一種施工立井吊盤穩車運行故障監測系統及方法
2023-08-13 08:42:06 2
一種施工立井吊盤穩車運行故障監測系統及方法
【專利摘要】一種施工立井吊盤穩車運行故障監測系統及方法，屬於穩車運行故障監測系統及方法。它包括設在吊盤上的第一感知單元和第一信號處理採集單元，設在主天輪主軸、主天輪底座上的第二感知單元和第二信號處理採集單元，設在施工井壁上的無線信號傳輸系統以及設在控制房的PLC集控中心；第一感知單元包括三軸傾角傳感器；第二感知單元包括軸編碼器、壓力傳感器、無線信號強度檢測器；第一信號處理採集單元和第二處理採集單元包括信號處理採集器；無線信號傳輸系統包括無線mesh節點和控制器；控制中心包括主控制PLC可編程控制器、人機互動設備、聲光報警電路、數據存儲設備。優點：該系統能夠檢測和排除施工立井吊盤穩車運行故障，實現施工立井吊盤穩車的安全平穩運行。
【專利說明】一種施工立井吊盤穩車運行故障監測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種穩車運行故障監測系統及方法，特別是一種施工立井吊盤穩車運行故障監測系統及方法。
【背景技術】
[0002]施工立井吊盤穩車的控制主要通過人工手動調整穩繩實現吊盤的上升和下放，工作效率低，且極易發生事故，目前已有基於PLC控制器的自動調平控制裝置實現了吊盤的自動調平控制，但沒有對設備進行實時監控，實際使用效果不佳，制約了設備的穩定性和可靠性，給安全生產留下了隱患，限制了其大範圍的使用和推廣。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是要提供一種施工立井吊盤穩車運行故障監測系統及方法，解決吊盤上升和下放過程吊盤易發生卡盤、傾斜，穩繩張力過大的問題，完成施工立井吊盤穩車的自動控制及其運行參數和狀態的實時監測，實現施工立井吊盤穩車系統運行的自動化，智能化、可視化、和人性化。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:該故障監測系統，包括設在吊盤上的第一感知單元和第一信號處理採集單元，設在天輪主軸、天輪底座上的第二感知單元和第二信號處理採集單元，設在施工井壁上的無線信號傳輸系統以及設在控制房的PLC集控中心；
[0005]所述第一感知單元由吊盤位姿感知單元構成，所述的吊盤位姿感知單元包括三軸傾角傳感器，三軸傾角傳感器布置在吊盤上，吊盤工作時用於檢測吊盤的姿態角；
[0006]所述第二感知單元由吊盤穩車速度感知單元和穩繩張力感知單元以及無線信號強度檢測器三部分構成，其中所述的吊盤穩車速度感知單元包括軸編碼器；所述的穩繩張力感知單元包括壓力傳感器；軸編碼器有四個，分別通過聯軸器布置在四個主天輪的主軸上，用於測定穩繩的速度；壓力傳感器有八個，分別對稱置於四個主天輪的底座上，用於測穩繩的張力；無線信號強度檢測器置於井筒口用於檢測無線信號的強弱；
[0007]所述的第一信號處理採集單元和二信號處理採集單元均包括信號處理採集器；所述的信號處理採集器和無線傳輸模塊連接，分別用以將吊盤姿態信號和穩繩張力信號送入控制房的PLC集控中心；
[0008]所述的無線信號傳輸系統包括多個無線mesh節點和無線mesh網絡控制器；其中無線mesh節點在井壁上等間距布置；無線mesh網絡控制器用於控制無線mesh網絡節點間通信的快速切換；
