一种施工立井吊盘稳车运行故障监测系统及方法
【专利摘要】一种施工立井吊盘稳车运行故障监测系统及方法，属于稳车运行故障监测系统及方法。它包括设在吊盘上的第一感知单元和第一信号处理采集单元，设在主天轮主轴、主天轮底座上的第二感知单元和第二信号处理采集单元，设在施工井壁上的无线信号传输系统以及设在控制房的PLC集控中心；第一感知单元包括三轴倾角传感器；第二感知单元包括轴编码器、压力传感器、无线信号强度检测器；第一信号处理采集单元和第二处理采集单元包括信号处理采集器；无线信号传输系统包括无线mesh节点和控制器；控制中心包括主控制PLC可编程控制器、人机交互设备、声光报警电路、数据存储设备。优点：该系统能够检测和排除施工立井吊盘稳车运行故障，实现施工立井吊盘稳车的安全平稳运行。
【专利说明】一种施工立井吊盘稳车运行故障监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种稳车运行故障监测系统及方法，特别是一种施工立井吊盘稳车运行故障监测系统及方法。
【背景技术】
[0002]施工立井吊盘稳车的控制主要通过人工手动调整稳绳实现吊盘的上升和下放，工作效率低，且极易发生事故，目前已有基于PLC控制器的自动调平控制装置实现了吊盘的自动调平控制，但没有对设备进行实时监控，实际使用效果不佳，制约了设备的稳定性和可靠性，给安全生产留下了隐患，限制了其大范围的使用和推广。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是要提供一种施工立井吊盘稳车运行故障监测系统及方法，解决吊盘上升和下放过程吊盘易发生卡盘、倾斜，稳绳张力过大的问题，完成施工立井吊盘稳车的自动控制及其运行参数和状态的实时监测，实现施工立井吊盘稳车系统运行的自动化，智能化、可视化、和人性化。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:该故障监测系统，包括设在吊盘上的第一感知单元和第一信号处理采集单元，设在天轮主轴、天轮底座上的第二感知单元和第二信号处理采集单元，设在施工井壁上的无线信号传输系统以及设在控制房的PLC集控中心；
[0005]所述第一感知单元由吊盘位姿感知单元构成，所述的吊盘位姿感知单元包括三轴倾角传感器，三轴倾角传感器布置在吊盘上，吊盘工作时用于检测吊盘的姿态角；
[0006]所述第二感知单元由吊盘稳车速度感知单元和稳绳张力感知单元以及无线信号强度检测器三部分构成，其中所述的吊盘稳车速度感知单元包括轴编码器；所述的稳绳张力感知单元包括压力传感器；轴编码器有四个，分别通过联轴器布置在四个主天轮的主轴上，用于测定稳绳的速度；压力传感器有八个，分别对称置于四个主天轮的底座上，用于测稳绳的张力；无线信号强度检测器置于井筒口用于检测无线信号的强弱；
[0007]所述的第一信号处理采集单元和二信号处理采集单元均包括信号处理采集器；所述的信号处理采集器和无线传输模块连接，分别用以将吊盘姿态信号和稳绳张力信号送入控制房的PLC集控中心；
[0008]所述的无线信号传输系统包括多个无线mesh节点和无线mesh网络控制器；其中无线mesh节点在井壁上等间距布置；无线mesh网络控制器用于控制无线mesh网络节点间通信的快速切换；
[0009]所述的PLC集控中心包括主控制PLC可编程控制器、无线传输模块、人机交互设备、声光报警电路和数据存储设备；其中无线传输模块与无线信号传输系统配套，能自动融入通信网络，并与主控制PLC可编程控制器连接，主控制PLC可编程控制器还分别与人机交互设备、声光报警电路、数据存储设备连接。
[0010]一种使用施工立井吊盘稳车运行故障监测系统的方法，包括如下步骤:
[0011](I)、施工立井吊盘稳车开始运行时，故障监控系统初始化，载入预先设定的故障检测指标和阀值；
