本發(fā)明涉及一種調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控裝置及方法，尤其是一種適用于深井提升裝備的調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控裝置及方法。

背景技術(shù)：

提升機(jī)素有“礦井咽喉”之稱，承擔(dān)著提升煤炭矸石和升降人員設(shè)備的重要作用，是連接礦山井下生產(chǎn)系統(tǒng)和地面工業(yè)廣場(chǎng)的紐帶。隨著開采深度的增加，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采的首要選擇。但同時(shí)，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(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)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(tǒng)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(diào)節(jié)行程短等問題，如若不能對(duì)調(diào)繩狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理，及時(shí)調(diào)整平衡裝置伸長，一旦發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)提升安全和鋼絲繩使用壽命造成嚴(yán)重威脅。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在問題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、安全可靠、自動(dòng)化程度高的調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控裝置及方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的深井提升裝備調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控裝置，包括工控機(jī)、并排設(shè)置的多個(gè)張力平衡裝置、分別與每個(gè)張力平衡裝置相連的張力平衡裝置出油管；所述的多個(gè)張力平衡裝置外側(cè)設(shè)有采集控制器，采集控制器上設(shè)有連通器，連通器上設(shè)有與多個(gè)張力平衡裝置個(gè)數(shù)相同的發(fā)電機(jī)組和編碼器；所述的發(fā)電機(jī)組包括與張力平衡裝置出油管相連的微型液流發(fā)電機(jī)，微型液流發(fā)電機(jī)的輸出軸上設(shè)有同步帶主動(dòng)輪，所述的編碼器經(jīng)直角板及螺栓固定在連通器上，編碼器的輸入軸上設(shè)有與同步帶主動(dòng)輪皮帶相連的同步帶從動(dòng)輪，同步帶從動(dòng)輪的內(nèi)側(cè)設(shè)有電磁調(diào)速閥，微型液流發(fā)電機(jī)的出口連有液流發(fā)電機(jī)出油管，液流發(fā)電機(jī)出油管與電磁調(diào)速閥相連，所述電磁調(diào)速閥通過螺栓固定在連通器上，電磁調(diào)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。

所述的采集控制器包括能量管理模塊、信號(hào)處理模塊及計(jì)算輸出模塊，所述的能量管理模塊收集微型液流發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能，并給編碼器、信號(hào)處理模塊及計(jì)算輸出模塊供電，能量管理模塊通過控制充電回路的通斷防止過沖；所述的信號(hào)處理模塊通過無線與上位機(jī)通訊；所述的計(jì)算輸出模塊與電磁調(diào)速閥相連，控制電磁調(diào)速閥開口。

使用上述的深井提升裝備調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控裝置的監(jiān)控方法，包括如下步驟：

步驟1、使用前，將調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控裝置整體安裝在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定張力平衡裝置中調(diào)繩液壓缸達(dá)到二分之一行程時(shí)，編碼器計(jì)數(shù)脈沖值為0；當(dāng)調(diào)繩液壓缸達(dá)到上行程終端ls時(shí)，編碼器計(jì)數(shù)脈沖值為ts；當(dāng)調(diào)繩液壓缸達(dá)到下行程終端lx時(shí)，編碼器計(jì)數(shù)脈沖值為tx；

步驟2、當(dāng)提升裝備在井底運(yùn)行前，調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控裝置安裝完畢后，將各張力平衡裝置中的調(diào)繩液壓缸調(diào)整到二分之一行程處，工控機(jī)中初始化編碼器的監(jiān)測(cè)數(shù)值為0，初始化采集控制器中信號(hào)處理模塊的采樣頻率為f1，通訊頻率為f2；

步驟3、當(dāng)提升裝備開始運(yùn)行時(shí)，編碼器通過導(dǎo)線將所采集的脈沖信號(hào)傳輸給采集控制器中的信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊對(duì)脈沖量進(jìn)行微分計(jì)算，得到各張力平衡裝置的調(diào)繩速度，信號(hào)處理模塊將脈沖量x及實(shí)時(shí)調(diào)繩速度vt打上系統(tǒng)時(shí)間戳后傳輸給工控機(jī)；

