异常，则生成和发送控制指令给所述应急控制系统，同时将状态异常信息传输至所述声光报警单元；
所述信息显示单元202用于显示所述信息处理单元的计算数据，并显示各参数是否正常的判断结果；
所述声光报警单元203用于根据所述信息处理单元判断的吊盘运行状态告警信息，分级别和类别输出声音和灯光报警信号；
所述信息通讯单元204与所述地面监控系统400通讯连接，用于传输所述井下主站系统200产生的重要数据以及所述地面监控系统400输入的控制指令。
优选地，所述应急控制系统300包括预紧油缸阀控单元301、迈步油缸阀控单元302和大设备制动控制单元303；
所述预紧油缸阀控单元301用于在摩擦副接触状态满足所述预设状态时，根据接收到的所述信息处理单元输出的控制指令，控制预紧油缸的电磁阀组动作，向预紧油缸紧急供油，确保摩擦自锁系统的摩擦副保持良好接触；
所述迈步油缸阀控单元302用于在盘面位姿满足所述预设状态时，根据接收到的所述信息处理单元输出的控制指令，控制液压立柱的电磁阀组动作，调整迈步吊盘的姿态，防止盘体倾斜角度过大影响正常工作；
所述大设备制动控制单元303用于在吊盘承重梁载荷和井壁接触应力满足预设状态时，根据接收到的所述信息处理单元201输出的控制指令，暂停抓岩机、伞钻、分灰器重型设备的运行，并发出警报停止井下作业，直至应力过大状况得以排除，防止吊盘局部或整体超载危险。
优选地，所述地面监控系统400包括人机交互单元401和信息存储单元402；
所述人机交互单元401用于实时显示所述井下主站系统所获取和运行的信息，并在必要情况下向所述井下主站系统下达控制指令；
所述的信息存储单元402用于存储所述井下主站系统所获取和运行的信息，以及记录所述地面监控系统的运行日志。
优选地，所述信息采集系统100和应急控制系统300分别与井下主站系统200通过屏蔽线连接；所述井下主站系统200与地面监控系统400通过网线、屏蔽线或无线中继连接。
本发明中，井下信号传输采用屏蔽线连接的方式，提高噪音环境下信号传输的可靠性。地面和井下信号传输采用网线或无线中继连接的方式，提高了数据传输的效率，也使得传输距离更远。配合屏蔽线的连接方式，增强数据传输的可靠性。
如图2所示，本发明的具体工作流程如下：
S1：控制开始；首先摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监控系统自检是否正常，如果系统自检无法通过，则系统暂停，排查故障，如果自检通过，则执行下一步判断；
S2：井下主站系统判断摩擦副接触状态是否正常，如果摩擦副接触状态不正常，则井下主站系统控制应急控制系统紧急启动预紧油缸阀控单元工作，之后系统暂停，排查故障，如果摩擦副接触状态正常，则执行下一步判断；
S3：井下主站系统判断迈步吊盘盘面位姿是否正常，如果盘面位姿不正常，则井下主站系统控制应急控制系统启动迈步油缸阀控单元工作，之后系统暂停，排查故障，如果盘面位姿正常，则执行下一步判断；
S4：井下主站系统判断井壁载荷状态是否正常，如果井壁载荷状态不正常，则井下主站系统控制应急控制系统通过大设备制动控制单元将系统暂停，排查故障，如果井壁载荷状态正常，则执行下一步判断；
S5：井下主站系统判断承重梁载荷状态是否正常，如果承重梁载荷状态不正常，则井下主站系统控制应急控制系统通过大设备制动控制单元将系统暂停，排查故障，如果承重梁载荷状态正常，则系统继续运行，执行下一个循环。
上述控制逻辑只是示例性的说明，不为对本发明的具体限定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，其特征在于，包括信息采集系统、井下主站系统、应急控制系统和地面监控系统，其中：
所述信息采集系统的数据输出端与所述井下主站系统的数据输入端相连，所述信息采集系统实时采集摩擦自锁系统摩擦副接触状态、吊盘盘面位姿信息和吊盘承重梁及摩擦副接触位置井壁的应力应变数据，并将采集到的吊盘运行状态信息实时传输至井下主站系统；
所述井下主站系统将接收到的吊盘运行状态信息进行处理，并判断吊盘运行状态是否满足预设状态，并在满足所述预设状态时向应急控制系统输出控制指令，同时进行声光报警；
