礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統的製作方法
2023-05-08 12:27:16
專利名稱：礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種振蕩特徵頻率提取及抑制系統，尤其涉及一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統。
背景技術：
鋼絲繩廣泛應用於礦井提升機的提升系統中，用以帶動提升容器在井中升降，完成運輸任務。運行過程中，提升系統如果發生機械共振，將會使鋼絲繩及提升容器產生急劇振蕩，破壞運行的穩定性。並且，還會使提升鋼絲繩及提升機的某些機件出現大大超過正常情況的危險應力。除此之外，鋼絲繩產生的振蕩特徵頻率還會對提升機控制系統產生影響， 系統中的各個環節會對鋼絲繩產生的振蕩進行積分、放大，對系統產生不利影響。目前，對鋼絲繩振蕩特徵頻率的提取方法有很多，大部分礦井普遍使用的是 Rmrier分析法，然而這種方法只適用於平穩漸變的振蕩，對於非正常工作狀態下產生的非特徵諧波，Fourier分析法不能很好地了解它的局部特徵。因此，採用Fourier分析法不能全面地提取出鋼絲繩的振蕩特徵頻率，並且抑制效果不明顯。
發明內容
基於上述問題，本發明的目的在於提供一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，以解決現有技術中鋼絲繩的振蕩特徵頻率提取不全面且抑制效果不明顯的技術問題。為達到上述目的，本發明提供一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，包括速度檢測器，用以檢測提升機電機的運行速度；A/D採樣電路，與速度檢測器連接，用以對檢測到的速度值進行採樣；數字濾波器，與A/D採樣電路連接，用以對採樣值進行數字濾波，並將濾波後的速度值送入PLC控制器；PLC控制器，與數字濾波器連接，用以分析提升機的速度變化函數，採用小波分析法計算出提升機因鋼絲繩正當產生的速度變化量Δη ；反相器，與PLC控制器連接，用以對速度變化量Δ η取反，並將取反後的值-Δ η作為速度環補償給定疊加到提升機控制系統速度環的速度給定中。一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，其特徵在於，其PLC控制器進一步包括CPU，用以分析提升機的速度變化函數，採用小波分析法計算出提升機因鋼絲繩正當產生的速度變化量Δη;輸入接口模塊，與CPU連接，用以接收數字濾波器發出的速度值，並將接收到的速度值發送給CPU ；輸出接口模塊，與CPU連接，用以將CPU處理得到的速度變化量Δη發送至反相器；電源模塊，分別與CPU、輸入接口模塊和輸出接口模塊連接，用以為該些模塊的集成電路提供工作電源；編程設備，與CPU連接，用於編程、對系統作一些設定、監控PLC控制器及其所控制的系統的工作狀況；監控設備，與CPU連接，用於直接監視數據或通過畫面監視數據；存儲設備，與CPU連接，用於永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失。依照本發明較佳實施例所述的一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，其速度檢測器為AVAGO光電編碼-HEDS-5500#A14。依照本發明較佳實施例所述的一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，其特徵在於，數字濾波器飛為一單頻道RF射頻刪除數字濾波器。依照本發明較佳實施例所述的一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，其特徵在於，PLC控制器為三菱公司的Q25PRH型PLC。在礦井提升機系統中，理想情況下空氣的阻力是均勻的，提升機勻速運行。因鋼絲繩的特性所致，在提升過程中鋼絲繩會發生振蕩引起鋼絲繩的張力增加導致提升機振蕩， 使得提升機的速度發生不規律的變化。因此，本發明將鋼絲繩的振蕩頻率反映在提升機的速度變化上，通過提取分析並抑制提升機速度變化量來實現對鋼絲繩振蕩特徵頻率的提取及抑制，該系統通過PLC控制器對濾波後的速度採樣值進行小波分析，計算出提升機因鋼絲繩振蕩產生的速度變化量Δη，完成鋼絲繩振蕩特徵頻率的提取，並將該速度變化量Δη 作用到反向器上，對Δη取反，取反後的值-Δη作為速度環補償給定疊加到速度環的速度給定中，通過速度環的閉環控制對Δη進行抑制，從而實現抑制鋼絲繩的振蕩特徵頻率。與現有技術相比，本發明可以準確地提取鋼絲繩的振蕩特徵頻率，並對該頻率進行有效抑制。
