龍新平

（潞安化工集團(tuán)五陽煤礦，山西 長治 046200）

引言

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多繩摩擦式提升機(jī)在工作的過程中表現(xiàn)為：配重不合理、張力不均勻、超載等問題，其中張力不均勻以及起吊過載是產(chǎn)生鋼絲繩斷裂和罐籠墜落的誘發(fā)因子，對(duì)工人的生命安全造成嚴(yán)重的威脅，與此同時(shí)不利于煤礦企業(yè)的發(fā)展。由此可以看出，對(duì)提升機(jī)鋼絲繩的張力進(jìn)行監(jiān)測(cè)是防止出現(xiàn)鋼絲繩脫槽、斷繩的關(guān)鍵所在。因此，對(duì)鋼絲繩運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，最大限度地避免出現(xiàn)鋼絲繩斷裂等事故。

1 五陽煤礦南豐工區(qū)工程概況

在五陽煤礦南豐工區(qū)副井井口位置設(shè)置了多繩摩擦式提升機(jī)，其主要用于76、78 采區(qū)的作業(yè)情況，涉及提升設(shè)備、材料以及人員，其提升的高度可以達(dá)到555 m。該多繩摩擦式提升機(jī)原產(chǎn)于洛陽中信重工機(jī)械有限公司，其型號(hào)為JKMD-3.5×4，具體參數(shù)如下：滾筒深度取值為2 m，滾筒直徑取值為3.5 m，最大靜張力可以達(dá)到525 kN，最大的提升速度可以達(dá)到9.16 m/s，最大提升載荷為19 t。與之匹配的電機(jī)選用上海電機(jī)廠生產(chǎn)的直流電機(jī)，其型號(hào)為ZKTD218/48，相應(yīng)的額定功率可以達(dá)到1 250 kW，而額定轉(zhuǎn)速可以達(dá)到50 r/min。在提升機(jī)主控系統(tǒng)中設(shè)置有PLC（主控單元）、繼電器控制單元、調(diào)速控制單元，其中調(diào)速控制單元主要用來實(shí)現(xiàn)調(diào)整電機(jī)的速度。

當(dāng)該類型的提升機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，假如鋼絲繩受力不均勻，從而使得鋼絲繩以及摩擦襯墊所產(chǎn)生的摩擦程度并不相同，進(jìn)而降低了兩者的使用周期。通過該系統(tǒng)能夠有效地對(duì)鋼絲繩的張力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而能夠有效地預(yù)防安全事故。

2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)原理及技術(shù)要點(diǎn)

對(duì)于煤礦多繩摩擦式提升機(jī)的自動(dòng)平衡裝置而言，國內(nèi)外大都選用液壓式即半調(diào)壓的工作方式，具體而言是四根鋼絲繩處于工作狀態(tài)時(shí)，僅僅有一側(cè)開啟連通油缸，那么將導(dǎo)致該側(cè)受力相等，另外一側(cè)將不再處于受力平衡的狀態(tài)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)顯著的張力差問題。通常在滑塊與活塞桿位置處設(shè)置張力壓塊傳感器，同時(shí)在提升缸位置處設(shè)置4 個(gè)張力壓塊傳感器，這樣能夠?qū)︿摻z繩張力以及總載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在上下動(dòng)作的罐籠以及箕斗上方設(shè)置張力壓塊傳感器。將本安型采集發(fā)射箱以及相應(yīng)的無線發(fā)射單元設(shè)置在提升容器上，電源采用高充電電池供電，這樣可以將張力物理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給無線接收單元，接著在經(jīng)過CAN 總線將其傳輸給地面數(shù)據(jù)采集箱[1]。工作人員可以通過LCD 顯示屏觀察數(shù)據(jù)的變化情況。并將其傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)內(nèi)部設(shè)置的軟件實(shí)時(shí)繪制張力變化曲線，同時(shí)依據(jù)張力變化以及平位信號(hào)進(jìn)行計(jì)算以及實(shí)時(shí)顯示罐籠的載重量。假如超載切斷提升安全回路不在進(jìn)行共工作，而出現(xiàn)其他故障問題，那么以語音的形式進(jìn)行提醒報(bào)警，并且將報(bào)警數(shù)據(jù)以及載人數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，便于后期查詢，下頁圖1 表示相應(yīng)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)原理。

