CN204873387U - 一种基于矿井提升系统的监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于矿井提升系统的监测装置，它包括设于井口地面机房内相互连接的交换机与中央监测系统，以及分别与交换机连接并相互传输数据信号的制动信号采集处理系统、编码电缆信号处理系统、动力信号采集处理系统和设于天轮工作平台上的天轮信号采集处理系统；设置于罐笼上的罐笼信号采集处理系统经耦合天线和垂直设置于井筒壁上的编码电缆与编码电缆信号处理系统实现数据信号的传输；它能够实现对矿井提升系统状态信息的实时收集、处理、预警和对矿井提升系统状态进行集中的、立体的、形象直观的三维动态可视化监测；并且整体结构简单，安装和操作方便，有效保障提升系统的安全运行，提高了生产效率；它广泛适用于各种矿井提升系统配套使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于矿井提升系统的监测装置。
背景技术
矿井提升系统是矿井用于运输人员与物料的重大设备，其安全与高效运行是矿井安全生产的重要一环，它主要由罐笼、提升钢丝绳、提升机、天轮、井架、动力装置、电气设备等组成；但是矿井提升设备庞大复杂，运转时间长可能造成薄弱部位出现一些故障，例如天轮轴承失效、制动装置磨损等，针对这些薄弱部位进行实时监测，及早发现隐患，对保证矿井提升安全运行具有重要意义。
但是现有的矿井提升系统状态监测主要采用机械式标示或指示、数码显示和电脑二维图形显示，提升控制系统布置了少量关键的状态传感器，能够收集、处理并判断系统运行状态，给出状态指示，如深度指示，过卷报警等；但其直观性和可视化先天不足,无法集中地、立体的、可视化的展示状态信息。
实用新型内容
针对上述情况，本实用新型目的在于提供一种基于矿井提升系统的监测装置，它能够实现对矿井提升系统状态信息的实时收集、处理、预警和对矿井提升系统状态进行集中的、立体的、形象直观的三维动态可视化监测；并且整体结构简单，安装和操作方便，易于普及推广使用。
为实现上述任务，一种基于矿井提升系统的监测装置，它包括设置于井口地面机房内相互连接的交换机与中央监测系统，以及分别与交换机连接并相互传输数据信号的天轮信号采集处理系统、制动信号采集处理系统、编码电缆信号处理系统和动力信号采集处理系统；设置于罐笼上的罐笼信号采集处理系统经耦合天线和垂直设置于井筒壁上的编码电缆与编码电缆信号处理系统实现数据信号的传输，所述天轮信号采集处理系统设置于井架上方的天轮工作平台上。
为实现本实用新型结构、效果优化，其进一步的措施：所述耦合天线与编码电缆之间经感应无线技术能产生谐振耦合磁场并用于编码电缆信号处理系统与罐笼信号采集处理系统之间的数据信号传输。
所述制动信号采集处理系统包括PLC控制器以及分别与PLC控制器连接的输入输出点数扩展模块、传感器供电模块、信号调理模块和设置于制动系统上的位移传感器、压力传感器、温度传感器和振动传感器；所述制动信号采集处理系统用于对制动系统的闸瓦偏摆、闸瓦磨损、闸瓦温度检测以及液压系统的油温、液压系统工作时的振动检测与处理，并经以太网交换机传输数据信号给中央监测系统。
所述动力信号采集处理系统包括PLC控制器以及分别与PLC控制器连接的输入输出点数扩展模块、传感器供电模块、信号调理模块和设置于动力系统上的加速度传感器、旋转编码器、光电传感器、振动传感器、电流传感器和温度传感器；所述动力信号采集处理系统用于对动力系统主轴加速度和旋转角速度的检测，减速器的振动检测和温度检测，电机的过流负载检测、电机工作时的振动检测和温度检测与处理，并经以太网交换机传输数据信号给中央监测系统。