圖1為本發明礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統的結構原理示意圖；圖2為本發明實施例的一種A/D採樣電路的電路結構圖；圖3為本發明實施例的一種PLC控制器的結構原理圖；圖4為應用本發明的提升機控制系統的軟體結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖，具體說明本發明。以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。請參閱圖1至圖4，一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，包括 速度檢測器101、A/D採樣電路103、數字濾波器105、PLC控制器107、和反相器109。速度檢測器101檢測提升機電機201的運行速度，其採用AVAGO光電編碼-HEDS-5500#A14。A/D採樣電路103與速度檢測器101相連，對檢測到的速度值進行採樣。數字濾波器105與A/D採樣電路103連接，對採樣後的速度值進行數字濾波，該數字濾波器105具體為一單頻道RF射頻刪除數字濾波器。數字濾波器105連接至PLC控制器107 的I/O接口，將濾波後的採樣值送入PLC控制器107，PLC控制器對該採樣值進行小波分析， 提取出鋼絲繩振蕩特徵頻率。該PLC控制器107為三菱公司的Q25PRH型PLC，其根據軟體程序求出速度隨鋼絲繩振蕩而變化的函數，採用小波分析法分析提升機的速度變化函數， 計算出的提升機因鋼絲繩振蕩產生的速度變化量Δη，進而提取出鋼絲繩的振蕩特徵頻率。 反相器109與PLC控制器107連接，PLC控制器107將計算出的速度變化量Δη作用到反向器109上，反相器109對Δ η取反，並將取反後的值-Δ η作為速度環補償給定疊加到提升機控制系統速度環203的速度給定中。如圖4所示，速度環203再通過電流環205和SCR 電路傳遞函數207對電機201的速度進行閉環控制，從而抑制鋼絲繩的振蕩特徵頻率。
如圖2所示，其為本發明實施例的一種A/D採樣電路的電路結構圖。A/D採樣電路 103 由電阻 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、比較器 Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7 和優先編碼器組成。 八個電阻大小相等串聯構成電阻分壓器，產生不同數值的參考電壓，形成l/8UKEF-7/8UKEF共 7種量化電平；7個量化電平分別加在7個電壓比較器的反相輸入端，模擬輸入電壓U1加在比較器的同相輸入端，當U1大於或等於量化電平時，比較器輸出為1，否則輸出為0，電壓比較器用來完成對採樣電壓的量化；比較器的輸出送到優先編碼器進行編碼，得到3位二進位代碼AD1Dtl，進而完成對檢測到的速度值得採樣，並將採樣值傳送給數字濾波器105。如圖3所示，其為本發明實施例的一種PLC控制器的結構原理圖。PLC控制器107 包括CPU111、輸入接口模塊113、輸出接口模塊115、電源模塊117、編程設備119、監控設備 121和存儲設備123。CPUlll用以分析提升機的速度變化函數，採用小波分析法計算出提升機因鋼絲繩正當產生的速度變化量Δη。CPUlll是PLC控制器107的核心，其按PLC控制器107的系統程序賦予的功能接收並存貯用戶程序和數據，用掃描的方式採集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，並存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。 進入運行後，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析後再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。輸入接口模塊Il3與CPUlll連接，用以接收數字濾波器發出的速度值，並將接收到的速度值發送給CPUlll ；輸出接口模塊115與CPUlll連接，用以將CPUlll處理得到的速度變化量Δη發送至反相器；PLC控制器107通過輸入接口模塊113和輸出接口模塊115與外界聯繫，完成對外功能。按輸入接口模塊113和輸出接口模塊115的點數確定模塊規格及數量。模塊集成了 PLC的I/O電路，其中輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。電源模塊117分別與CPU111、輸入接口模塊113和輸出接口模塊115連接，為PLC 控制器107各模塊的集成電路提供工作電源。同時，電源模塊117可以為輸入電路提供MV 的工作電源。編程設備119與CPUlll連接，有簡易編程器和智能圖形編程器，用於編程、對系統作一些設定、監控PLC控制器107及其所控制的系統的工作狀況。編程器是PLC開發應用、 監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但其不直接參與現場控制運行。