[0009]所述的PLC集控中心包括主控制PLC可編程控制器、無線傳輸模塊、人機互動設備、聲光報警電路和數據存儲設備；其中無線傳輸模塊與無線信號傳輸系統配套，能自動融入通信網絡，並與主控制PLC可編程控制器連接，主控制PLC可編程控制器還分別與人機互動設備、聲光報警電路、數據存儲設備連接。
[0010]一種使用施工立井吊盤穩車運行故障監測系統的方法，包括如下步驟:
[0011](I)、施工立井吊盤穩車開始運行時，故障監控系統初始化，載入預先設定的故障檢測指標和閥值；
[0012](2)、施工立井吊盤穩車運行故障監測系統運行時，設在吊盤上的第一感知單元，設在天輪主軸、天輪底座上的第二感知單元，設在井筒口的無線信號強度檢測器，設在施工井壁上的無線信號傳輸系統以及設在控制房的PLC集控中心開啟，對設備進行監測，信號處理採集器對信號進行採集；
[0013](3)、信號處理採集器採集到信號後，進行預處理，經過無線傳輸系統傳遞到主控計算機，主控計算機對信號進行分析做出判斷，將結果和相應的數據通過共享變量傳輸給主控制PLC可編程控制器；
[0014](4)、主控制PLC可編程控制器對接收到的判斷結果和信號進行響應，對施工立井吊盤穩車運行狀態進行控制；若確定有故障發生，則一方面控制聲光報警電路進行報警，另一方面分析故障發生點及其原因等信息，通過主控計算機上的上位機顯示故障信息提供給現場工程人員查看，同時存儲在數據存儲設備中，並依照預先內置的故障處理算法，控制施工立井吊盤穩車做出相應的動作，以避免發生卡盤，斷繩等惡性事故；若無故障發生，主控制PLC可編程控制器根據工作機的運行狀態，通過施工立井吊盤穩車控制系統實時的調整各個穩繩的收放速度，以保證吊盤穩定運行；同時設備運行狀態通過主控計算機提供給現場工程人員查看；
[0015](5)、無線信號強度檢測器檢測到信號強度低於故障設定閥值時觸發聲光電路發出警報；若無線信號強度高於故障設定值閥值時檢測器正常工作。
[0016]有益效果:由於採用了上述方案，安裝有施工立井吊盤穩車運行故障監測系統的施工立井吊盤穩車能夠自動根據吊盤的位姿和穩繩的張力進行吊盤的調平，並且能夠及時檢測故障、分析故障、和排除故障，並能實時的顯示設備的運行狀態，實現了設備運行的自動化、智能化、可視化、和人性化。與現有技術相比，該施工立井吊盤穩車運行故障監測系統及方法可靠性和智能化程度高，同時複合使用多傳感器，並通過主控計算機實時顯示設備的工作狀態和故障信息，通過無線mesh節點實現的無線信號傳輸系統能夠快速的實時將信號傳輸到主控計算機，延時可控制在2ms，保證了系統的實時性。整套系統能夠快速、有效地排除施工立井吊盤穩車的常見故障，實現了吊盤的自動控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的施工立井吊盤穩車運行故障監測系統布置圖。
[0018]圖2為本發明的施工立井吊盤穩車運行故障監測系統及方法的示意框圖。
[0019]圖3為本發明的施工立井吊盤穩車運行故障監測系統及方法的總流程圖。
[0020]圖中:1、吊盤；2、三軸傾角傳感器；3、信號處理採集器；4、無線mesh節點；5、吊盤穩車；7_1、第一軸編碼器；7-2、第二軸編碼器；7-3、第三軸編碼器；7-4、第四軸編碼器；8、主天輪；9、穩繩；10-1、第四壓力傳感器；10-2、第三壓力傳感器；10-3、第一壓力傳感器；10-4-第二壓力傳感器；11、主控計算機；12、主控制PLC可編程控制器；13、無線mesh網絡控制器；14、無線信號強度檢測器。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述:
[0022]本發明的施工立井吊盤穩車運行故障監測系統，包括設在吊盤上的第一感知單元和第一信號處理採集單元，設在天輪主軸、天輪底座上的第二感知單元和第二信號處理採集單元，設在施工井壁上的無線信號傳輸系統以及設在控制房的PLC集控中心；
[0023]所述第一感知單元由吊盤位姿感知單元構成，吊盤位姿感知單包括三軸傾角傳感器2，布置在吊盤I上，吊盤I工作時用於測吊盤I的姿態角；
[0024]所述第二感知單元由吊盤穩車速度感知單元和穩繩張力感知單元以及無線信號強度檢測器14三部分構成，其中吊盤穩車速度感知單元包括軸編碼器7，穩繩張力感知單元包括壓力傳感器10 ;四個軸編碼器7分別通過聯軸器布置在四個天輪的主軸上，用於測定穩繩9速度；八個壓力傳感器10分別置於四個天輪的底座上，用於測穩繩9的張力；無線信號強度檢測器14置於井筒口用於檢測無線信號的強弱；
[0025]所述的第一、二信號處理採集單元包括信號處理採集器3 ;信號處理採集器3和無線傳輸模塊連接，分別用以將吊盤姿態信號和穩繩張力信號送入控制房的PLC集控中心；
[0026]所述的無線信號傳輸系統包括多個無線mesh節點4和無線mesh網絡控制器14 ；其中無線mesh節點4在井壁上等間距布置；無線mesh網絡控制器14用於控制無線mesh網絡節點間通信的快速切換；
[0027]所述的PLC集控中心包括主控制PLC可編程控制器12、無線傳輸模塊、人機互動設備、聲光報警電路、數據存儲設備；其中無線傳輸模塊與無線信號傳輸系統配套，能自動融入通信網絡，並與主控制器PLC可編程控制器12連接，主控制器PLC可編程控制器12還分別與人機互動設備、聲光報警電路、數據存儲設備連接。
[0028]施工立井吊盤穩車運行故障監測系統的方法如下:
[0029](I)施工立井吊盤穩車開始運行時，故障監控系統初始化，載入預先設定的故障檢測指標和閥值；
[0030](2)施工立井吊盤穩車運行故障監測系統運行時，設在吊盤I上的第一感知單元，設在天輪主軸、天輪底座上的第二感知單元，設在施工井壁上的無線信號傳輸系統以及設在控制房的PLC集控中心開啟，對設備進行監測，信號處理採集器3對信號進行採集；
[0031](3)信號採集器採集到信號後，進行預處理，經過無線傳輸系統傳遞到主控計算機11，主控計算機11對信號進行分析做出判斷，將結果和相應的數據通過共享變量傳輸給主控制PLC可編程控制器12;
[0032](4)主控制PLC可編程控制器12對接收到的判斷結果和信號進行響應，對施工立井吊盤穩車運行狀態進行控制；若確定有故障發生，則一方面控制聲光報警電路進行報警，另一方面分析故障發生點及其原因等信息，通過主控計算機11上的上位機顯示故障信息提供給現場工程人員查看，同時存儲在數據存儲設備中，並依照預先內置的故障處理算法，控制施工立井吊盤穩車做出相應的動作，以避免發生卡盤，斷繩等惡性事故；若無故障發生，主控制PLC可編程控制器12根據工作機的運行狀態，通過施工立井吊盤穩車控制系統實時的調整各個穩繩9的收放速度，以保證吊盤I穩定運行；同時設備運行狀態通過主控計算機11提供給現場工程人員查看。
[0033]圖1中，以施工立井吊盤穩車系統為平臺展現所述的故障系統的主要結構圖。
[0034]所述的施工立井吊盤穩車系統主要由四臺穩車、八個天輪，四根穩繩9、一個吊盤I構成如圖1所示。
[0035]所述的三軸傾角傳感器2安裝在吊盤I上，實時監測吊盤I的傾斜和旋轉情況，通過信號採集處理單元採集經由無線傳輸系統傳送到地面控制中心；