[0012](2)、施工立井吊盘稳车运行故障监测系统运行时，设在吊盘上的第一感知单元，设在天轮主轴、天轮底座上的第二感知单元，设在井筒口的无线信号强度检测器，设在施工井壁上的无线信号传输系统以及设在控制房的PLC集控中心开启，对设备进行监测，信号处理采集器对信号进行采集；
[0013](3)、信号处理采集器采集到信号后，进行预处理，经过无线传输系统传递到主控计算机，主控计算机对信号进行分析做出判断，将结果和相应的数据通过共享变量传输给主控制PLC可编程控制器；
[0014](4)、主控制PLC可编程控制器对接收到的判断结果和信号进行响应，对施工立井吊盘稳车运行状态进行控制；若确定有故障发生，则一方面控制声光报警电路进行报警，另一方面分析故障发生点及其原因等信息，通过主控计算机上的上位机显示故障信息提供给现场工程人员查看，同时存储在数据存储设备中，并依照预先内置的故障处理算法，控制施工立井吊盘稳车做出相应的动作，以避免发生卡盘，断绳等恶性事故；若无故障发生，主控制PLC可编程控制器根据工作机的运行状态，通过施工立井吊盘稳车控制系统实时的调整各个稳绳的收放速度，以保证吊盘稳定运行；同时设备运行状态通过主控计算机提供给现场工程人员查看；
[0015](5)、无线信号强度检测器检测到信号强度低于故障设定阀值时触发声光电路发出警报；若无线信号强度高于故障设定值阀值时检测器正常工作。
[0016]有益效果:由于采用了上述方案，安装有施工立井吊盘稳车运行故障监测系统的施工立井吊盘稳车能够自动根据吊盘的位姿和稳绳的张力进行吊盘的调平，并且能够及时检测故障、分析故障、和排除故障，并能实时的显示设备的运行状态，实现了设备运行的自动化、智能化、可视化、和人性化。与现有技术相比，该施工立井吊盘稳车运行故障监测系统及方法可靠性和智能化程度高，同时复合使用多传感器，并通过主控计算机实时显示设备的工作状态和故障信息，通过无线mesh节点实现的无线信号传输系统能够快速的实时将信号传输到主控计算机，延时可控制在2ms，保证了系统的实时性。整套系统能够快速、有效地排除施工立井吊盘稳车的常见故障，实现了吊盘的自动控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的施工立井吊盘稳车运行故障监测系统布置图。
[0018]图2为本发明的施工立井吊盘稳车运行故障监测系统及方法的示意框图。
[0019]图3为本发明的施工立井吊盘稳车运行故障监测系统及方法的总流程图。
[0020]图中:1、吊盘；2、三轴倾角传感器；3、信号处理采集器；4、无线mesh节点；5、吊盘稳车；7_1、第一轴编码器；7-2、第二轴编码器；7-3、第三轴编码器；7-4、第四轴编码器；8、主天轮；9、稳绳；10-1、第四压力传感器；10-2、第三压力传感器；10-3、第一压力传感器；10-4-第二压力传感器；11、主控计算机；12、主控制PLC可编程控制器；13、无线mesh网络控制器；14、无线信号强度检测器。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0022]本发明的施工立井吊盘稳车运行故障监测系统，包括设在吊盘上的第一感知单元和第一信号处理采集单元，设在天轮主轴、天轮底座上的第二感知单元和第二信号处理采集单元，设在施工井壁上的无线信号传输系统以及设在控制房的PLC集控中心；
[0023]所述第一感知单元由吊盘位姿感知单元构成，吊盘位姿感知单包括三轴倾角传感器2，布置在吊盘I上，吊盘I工作时用于测吊盘I的姿态角；