步驟4、對(duì)調(diào)繩速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在提升裝備正常運(yùn)行過程中，信號(hào)處理模塊將實(shí)時(shí)測(cè)量得到的調(diào)繩速度vt與設(shè)定參考調(diào)繩速度v't進(jìn)行做差處理并傳輸給計(jì)算輸出模塊，計(jì)算輸出模塊通過模糊pid算法實(shí)時(shí)計(jì)算出控制量，并輸出電壓信號(hào)控制電磁調(diào)速閥開口，當(dāng)實(shí)時(shí)調(diào)繩速度vt大于參考調(diào)繩速度v't時(shí)，電磁調(diào)速閥開口減小，當(dāng)實(shí)時(shí)調(diào)繩速度vt小于參考調(diào)繩速度v't時(shí)，電磁調(diào)速閥開口增大，實(shí)現(xiàn)調(diào)繩速度控制；

步驟5、對(duì)調(diào)繩狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在工控機(jī)中對(duì)信號(hào)處理模塊所傳回的脈沖量x進(jìn)行閾值比較，當(dāng)x≥(0.8ts+0.2tx)或x≤(0.2ts+0.8tx)時(shí)，判定為維護(hù)狀態(tài)，選擇最近一次檢修時(shí)間進(jìn)行人工調(diào)繩；當(dāng)x≥(0.9ts+0.1tx)或x≤(0.1ts+0.9tx)時(shí)，判定為故障狀態(tài)，立刻進(jìn)行檢修處理。

有益效果：由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明首先通過在監(jiān)測(cè)張力平衡裝置上設(shè)置與主控機(jī)信號(hào)相連的調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)測(cè)，利用調(diào)繩過程中液流的流動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，監(jiān)測(cè)張力平衡裝置中調(diào)繩液壓缸的位移，控制調(diào)繩速度，防止調(diào)繩液壓缸到達(dá)行程終端，解決了監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)供電難的問題。其次，通過同步帶輪及編碼器結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)值直接為數(shù)字量，無需模擬量轉(zhuǎn)換，大大提高了數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)目煽啃?。最后，通過對(duì)調(diào)繩速度的健康管理，保障了調(diào)繩系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、使用效果好，具有廣泛的實(shí)用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明在張力平衡裝備中安裝位置示意圖。

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的在張力平衡裝備中安裝位置放大結(jié)構(gòu)圖

圖4為本發(fā)明的專用l形板結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明的監(jiān)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(fā)電機(jī)，5-同步帶主動(dòng)輪，6-同步帶從動(dòng)輪，7-編碼器，8-直角板，9-液流發(fā)電機(jī)出油管，10-電磁調(diào)速閥，11-連通器，12-采集控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述：

本發(fā)明的深井提升裝備調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控裝置，主要由工控機(jī)、并排設(shè)置的多個(gè)張力平衡裝置1、分別與每個(gè)張力平衡裝置1相連的張力平衡裝置出油管3構(gòu)成；所述的多個(gè)張力平衡裝置1外側(cè)設(shè)有采集控制器12，采集控制器12上設(shè)有連通器11，連通器11上設(shè)有與多個(gè)張力平衡裝置1個(gè)數(shù)相同的發(fā)電機(jī)組和編碼器7；所述的發(fā)電機(jī)組包括與張力平衡裝置出油管3相連的微型液流發(fā)電機(jī)4，微型液流發(fā)電機(jī)4的輸出軸上設(shè)有同步帶主動(dòng)輪5，所述的編碼器7經(jīng)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(shè)有與同步帶主動(dòng)輪5皮帶相連的同步帶從動(dòng)輪6，同步帶從動(dòng)輪6的內(nèi)側(cè)設(shè)有電磁調(diào)速閥10，微型液流發(fā)電機(jī)4的出口連有液流發(fā)電機(jī)出油管9，液流發(fā)電機(jī)出油管9與電磁調(diào)速閥10相連，所述電磁調(diào)速閥10通過螺栓固定在連通器11上，電磁調(diào)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(gè)張力平衡裝置出油管3與微型液流發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)4的輸出軸與同步帶主動(dòng)輪5相連；所述編碼器7的輸入軸與同步帶從動(dòng)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(shí)際使用中，編碼器最好為絕對(duì)值編碼器，如果使用增量式編碼器，要注意斷電會(huì)造成數(shù)據(jù)清零。