[0036]所述的軸編碼器7共有四個，分別通過聯軸器安裝在靠近井筒的四個天輪主軸上，用於實時監測穩繩9的下放和上提速度；
[0037]所述的壓力傳感器10共有八個，分別通過螺栓對稱的安裝在靠近井筒天輪的軸承座下，最終壓力值取兩個壓力傳感器10的平均值；
[0038]所述的可編程控制器選用西門子PLC S7-200 ；
[0039]所述的無線傳輸模塊及無線傳輸系統節點均選用LP5824-MESH-GW-X。
[0040]圖2中，所述第一感知單元由吊盤I位姿感知單元構成，吊盤I位姿感知單包括三軸傾角傳感器2，布置在吊盤I上，吊盤I工作時用於測吊盤I的姿態角。
[0041]所述第二感知單元由吊盤穩車速度感知單元和穩繩張力感知單元以及無線信號強度檢測器14三部分構成，其中吊盤穩車速度感知單元包括軸編碼器7，穩繩張力感知單元包括壓力傳感器10 ;四個軸編碼器7分別通過聯軸器布置在四個天輪的主軸上，用於測定穩繩9速度；八個壓力傳感器10分別置於四個天輪的底座上，用於測穩繩9的張力；無線信號強度檢測器14置於井筒口用於檢測無線信號的強弱。
[0042]所述的第一、二信號處理採集單元包括信號處理採集器3 ;信號處理採集器3和無線傳輸模塊連接，分別用以將吊盤姿態信號和穩繩張力信號送入控制房的PLC集控中心；
[0043]所述的無線信號傳輸系統包括多個無線mesh節點4和無線mesh網絡控制器14 ；其中無線mesh節點4在井壁上等間距布置；無線mesh網絡控制器14用於控制無線mesh網絡節點間通信的快速切換。
[0044]所述的PLC集控中心包括主控制PLC可編程控制器12、無線傳輸模塊、人機互動設備、聲光報警電路、數據存儲設備；其中無線傳輸模塊與無線信號傳輸系統配套，能自動融入通信網絡，並與主控制器PLC可編程控制器12連接，主控制器PLC可編程控制器12還分別與人機互動設備、聲光報警電路、數據存儲設備連接。
[0045]圖3中，施工立井吊盤穩車開始運行時，故障監控系統初始化，載入預先設定的故障檢測指標和閥值；
[0046]施工立井吊盤穩車運行故障監測系統運行時，設在吊盤I上的第一感知單元，設在天輪主軸、天輪底座上的第二感知單元，設在施工井壁上的無線信號傳輸系統以及設在控制房的PLC集控中心開啟，對設備進行監測，信號處理採集器3對信號進行採集；
[0047]信號採集器採集到信號後，進行預處理，經過無線傳輸系統傳遞到主控計算機11，主控計算機11對信號進行分析做出判斷，將結果和相應的數據通過共享變量傳輸給主控制PLC可編程控制器12。
[0048]主控制PLC可編程控制器12對接收到的判斷結果和信號進行響應，對施工立井吊盤穩車運行狀態進行控制；若確定有故障發生，則一方面控制聲光報警電路進行報警，另一方面分析故障發生點及其原因等信息，通過主控計算機11上的上位機顯示故障信息提供給現場工程人員查看，同時存儲在數據存儲設備中，並依照預先內置的故障處理算法，控制施工立井吊盤穩車做出相應的動作，以避免發生卡盤，斷繩等惡性事故；若無故障發生，主控制PLC可編程控制器12根據工作機的運行狀態，通過施工立井吊盤穩車控制系統實時的調整各個穩繩9的收放速度，以保證吊盤I穩定運行；同時設備運行狀態通過主控計算機11提供給現場工程人員查看。
【權利要求】