圖1 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)原理圖

2.2 設(shè)計(jì)思路

2.2.1 提升機(jī)鋼絲繩張力傳感器的安裝

鑒于井下實(shí)際工況提出相應(yīng)的提升鋼絲繩的安裝方案。一般可以在活塞桿底部設(shè)置張傳感器。經(jīng)過探究提出四種類型的張力傳感器安裝方案：第一，在測(cè)定總張力時(shí)，可以將張力傳感器設(shè)置在天輪軸承座下方的軸承座上。第二，在測(cè)定壓力張力差時(shí)，可以在鋼絲繩自動(dòng)平衡裝置活塞桿的底部位置設(shè)置壓力張力差傳感器。第三，可以將旁壓傳感器設(shè)置在連接繩環(huán)附近。第四，設(shè)置井下井上傳感器，能夠?qū)崟r(shí)將輸出傳輸給各個(gè)控制單元以及顯示單元[2-3]。

2.2.2 數(shù)據(jù)通信研究及通信抗干擾設(shè)計(jì)

為了能夠更好地提高井上通訊與提升設(shè)備之間的信息交互性，必須按照無線傳輸數(shù)據(jù)的分時(shí)通信原理。將井口與控制中心之間的信息交互選用RS485通訊協(xié)議。在礦井下設(shè)備相對(duì)較多，因此必須采用有效地措施降低電磁干擾，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

2.2.3 提升機(jī)閉鎖功能的設(shè)置

假如負(fù)載超過設(shè)定值時(shí)，那么系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置的程序?qū)?huì)經(jīng)過判斷進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)借助輸出繼電器動(dòng)作，這樣可以斷開起吊安全電路，防止出現(xiàn)起吊的現(xiàn)象。通?？梢栽阡摻z繩自動(dòng)平衡懸掛裝置位置設(shè)置一個(gè)張力塊傳感器，進(jìn)而可以監(jiān)測(cè)滑塊與活塞、活塞桿與罐籠所產(chǎn)生的壓力差，可以將該數(shù)據(jù)傳輸給主控單元，便于工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。將張力塊傳感器設(shè)置在罐籠以及鏟斗上，可以在提升容器上設(shè)置本安型采集以及傳輸箱與無線傳輸單元，將無線傳輸單元傳輸給地面接收單元，最終借助RS485 和CAN 通訊單元，將信息輸送給終端接收箱。LCD 將處理后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來。同時(shí)主機(jī)可以依據(jù)處理的數(shù)據(jù)顯示張力變化曲線，這樣可以借助張力數(shù)據(jù)以及液位信號(hào)對(duì)張力數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，此外可以精確地計(jì)算出罐籠所能夠承載的力。假如發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)過載的現(xiàn)象時(shí)，那么將發(fā)出斷開安全電路的指令，可以防止出現(xiàn)起吊現(xiàn)象。

為了能夠有效地保證輸送數(shù)據(jù)的安全性，通常選擇分時(shí)通信形式。設(shè)置在罐籠位置的傳感器能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給上位機(jī)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可以依據(jù)罐籠的位置信息驅(qū)動(dòng)與之匹配的無線接收單元。

對(duì)于信息采集以及傳輸可以選用響應(yīng)式信息傳輸形式。無線接收單元將傳輸數(shù)據(jù)輸送給信息采集單元，信息采集單元將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)傳輸設(shè)備編號(hào)，這樣將數(shù)據(jù)以及設(shè)備編號(hào)傳輸給上位機(jī)，進(jìn)而上位機(jī)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理顯示軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)

對(duì)于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元而言，主要選用兩種形式：SD 卡、內(nèi)置式鐵電儲(chǔ)存器，數(shù)據(jù)保存的形式設(shè)定為文件系統(tǒng)。文件格式選用CSV。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ鎯?chǔ)卡容量進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刪減以往的文件，從而能夠有效地提高卡內(nèi)空間。

2.3.2 局域網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能

可以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)設(shè)置局域網(wǎng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)控制界面與網(wǎng)站進(jìn)行交互，從而便于工作人員更好地瀏覽各個(gè)網(wǎng)頁，進(jìn)而能夠有效地解決監(jiān)測(cè)的地域性問題，對(duì)各種緊急情況做出針對(duì)性的解決方案。

3 結(jié)語

將提升機(jī)鋼絲繩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠有效地監(jiān)測(cè)鋼絲繩的張力以及負(fù)載變化情況，同時(shí)可以監(jiān)測(cè)到起吊過載、過載差值以及卸載不凈等問題。當(dāng)提升機(jī)開始工作之前，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)ψ詣?dòng)檢驗(yàn)載荷量以及荷載差進(jìn)行判定，并以此為基礎(chǔ)，當(dāng)出現(xiàn)不合格時(shí)，不允許其工作。此外，該系統(tǒng)能夠?qū)μ嵘龣C(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，經(jīng)過傳感器采集到的鋼絲繩張力的變化情況，能夠便于工作人員采取相應(yīng)的措施，從而可以為煤礦的安全運(yùn)輸提供保障。