[0024]所述第二感知单元由吊盘稳车速度感知单元和稳绳张力感知单元以及无线信号强度检测器14三部分构成，其中吊盘稳车速度感知单元包括轴编码器7，稳绳张力感知单元包括压力传感器10 ;四个轴编码器7分别通过联轴器布置在四个天轮的主轴上，用于测定稳绳9速度；八个压力传感器10分别置于四个天轮的底座上，用于测稳绳9的张力；无线信号强度检测器14置于井筒口用于检测无线信号的强弱；
[0025]所述的第一、二信号处理采集单元包括信号处理采集器3 ;信号处理采集器3和无线传输模块连接，分别用以将吊盘姿态信号和稳绳张力信号送入控制房的PLC集控中心；
[0026]所述的无线信号传输系统包括多个无线mesh节点4和无线mesh网络控制器14 ；其中无线mesh节点4在井壁上等间距布置；无线mesh网络控制器14用于控制无线mesh网络节点间通信的快速切换；
[0027]所述的PLC集控中心包括主控制PLC可编程控制器12、无线传输模块、人机交互设备、声光报警电路、数据存储设备；其中无线传输模块与无线信号传输系统配套，能自动融入通信网络，并与主控制器PLC可编程控制器12连接，主控制器PLC可编程控制器12还分别与人机交互设备、声光报警电路、数据存储设备连接。
[0028]施工立井吊盘稳车运行故障监测系统的方法如下:
[0029](I)施工立井吊盘稳车开始运行时，故障监控系统初始化，载入预先设定的故障检测指标和阀值；
[0030](2)施工立井吊盘稳车运行故障监测系统运行时，设在吊盘I上的第一感知单元，设在天轮主轴、天轮底座上的第二感知单元，设在施工井壁上的无线信号传输系统以及设在控制房的PLC集控中心开启，对设备进行监测，信号处理采集器3对信号进行采集；
[0031](3)信号采集器采集到信号后，进行预处理，经过无线传输系统传递到主控计算机11，主控计算机11对信号进行分析做出判断，将结果和相应的数据通过共享变量传输给主控制PLC可编程控制器12;
[0032](4)主控制PLC可编程控制器12对接收到的判断结果和信号进行响应，对施工立井吊盘稳车运行状态进行控制；若确定有故障发生，则一方面控制声光报警电路进行报警，另一方面分析故障发生点及其原因等信息，通过主控计算机11上的上位机显示故障信息提供给现场工程人员查看，同时存储在数据存储设备中，并依照预先内置的故障处理算法，控制施工立井吊盘稳车做出相应的动作，以避免发生卡盘，断绳等恶性事故；若无故障发生，主控制PLC可编程控制器12根据工作机的运行状态，通过施工立井吊盘稳车控制系统实时的调整各个稳绳9的收放速度，以保证吊盘I稳定运行；同时设备运行状态通过主控计算机11提供给现场工程人员查看。
[0033]图1中，以施工立井吊盘稳车系统为平台展现所述的故障系统的主要结构图。
[0034]所述的施工立井吊盘稳车系统主要由四台稳车、八个天轮，四根稳绳9、一个吊盘I构成如图1所示。
[0035]所述的三轴倾角传感器2安装在吊盘I上，实时监测吊盘I的倾斜和旋转情况，通过信号采集处理单元采集经由无线传输系统传送到地面控制中心；
[0036]所述的轴编码器7共有四个，分别通过联轴器安装在靠近井筒的四个天轮主轴上，用于实时监测稳绳9的下放和上提速度；
[0037]所述的压力传感器10共有八个，分别通过螺栓对称的安装在靠近井筒天轮的轴承座下，最终压力值取两个压力传感器10的平均值；
[0038]所述的可编程控制器选用西门子PLC S7-200 ；
[0039]所述的无线传输模块及无线传输系统节点均选用LP5824-MESH-GW-X。
[0040]图2中，所述第一感知单元由吊盘I位姿感知单元构成，吊盘I位姿感知单包括三轴倾角传感器2，布置在吊盘I上，吊盘I工作时用于测吊盘I的姿态角。
[0041]所述第二感知单元由吊盘稳车速度感知单元和稳绳张力感知单元以及无线信号强度检测器14三部分构成，其中吊盘稳车速度感知单元包括轴编码器7，稳绳张力感知单元包括压力传感器10 ;四个轴编码器7分别通过联轴器布置在四个天轮的主轴上，用于测定稳绳9速度；八个压力传感器10分别置于四个天轮的底座上，用于测稳绳9的张力；无线信号强度检测器14置于井筒口用于检测无线信号的强弱。