1.一種施工立井吊盤穩車運行故障監測系統及方法，其特徵是:該故障監測系統，包括設在吊盤上的第一感知單元和第一信號處理採集單元，設在天輪主軸、天輪底座上的第二感知單元和第二信號處理採集單元，設在施工井壁上的無線信號傳輸系統以及設在控制房的PLC集控中心； 所述第一感知單元由吊盤位姿感知單元構成，所述的吊盤位姿感知單元包括三軸傾角傳感器(2)，三軸傾角傳感器(2)布置在吊盤(I)上，吊盤(I)工作時用於檢測吊盤(I)的姿態角； 所述第二感知單元由吊盤穩車速度感知單元和穩繩張力感知單元以及無線信號強度檢測器(14)三部分構成，其中所述的吊盤穩車速度感知單元包括軸編碼器(7);所述的穩繩張力感知單元包括壓力傳感器(10);軸編碼器(7)有四個，分別通過聯軸器布置在四個主天輪(8)的主軸上，用於測定穩繩(9)的速度；壓力傳感器(10)有八個，分別對稱置於四個主天輪(8)的底座上，用於測穩繩(9)的張力；無線信號強度檢測器(14)置於井筒口用於檢測無線信號的強弱； 所述的第一信號處理採集單元和二信號處理採集單元均包括信號處理採集器(3);所述的信號處理採集器(3)和無線傳輸模塊連接，分別用以將吊盤姿態信號和穩繩張力信號送入控制房的PLC集控中心； 所述的無線信號傳輸系統包括多個無線mesh節點(4)和無線mesh網絡控制器(13)；其中無線mesh節點(4)在井壁上等間距布置；無線mesh網絡控制器(14)用於控制無線mesh網絡節點間通信的快速切換； 所述的PLC集控中心包括主控制PLC可編程控制器(12)、無線傳輸模塊、人機互動設備、聲光報警電路和數據存儲設備；其中無線傳輸模塊與無線信號傳輸系統配套，能自動融入通信網絡，並與主控制PLC可編程控制器(12)連接，主控制PLC可編程控制器(12)還分別與人機互動設備、聲光報警電路、數據存儲設備連接。
2.一種使用權利要求1所述的施工立井吊盤穩車運行故障監測系統的方法，其特徵是包括如下步驟: (1)施工立井吊盤穩車開始運行時，故障監控系統初始化，載入預先設定的故障檢測指標和閥值； (2)施工立井吊盤穩車運行故障監測系統運行時，設在吊盤(I)上的第一感知單元，設在天輪主軸、天輪底座上的第二感知單元，設在井筒口的無線信號強度檢測器(14)，設在施工井壁上的無線信號傳輸系統以及設在控制房的PLC集控中心開啟，對設備進行監測，信號處理採集器(3)對信號進行採集； (3)信號採集器(3)採集到信號後，進行預處理，經過無線傳輸系統傳遞到主控計算機(11)，主控計算機(11)對信號進行分析做出判斷，將結果和相應的數據通過共享變量傳輸給主控制PLC可編程控制器(12)； (4)主控制PLC可編程控制器(12)對接收到的判斷結果和信號進行響應，對施工立井吊盤穩車運行狀態進行控制；若確定有故障發生，則一方面控制聲光報警電路進行報警，另一方面分析故障發生點及其原因等信息，通過主控計算機(11)上的上位機顯示故障信息提供給現場工程人員查看，同時存儲在數據存儲設備中，並依照預先內置的故障處理算法，控制施工立井吊盤穩車做出相應的動作，以避免發生卡盤，斷繩等惡性事故；若無故障發生，主控制PLC可編程控制器(12)根據工作機的運行狀態，通過施工立井吊盤穩車控制系統實時的調整各個穩繩(9)的收放速度，以保證吊盤(I)穩定運行；同時設備運行狀態通過主控計算機(11)提供給現場工程人員查看； (5)無線信號強度檢測器(14)檢測到信號強度低於故障設定閥值時觸發聲光電路發出警報；若無線信號強度高於故障設定值閥值時檢測器正常工作。
【文檔編號】B66C13/16GK104386583SQ201410624478
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】曹國華, 盤繼松, 朱真才, 王彥棟, 彭維紅, 王乃格, 王進傑, 劉善增, 劉峰宇, 張驥 申請人:中國礦業大學