所述天轮信号采集处理系统包括DSP+FPGA处理器以及分别与DSP+FPGA处理器连接的信号调理模块和设置于天轮上的温度传感器、压力传感器；所述天轮信号采集处理系统用于对天轮的温度和压力检测，天轮轴承座的温度和压力检测，天轮调节油缸的温度和压力检测与处理，并经以太网交换机传输数据信号给中央监测系统。
所述罐笼信号采集处理系统包括DSP+FPGA处理器以及分别与DSP+FPGA处理器连接的信号调理模块和设置在用于连接罐笼与提升钢丝绳的液压调绳器上的温度传感器与压力传感器，以及位于罐笼内部的航姿仪和罐笼侧壁的耦合天线；所述罐笼信号采集处理系统用于对罐笼上液压调绳器的油压、油温的检测，罐笼的加速度和三维姿态检测与处理，所述罐笼信号采集处理系统采集的信号经耦合天线电磁谐振耦合到编码电缆，从而传输到编码电缆信号处理系统中，并经以太网交换机传输数据信号给中央监测系统。
所述中央监测系统包括工控机以及分别与工控机连接的工业显示屏、有线无线网络模块和打印机，所述中央监测系统用于接收交换机所传输的数据信号对矿井提升系统进行三维建模和可视化全状态信息监测。
所述中央监测系统的操作软件包括系统管理模块、参数管理模块、建模与渲染模块、故障诊断模块、状态评估模块、通信模块、软件升级模块和系统数据库。
本实用新型一种基于矿井提升系统的监测装置，它包括设置于井口地面机房内相互连接的交换机与中央监测系统，以及分别与交换机连接并相互传输数据信号的天轮信号采集处理系统、制动信号采集处理系统、编码电缆信号处理系统和动力信号采集处理系统；设置于罐笼上的罐笼信号采集处理系统经耦合天线和垂直设置于井筒壁上的编码电缆与编码电缆信号处理系统实现数据信号的传输，所述天轮信号采集处理系统设置于井架上方的天轮工作平台上的技术方案；它能够实现对矿井提升系统状态信息的实时收集、处理、预警和对矿井提升系统状态进行集中的、立体的、形象直观的三维动态可视化监测；并且整体结构简单，安装和操作方便，系统性能稳定，易于普及推广使用。
本实用新型相比现有技术所产生的有益效果：
Ⅰ、本实用新型采用DSP+FPGA处理器进行信号的采集处理，对数字信号的控制和处理能力强，并有利于实现功能的模块化，提高了系统运行的可靠性；
Ⅱ、本实用新型采用以太网交换机实现中央监测系统与各信号采集处理系统之间的数据信号传输，可保障各系统间进行无冲突地传输数据，并且数据容量大，数据传输速率快；
Ⅲ、本实用新型采用耦合天线与编码电缆之间经感应无线技术产生谐振耦合磁场用于数据信号传输，实现了生产过程的全自动化，能克服有线通信和无线通信的缺陷，并且抗干扰能力强，能适用恶劣的工作环境；
Ⅳ、本实用新型能够实现对矿井提升系统状态信息的实时收集、处理、预警和对矿井提升系统状态进行集中的、立体的、形象直观的三维动态可视化监测；并且整体结构简单，安装和操作方便，有效保障提升系统的安全运行，提高了生产效率，市场前景广阔，便于推广使用。
本实用新型广泛适用于各种矿井提升系统运行监测配套使用。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
附图说明
构成本申请一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为本实用新型的整体结构连接关系图。
图3为本实用新型的中央监测系统硬件结构示意图。
图4为本实用新型的中央监测系统软件操作示意图。
图中：1-天轮信号采集处理系统，2-制动信号采集处理系统，3-交换机，4-中央监测系统，5-罐笼信号采集处理系统，6-编码电缆，7-编码电缆信号处理系统，8-动力信号采集处理系统，9-耦合天线，10-天轮，11-井口地面，12-罐笼，13-谐振耦合磁场。
具体实施方式