所述微型液流發(fā)電機(jī)4的出油管與電磁調(diào)速閥10相連，所述電磁調(diào)速閥10通過螺栓固定在連通器11上；所述的電磁調(diào)速閥10出油口通過連通器11中的油路形成連通。

所述的采集控制器12包括能量管理模塊、信號(hào)處理模塊及計(jì)算輸出模塊，所述的能量管理模塊收集微型液流發(fā)電機(jī)4所產(chǎn)生的電能，并給編碼器7、信號(hào)處理模塊及計(jì)算輸出模塊供電，能量管理模塊通過控制充電回路的通斷防止過沖；所述的信號(hào)處理模塊通過無線與上位機(jī)通訊；所述的計(jì)算輸出模塊與電磁調(diào)速閥10相連，控制電磁調(diào)速閥10開口。

本發(fā)明的深井提升裝備調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控方法，具體步驟如下：

步驟1、使用前，將調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控裝置整體安裝在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定張力平衡裝置1中調(diào)繩液壓缸達(dá)到二分之一行程時(shí)，編碼器7計(jì)數(shù)脈沖值為0；當(dāng)調(diào)繩液壓缸達(dá)到上行程終端ls時(shí)，編碼器7計(jì)數(shù)脈沖值為ts；當(dāng)調(diào)繩液壓缸達(dá)到下行程終端lx時(shí)，編碼器7計(jì)數(shù)脈沖值為tx；

步驟2、當(dāng)提升裝備在井底運(yùn)行前，調(diào)繩狀態(tài)監(jiān)控裝置安裝完畢后，將各張力平衡裝置1中的調(diào)繩液壓缸調(diào)整到二分之一行程處，工控機(jī)中初始化編碼器7的監(jiān)測(cè)數(shù)值為0，初始化采集控制器12中信號(hào)處理模塊的采樣頻率為f1，通訊頻率為f2；

步驟3、當(dāng)提升裝備開始運(yùn)行時(shí)，編碼器7通過導(dǎo)線將所采集的脈沖信號(hào)傳輸給采集控制器12中的信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊對(duì)脈沖量進(jìn)行微分計(jì)算，得到各張力平衡裝置的調(diào)繩速度，信號(hào)處理模塊將脈沖量x及實(shí)時(shí)調(diào)繩速度vt打上系統(tǒng)時(shí)間戳后傳輸給工控機(jī)；

步驟4、對(duì)調(diào)繩速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在提升裝備正常運(yùn)行過程中，信號(hào)處理模塊將實(shí)時(shí)測(cè)量得到的調(diào)繩速度vt與設(shè)定參考調(diào)繩速度v't進(jìn)行做差處理并傳輸給計(jì)算輸出模塊，計(jì)算輸出模塊通過模糊pid算法實(shí)時(shí)計(jì)算出控制量，并輸出電壓信號(hào)控制電磁調(diào)速閥10開口，當(dāng)實(shí)時(shí)調(diào)繩速度vt大于參考調(diào)繩速度v't時(shí)，電磁調(diào)速閥10開口減小，當(dāng)實(shí)時(shí)調(diào)繩速度vt小于參考調(diào)繩速度v't時(shí)，電磁調(diào)速閥10開口增大，實(shí)現(xiàn)調(diào)繩速度控制；

在實(shí)際使用過程中，參考調(diào)繩速度v't的設(shè)定一般通過多目標(biāo)優(yōu)化算法對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算得到。粒子群算法、遺傳算法、蟻群算法等都能實(shí)現(xiàn)要求。

步驟5、對(duì)調(diào)繩狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在工控機(jī)中對(duì)信號(hào)處理模塊所傳回的脈沖量x進(jìn)行閾值比較，當(dāng)x≥(0.8ts+0.2tx)或x≤(0.2ts+0.8tx)時(shí)，判定為維護(hù)狀態(tài)，選擇最近一次檢修時(shí)間進(jìn)行人工調(diào)繩；當(dāng)x≥(0.9ts+0.1tx)或x≤(0.1ts+0.9tx)時(shí)，判定為故障狀態(tài)，立刻進(jìn)行檢修處理。