一種深井提升裝備調繩狀態監控裝置及方法與流程
2024-03-07 13:43:15
本發明涉及一種調繩狀態監控裝置及方法，尤其是一種適用於深井提升裝備的調繩狀態監控裝置及方法。
背景技術：
提升機素有「礦井咽喉」之稱，承擔著提升煤炭矸石和升降人員設備的重要作用，是連接礦山井下生產系統和地面工業廣場的紐帶。隨著開採深度的增加，提升鋼絲繩的自重急劇增大，單繩提升裝備已不能滿足深井提升的要求，在此情況下，多繩提升裝備成為了深井開採的首要選擇。但同時，多繩提升也帶來了有效繩長不一致的問題，給深井提升裝備的安全穩定運行帶來了隱患。根據《煤礦安全規程》的相關規定，多繩提升過程中，任一根提升鋼絲繩的張力與平均張力之差不得超過±10％。為了保障系統安全，平衡各繩張力，在深井提升裝備中，液壓張力平衡裝置得到了廣泛使用。
但是，在日常使用過程中，張力平衡裝置存在躥繩、調節行程短等問題，如若不能對調繩狀態進行實時監測管理，及時調整平衡裝置伸長，一旦發生故障，將會對提升安全和鋼絲繩使用壽命造成嚴重威脅。
技術實現要素：
技術問題：本發明的目的是針對現有技術中存在問題，提供了一種結構簡單、實時監測、安全可靠、自動化程度高的調繩狀態監控裝置及方法。
技術方案：本發明的深井提升裝備調繩狀態監控裝置，包括工控機、並排設置的多個張力平衡裝置、分別與每個張力平衡裝置相連的張力平衡裝置出油管；所述的多個張力平衡裝置外側設有採集控制器，採集控制器上設有連通器，連通器上設有與多個張力平衡裝置個數相同的發電機組和編碼器；所述的發電機組包括與張力平衡裝置出油管相連的微型液流發電機，微型液流發電機的輸出軸上設有同步帶主動輪，所述的編碼器經直角板及螺栓固定在連通器上，編碼器的輸入軸上設有與同步帶主動輪皮帶相連的同步帶從動輪，同步帶從動輪的內側設有電磁調速閥，微型液流發電機的出口連有液流發電機出油管，液流發電機出油管與電磁調速閥相連，所述電磁調速閥通過螺栓固定在連通器上，電磁調速閥出油口通過連通器中的油路形成連通。
所述的連通器通過專用l形板及螺栓與張力平衡裝置相連。
所述的採集控制器包括能量管理模塊、信號處理模塊及計算輸出模塊，所述的能量管理模塊收集微型液流發電機所產生的電能，並給編碼器、信號處理模塊及計算輸出模塊供電，能量管理模塊通過控制充電迴路的通斷防止過衝；所述的信號處理模塊通過無線與上位機通訊；所述的計算輸出模塊與電磁調速閥相連，控制電磁調速閥開口。
使用上述的深井提升裝備調繩狀態監控裝置的監控方法，包括如下步驟：
步驟1、使用前，將調繩狀態監控裝置整體安裝在實驗系統中進行標定，標定張力平衡裝置中調繩液壓缸達到二分之一行程時，編碼器計數脈衝值為0；當調繩液壓缸達到上行程終端ls時，編碼器計數脈衝值為ts；當調繩液壓缸達到下行程終端lx時，編碼器計數脈衝值為tx；
步驟2、當提升裝備在井底運行前，調繩狀態監控裝置安裝完畢後，將各張力平衡裝置中的調繩液壓缸調整到二分之一行程處，工控機中初始化編碼器的監測數值為0，初始化採集控制器中信號處理模塊的採樣頻率為f1，通訊頻率為f2；
步驟3、當提升裝備開始運行時，編碼器通過導線將所採集的脈衝信號傳輸給採集控制器中的信號處理模塊，信號處理模塊對脈衝量進行微分計算，得到各張力平衡裝置的調繩速度，信號處理模塊將脈衝量x及實時調繩速度vt打上系統時間戳後傳輸給工控機；
步驟4、對調繩速度進行監測，在提升裝備正常運行過程中，信號處理模塊將實時測量得到的調繩速度vt與設定參考調繩速度v't進行做差處理並傳輸給計算輸出模塊，計算輸出模塊通過模糊pid算法實時計算出控制量，並輸出電壓信號控制電磁調速閥開口，當實時調繩速度vt大於參考調繩速度v't時，電磁調速閥開口減小，當實時調繩速度vt小於參考調繩速度v't時，電磁調速閥開口增大，實現調繩速度控制；
步驟5、對調繩狀態進行監測，在工控機中對信號處理模塊所傳回的脈衝量x進行閾值比較，當x≥(0.8ts+0.2tx)或x≤(0.2ts+0.8tx)時，判定為維護狀態，選擇最近一次檢修時間進行人工調繩；當x≥(0.9ts+0.1tx)或x≤(0.1ts+0.9tx)時，判定為故障狀態，立刻進行檢修處理。
有益效果：由於採用了上述技術方案，本發明首先通過在監測張力平衡裝置上設置與主控機信號相連的調繩狀態監測，利用調繩過程中液流的流動進行發電，監測張力平衡裝置中調繩液壓缸的位移，控制調繩速度，防止調繩液壓缸到達行程終端，解決了監測控制系統供電難的問題。其次，通過同步帶輪及編碼器結構進行調繩狀態監測，監測值直接為數字量，無需模擬量轉換，大大提高了數據無線傳輸的可靠性。最後，通過對調繩速度的健康管理，保障了調繩系統的安全穩定。其結構簡單、穩定可靠、使用效果好，具有廣泛的實用性。