参照附图，本实用新型是这样实现的：一种基于矿井提升系统的监测装置，它包括设置于井口地面11机房内相互连接的交换机3和中央监测系统4，以及分别与交换机3连接并相互传输数据信号的天轮信号采集处理系统1、制动信号采集处理系统2、编码电缆信号处理系统7和动力信号采集处理系统8；设置于罐笼上的罐笼信号采集处理系统5经耦合天线9和垂直设置于井筒壁上的编码电缆6与编码电缆信号处理系统7实现数据信号的传输，所述天轮信号采集处理系统1设置于井架上方的天轮10工作平台上。
如图1所示，本实用新型的耦合天线9与编码电缆6之间经感应无线技术能产生谐振耦合磁场13并用于编码电缆信号处理系统7与罐笼信号采集处理系统5之间的数据信号传输；所述耦合天线9与编码电缆6之间的距离保持在5～20cm，当耦合天线9的工作频率与编码电缆6的工作频率一致时就可以产生谐振从而实现数据传输。
如图2所示，本实用新型的制动信号采集处理系统2包括PLC控制器以及分别与PLC控制器连接的输入输出点数扩展模块、传感器供电模块、信号调理模块和设置于制动系统闸瓦上的位移传感器与温度传感器，液压系统上的压力传感器、温度传感器和振动传感器；所述制动信号采集处理系统2用于对制动系统的闸瓦偏摆、闸瓦磨损、闸瓦温度检测以及液压系统的油温、液压系统工作时的振动检测与处理，并经以太网交换机3传输数据信号给中央监测系统4；所述动力信号采集处理系统8包括PLC控制器以及分别与PLC控制器连接的输入输出点数扩展模块、传感器供电模块、信号调理模块和设置于动力系统主轴上的加速度传感器与旋转编码器，减速机上的光电传感器、振动传感器与温度传感器，电机上的电流传感器、振动传感器与温度传感器；如果已知主轴卷筒直径，就可计算出主轴卷筒的周长，根据所测量得到的主轴角速度，就可以计算出主轴卷筒上钢丝绳的缠绕或放出的长度，可得出罐笼在井筒的实时位置；所述动力信号采集处理系统8用于对动力系统主轴的加速度和旋转角速度检测，减速机的振动检测和温度检测，电机的过流负载检测、电机工作时的振动检测和温度检测与处理，并经以太网交换机3传输数据信号给中央监测系统4；所述天轮信号采集处理系统1包括DSP+FPGA处理器以及分别与DSP+FPGA处理器连接的信号调理模块和设置于天轮10上的温度传感器与压力传感器，天轮10的轴承座和调节油缸上的温度传感器与压力传感器；所述天轮信号采集处理系统1用于对天轮10的温度和压力检测，天轮10轴承座的温度和压力检测，天轮10调节油缸的温度和压力检测与处理，并经以太网交换机3传输数据信号给中央监测系统4；所述罐笼信号采集处理系统5包括DSP+FPGA处理器以及分别与DSP+FPGA处理器连接的信号调理模块和设置在用于连接罐笼与提升钢丝绳的液压调绳器上的温度传感器与压力传感器，以及位于罐笼内部的航姿仪和罐笼侧壁的耦合天线9；所述罐笼信号采集处理系统5用于对罐笼上液压调绳器的油压、油温的检测，罐笼的加速度和三维姿态检测与处理；所述罐笼信号采集处理系统5采集的信号经耦合天线9电磁谐振耦合到编码电缆6，从而传输到编码电缆信号处理系统7中，并经以太网交换机3传输数据信号给中央监测系统4。
如图3和图4所示，本实用新型的中央监测系统4包括工控机以及分别与工控机连接的工业显示屏、有线无线网络模块和打印机；所述中央监测系统4用于接收交换机3所传输的数据信号对矿井提升系统进行三维建模和可视化全状态信息监测；所述中央监测系统4的软件操作系统包括系统管理模块、参数管理模块、建模与渲染模块、故障诊断模块、状态评估模块、通信模块、软件升级模块和系统数据库；能实现对所有的数据信号集中进行数据库管理、故障诊断、安全预警、状态评估、三维建模、场景渲染、结果数据的动态更新显示和打印输出。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化；凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于矿井提升系统的监测装置，其特征在于包括设置于井口地面(11)机房内相互连接的交换机(3)与中央监测系统(4)，以及分别与交换机(3)连接并相互传输数据信号的天轮信号采集处理系统(1)、制动信号采集处理系统(2)、编码电缆信号处理系统(7)和动力信号采集处理系统(8)；设置于罐笼上的罐笼信号采集处理系统(5)经耦合天线(9)和垂直设置于井筒壁上的编码电缆(6)与编码电缆信号处理系统(7)实现数据信号的传输，所述天轮信号采集处理系统(1)设置于井架上方的的天轮(10)工作平台上。