所述应急控制系统的控制指令输入端与所述井下主站系统的控制指令输出端相连，所述应急控制系统根据接收的所述控制指令，实时控制预紧油缸阀控单元和迈步油缸阀控单元，及时实现摩擦自锁系统预紧和吊盘位姿调平，并在迈步吊盘局部或整体超载时启动大型设备制动单元，暂停大型设备的运行，等待排查；
所述地面监控系统的信息输出端与所述井下主站系统的信息输入端连接，所述地面监控系统用于显示和存储吊盘运行状态信息，同时用于向所述井下主站系统发送控制指令，进而由应急控制系统执行，并在井下主站系统失去控制时作为井下主站系统的备份系统。
2.根据权利要求1所述的一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，其特征在于：
所述信息采集系统包括摩擦副接触状态检测单元、盘面位姿信息采集单元、承重梁应力应变采集单元和井壁应力应变采集单元；
所述摩擦副接触状态检测单元采集摩擦自锁系统中摩擦面板与井壁的接触情况，包括缝隙角度、接触面积；
所述盘面位姿信息采集单元采集吊盘的空间状态，包括距地深度、距工作面高度、俯仰角、横滚角；
所述承重梁应力应变采集单元采集主梁、副梁上关键点的受力状况，包括三向应变、应力；
所述井壁应力应变采集单元采集摩擦自锁系统摩擦副中混凝土井壁监测点的应力状态，包括三向应变、应力、裂隙大小和长度；
所述摩擦副接触状态检测单元、盘面位姿信息采集单元、承重梁应力应变采集单元和井壁应力应变采集单元分别将采集到的数据信息通过数据输出端传输至所述井下主站系统的数据输入端。
3.根据权利要求2所述的一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，其特征在于：
所述井下主站系统包括信息处理单元、信息显示单元、声光报警单元和信息通讯单元；
所述信息处理单元的数据输入端与所述信息采集系统的数据输出端连接，用于对所述信息采集系统获取的数据信息进行调理和计算分析，并将计算分析结果与所述预设状态数据进行对比，判断摩擦自锁式迈步吊盘是否正常运行，若状态异常，则所述信息处理单元生成和发送控制指令给所述应急控制系统，同时根据状态异常类型触发相应声光报警单元；
所述信息显示单元用于显示所述信息处理单元的计算数据，并显示各参数是否正常的判断结果，同时作为井下主站系统的人机交互通道；
所述声光报警单元根据所述信息处理单元判断的吊盘运行状态告警信息，分级别和类别输出声音和灯光报警信号；
所述信息通讯单元与所述地面监控系统通讯连接，用于传输所述井下主站系统所获取和运行的信息至地面监控系统以及接收所述地面监控系统输入的控制指令。
4.根据权利要求3所述的一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，其特征在于：
所述应急控制系统包括预紧油缸阀控单元、迈步油缸阀控单元和大设备制动控制单元；
所述预紧油缸阀控单元用于在摩擦副接触状态满足所述预设状态时，根据接收到的所述信息处理单元输出的控制指令，控制预紧油缸的电磁阀组动作，向预紧油缸紧急供油，确保摩擦自锁系统的摩擦副保持良好接触；
所述迈步油缸阀控单元用于在盘面位姿满足所述预设状态时，根据接收到的所述信息处理单元输出的控制指令，控制液压立柱的电磁阀组动作，调整迈步吊盘的姿态，防止盘体倾斜角度过大影响正常工作；
所述大设备制动控制单元用于在吊盘承重梁载荷和井壁接触应力满足预设状态时，根据接收到的所述信息处理单元输出的控制指令，暂停吊盘上大型设备的运行，并发出警报停止井下作业，直至应力过大状况得以排除，防止吊盘局部或整体超载危险。
5.根据权利要求4所述的一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，其特征在于：
所述地面监控系统包括人机交互单元和信息存储单元；
所述人机交互单元实时显示所述井下主站系统所获取和运行的信息，同时用于向所述井下主站系统下达控制指令；
所述的信息存储单元存储所述井下主站系统所获取和运行的信息，以及记录所述地面监控系统的运行日志。
6.根据权利要求1所述的一种摩擦自锁式迈步吊盘专用的运行状态监测系统，其特征在于：
所述信息采集系统和应急控制系统分别与井下主站系统通过屏蔽线连接；所述井下主站系统与地面监控系统通过网线、屏蔽线或无线中继连接。
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