監控設備121與CPUlll連接，有數據監視器和圖形監視器，用於直接監視數據或通過畫面監視數據。存儲設備123與CPUlll連接，有存儲卡、存儲磁帶、軟磁碟或只讀存儲器，用於永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。在礦井提升機系統中，理想情況下空氣的阻力是均勻的，提升機勻速運行。因鋼絲繩的特性所致，在提升過程中鋼絲繩會發生振蕩引起鋼絲繩的張力增加導致提升機振蕩， 使得提升機的速度發生不規律的變化。因此，本發明將鋼絲繩的振蕩頻率反映在提升機的速度變化上，通過提取分析並抑制提升機速度變化量來實現對鋼絲繩振蕩特徵頻率的提取及抑制，該系統通過PLC控制器對濾波後的速度採樣值進行小波分析，計算出提升機因鋼絲繩振蕩產生的速度變化量Δη，完成鋼絲繩振蕩特徵頻率的提取，並將該速度變化量Δη 作用到反向器上，對Δη取反，取反後的值-Δη作為速度環補償給定疊加到速度環的速度給定中，通過速度環的閉環控制對Δη進行抑制，從而實現抑制鋼絲繩的振蕩特徵頻率。與現有技術相比，本發明可以準確地提取鋼絲繩的振蕩特徵頻率，並對該頻率進行有效抑制。以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但本發明並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化，都應落在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，其特徵在於，包括 速度檢測器，用以檢測提升機電機的運行速度；A/D採樣電路，與所述速度檢測器連接，用以對檢測到的速度值進行採樣； 數字濾波器，與所述A/D採樣電路連接，用以對採樣值進行數字濾波，並將濾波後的速度值送入PLC控制器；PLC控制器，與所述數字濾波器連接，用以分析提升機的速度變化函數，採用小波分析法計算出提升機因鋼絲繩正當產生的速度變化量Δη ；反相器，與所述PLC控制器連接，用以對所述速度變化量Δη取反，並將取反後的值-△ η作為速度環補償給定疊加到提升機控制系統速度環的速度給定中。
2.如權利要求1所述的一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，其特徵在於，所述PLC控制器進一步包括CPU,用以分析提升機的速度變化函數，採用小波分析法計算出提升機因鋼絲繩正當產生的速度變化量Δη;輸入接口模塊，與所述CPU連接，用以接收數字濾波器發出的速度值，並將接收到的速度值發送給CPU ；輸出接口模塊，與所述CPU連接，用以將CPU處理得到的速度變化量△ η發送至反相器；電源模塊，分別與所述CPU、輸入接口模塊和輸出接口模塊連接，用以為所述該些模塊的集成電路提供工作電源；編程設備，與所述CPU連接，用於編程、對系統作一些設定、監控PLC控制器及其所控制的系統的工作狀況；監控設備，與所述CPU連接，用於直接監視數據或通過畫面監視數據； 存儲設備，與所述CPU連接，用於永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失。
3.如權利要求1所述的一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，其特徵在於，所述速度檢測器為AVAGO光電編碼-HEDS-5500#A14。
4.如權利要求1所述的一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，其特徵在於，所述數字濾波器飛為一單頻道RF射頻刪除數字濾波器。
5.如權利要求1所述的一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，其特徵在於，PLC控制器為三菱公司的Q25PRH型PLC。
全文摘要
一種礦井提升機鋼絲繩振蕩特徵頻率提取及抑制系統，包括速度檢測器、A/D採樣電路、數字濾波器、PLC控制器和反相器，速度檢測器用以檢測提升機電機的運行速度；A/D採樣電路用以對檢測到的速度值進行採樣；數字濾波器用以對採樣值進行數字濾波，並將濾波後的速度值送入PLC控制器；PLC控制器分析提升機的速度變化函數，採用小波分析法計算出提升機因鋼絲繩正當產生的速度變化量Δn；反相器對速度變化量Δn取反，並將取反後的值-Δn作為速度環補償給定疊加到提升機控制系統速度環的速度給定中。本發明可以準確地提取鋼絲繩的振蕩特徵頻率，並對該頻率進行有效抑制。
文檔編號B66B1/28GK102295215SQ201110237998
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者吳瑋, 姜建國, 左東升, 徐亞軍, 戴鵬, 王貴峰, 羅* 申請人:上海交通大學