2.根据权利要求1所述的一种基于矿井提升系统的监测装置，其特征在于所述耦合天线(9)与编码电缆(6)之间经感应无线技术能产生谐振耦合磁场(13)并用于编码电缆信号处理系统(7)与罐笼信号采集处理系统(5)之间的数据信号传输。
3.根据权利要求1所述的一种基于矿井提升系统的监测装置，其特征在于所述制动信号采集处理系统(2)包括PLC控制器以及分别与PLC控制器连接的输入输出点数扩展模块、传感器供电模块、信号调理模块和设置于制动系统上的位移传感器、压力传感器、温度传感器和振动传感器；所述制动信号采集处理系统(2)用于对制动系统的闸瓦偏摆、闸瓦磨损、闸瓦温度检测以及液压系统的油温、液压系统工作时的振动检测与处理，并经以太网交换机(3)传输数据信号给中央监测系统(4)。
4.根据权利要求1所述的一种基于矿井提升系统的监测装置，其特征在于所述动力信号采集处理系统(8)包括PLC控制器以及分别与PLC控制器连接的输入输出点数扩展模块、传感器供电模块、信号调理模块和设置于动力系统上的加速度传感器、旋转编码器、光电传感器、振动传感器、电流传感器和温度传感器；所述动力信号采集处理系统(8)用于对动力系统主轴加速度和旋转角速度的检测，减速机的振动检测和温度检测，电机的过流负载检测、电机工作时的振动检测和温度检测与处理，并经以太网交换机(3)传输数据信号给中央监测系统(4)。
5.根据权利要求1所述的一种基于矿井提升系统的监测装置，其特征在于所述天轮信号采集处理系统(1)包括DSP+FPGA处理器以及分别与DSP+FPGA处理器连接的信号调理模块和设置于天轮(10)上的温度传感器和压力传感器；所述天轮信号采集处理系统(1)用于对天轮(10)的温度和压力检测，天轮(10)轴承座的温度和压力检测，天轮(10)调节油缸的温度和压力检测与处理，并经以太网交换机(3)传输数据信号给中央监测系统(4)。
6.根据权利要求1所述的一种基于矿井提升系统的监测装置，其特征在于所述罐笼信号采集处理系统(5)包括DSP+FPGA处理器以及分别与DSP+FPGA处理器连接的信号调理模块和设置在用于连接罐笼与提升钢丝绳的液压调绳器上的温度传感器与压力传感器，以及位于罐笼内部的航姿仪和罐笼侧壁的耦合天线(9)；所述罐笼信号采集处理系统(5)用于对罐笼上液压调绳器的油压、油温的检测，罐笼的加速度和三维姿态的检测与处理，所述罐笼信号采集处理系统(5)采集的信号经耦合天线(9)电磁谐振耦合到编码电缆(6)，从而传输到编码电缆信号处理系统(7)中，并经以太网交换机(3)传输数据信号给中央监测系统(4)。
7.根据权利要求1所述的一种基于矿井提升系统的监测装置，其特征在于所述中央监测系统(4)包括工控机以及分别与工控机连接的工业显示屏、有线无线网络模块和打印机，所述中央监测系统(4)用于接收交换机(3)所传输的数据信号对矿井提升系统进行三维建模和可视化全状态信息监测。
8.根据权利要求1所述的一种基于矿井提升系统的监测装置，其特征在于所述中央监测系统(4)的操作软件包括系统管理模块、参数管理模块、建模与渲染模块、故障诊断模块、状态评估模块、通信模块、软件升级模块和系统数据库。
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20151216 Termination date: 20210825 |