附圖說明
圖1為本發明在張力平衡裝備中安裝位置示意圖。
圖2為本發明的結構圖。
圖3為本發明的在張力平衡裝備中安裝位置放大結構圖
圖4為本發明的專用l形板結構圖。
圖5為本發明的監控裝置流程圖。
圖中：1-張力平衡裝置，2-專用l形板，3-張力平衡裝置出油管，4-微型液流發電機，5-同步帶主動輪，6-同步帶從動輪，7-編碼器，8-直角板，9-液流發電機出油管，10-電磁調速閥，11-連通器，12-採集控制器。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述：
本發明的深井提升裝備調繩狀態監控裝置，主要由工控機、並排設置的多個張力平衡裝置1、分別與每個張力平衡裝置1相連的張力平衡裝置出油管3構成；所述的多個張力平衡裝置1外側設有採集控制器12，採集控制器12上設有連通器11，連通器11上設有與多個張力平衡裝置1個數相同的發電機組和編碼器7；所述的發電機組包括與張力平衡裝置出油管3相連的微型液流發電機4，微型液流發電機4的輸出軸上設有同步帶主動輪5，所述的編碼器7經直角板8及螺栓固定在連通器11上，編碼器7的輸入軸上設有與同步帶主動輪5皮帶相連的同步帶從動輪6，同步帶從動輪6的內側設有電磁調速閥10，微型液流發電機4的出口連有液流發電機出油管9，液流發電機出油管9與電磁調速閥10相連，所述電磁調速閥10通過螺栓固定在連通器11上，電磁調速閥10出油口通過連通器11中的油路形成連通。
在圖1中，每個張力平衡裝置出油管3與微型液流發電機4相連，所述的連通器11通過專用l形板2及螺栓與張力平衡裝置1相連，專用l形板2如圖4所示。
在圖2中，所述微型液流發電機4的輸出軸與同步帶主動輪5相連；所述編碼器7的輸入軸與同步帶從動輪6相連，編碼器7通過直角板8及螺栓固定在連通器11上，在實際使用中，編碼器最好為絕對值編碼器，如果使用增量式編碼器，要注意斷電會造成數據清零。
所述微型液流發電機4的出油管與電磁調速閥10相連，所述電磁調速閥10通過螺栓固定在連通器11上；所述的電磁調速閥10出油口通過連通器11中的油路形成連通。
所述的採集控制器12包括能量管理模塊、信號處理模塊及計算輸出模塊，所述的能量管理模塊收集微型液流發電機4所產生的電能，並給編碼器7、信號處理模塊及計算輸出模塊供電，能量管理模塊通過控制充電迴路的通斷防止過衝；所述的信號處理模塊通過無線與上位機通訊；所述的計算輸出模塊與電磁調速閥10相連，控制電磁調速閥10開口。
本發明的深井提升裝備調繩狀態監控方法，具體步驟如下：
步驟1、使用前，將調繩狀態監控裝置整體安裝在實驗系統中進行標定，標定張力平衡裝置1中調繩液壓缸達到二分之一行程時，編碼器7計數脈衝值為0；當調繩液壓缸達到上行程終端ls時，編碼器7計數脈衝值為ts；當調繩液壓缸達到下行程終端lx時，編碼器7計數脈衝值為tx；
步驟2、當提升裝備在井底運行前，調繩狀態監控裝置安裝完畢後，將各張力平衡裝置1中的調繩液壓缸調整到二分之一行程處，工控機中初始化編碼器7的監測數值為0，初始化採集控制器12中信號處理模塊的採樣頻率為f1，通訊頻率為f2；
步驟3、當提升裝備開始運行時，編碼器7通過導線將所採集的脈衝信號傳輸給採集控制器12中的信號處理模塊，信號處理模塊對脈衝量進行微分計算，得到各張力平衡裝置的調繩速度，信號處理模塊將脈衝量x及實時調繩速度vt打上系統時間戳後傳輸給工控機；
步驟4、對調繩速度進行監測，在提升裝備正常運行過程中，信號處理模塊將實時測量得到的調繩速度vt與設定參考調繩速度v't進行做差處理並傳輸給計算輸出模塊，計算輸出模塊通過模糊pid算法實時計算出控制量，並輸出電壓信號控制電磁調速閥10開口，當實時調繩速度vt大於參考調繩速度v't時，電磁調速閥10開口減小，當實時調繩速度vt小於參考調繩速度v't時，電磁調速閥10開口增大，實現調繩速度控制；
在實際使用過程中，參考調繩速度v't的設定一般通過多目標優化算法對系統動力學方程進行優化計算得到。粒子群算法、遺傳算法、蟻群算法等都能實現要求。
步驟5、對調繩狀態進行監測，在工控機中對信號處理模塊所傳回的脈衝量x進行閾值比較，當x≥(0.8ts+0.2tx)或x≤(0.2ts+0.8tx)時，判定為維護狀態，選擇最近一次檢修時間進行人工調繩；當x≥(0.9ts+0.1tx)或x≤(0.1ts+0.9tx)時，判定為故障狀態，立刻進行檢修處理。