[0042]所述的第一、二信号处理采集单元包括信号处理采集器3 ;信号处理采集器3和无线传输模块连接，分别用以将吊盘姿态信号和稳绳张力信号送入控制房的PLC集控中心；
[0043]所述的无线信号传输系统包括多个无线mesh节点4和无线mesh网络控制器14 ；其中无线mesh节点4在井壁上等间距布置；无线mesh网络控制器14用于控制无线mesh网络节点间通信的快速切换。
[0044]所述的PLC集控中心包括主控制PLC可编程控制器12、无线传输模块、人机交互设备、声光报警电路、数据存储设备；其中无线传输模块与无线信号传输系统配套，能自动融入通信网络，并与主控制器PLC可编程控制器12连接，主控制器PLC可编程控制器12还分别与人机交互设备、声光报警电路、数据存储设备连接。
[0045]图3中，施工立井吊盘稳车开始运行时，故障监控系统初始化，载入预先设定的故障检测指标和阀值；
[0046]施工立井吊盘稳车运行故障监测系统运行时，设在吊盘I上的第一感知单元，设在天轮主轴、天轮底座上的第二感知单元，设在施工井壁上的无线信号传输系统以及设在控制房的PLC集控中心开启，对设备进行监测，信号处理采集器3对信号进行采集；
[0047]信号采集器采集到信号后，进行预处理，经过无线传输系统传递到主控计算机11，主控计算机11对信号进行分析做出判断，将结果和相应的数据通过共享变量传输给主控制PLC可编程控制器12。
[0048]主控制PLC可编程控制器12对接收到的判断结果和信号进行响应，对施工立井吊盘稳车运行状态进行控制；若确定有故障发生，则一方面控制声光报警电路进行报警，另一方面分析故障发生点及其原因等信息，通过主控计算机11上的上位机显示故障信息提供给现场工程人员查看，同时存储在数据存储设备中，并依照预先内置的故障处理算法，控制施工立井吊盘稳车做出相应的动作，以避免发生卡盘，断绳等恶性事故；若无故障发生，主控制PLC可编程控制器12根据工作机的运行状态，通过施工立井吊盘稳车控制系统实时的调整各个稳绳9的收放速度，以保证吊盘I稳定运行；同时设备运行状态通过主控计算机11提供给现场工程人员查看。
【权利要求】
1.一种施工立井吊盘稳车运行故障监测系统及方法，其特征是:该故障监测系统，包括设在吊盘上的第一感知单元和第一信号处理采集单元，设在天轮主轴、天轮底座上的第二感知单元和第二信号处理采集单元，设在施工井壁上的无线信号传输系统以及设在控制房的PLC集控中心； 所述第一感知单元由吊盘位姿感知单元构成，所述的吊盘位姿感知单元包括三轴倾角传感器(2)，三轴倾角传感器(2)布置在吊盘(I)上，吊盘(I)工作时用于检测吊盘(I)的姿态角； 所述第二感知单元由吊盘稳车速度感知单元和稳绳张力感知单元以及无线信号强度检测器(14)三部分构成，其中所述的吊盘稳车速度感知单元包括轴编码器(7);所述的稳绳张力感知单元包括压力传感器(10);轴编码器(7)有四个，分别通过联轴器布置在四个主天轮(8)的主轴上，用于测定稳绳(9)的速度；压力传感器(10)有八个，分别对称置于四个主天轮(8)的底座上，用于测稳绳(9)的张力；无线信号强度检测器(14)置于井筒口用于检测无线信号的强弱； 所述的第一信号处理采集单元和二信号处理采集单元均包括信号处理采集器(3);所述的信号处理采集器(3)和无线传输模块连接，分别用以将吊盘姿态信号和稳绳张力信号送入控制房的PLC集控中心； 所述的无线信号传输系统包括多个无线mesh节点(4)和无线mesh网络控制器(13)；其中无线mesh节点(4)在井壁上等间距布置；无线mesh网络控制器(14)用于控制无线mesh网络节点间通信的快速切换； 所述的PLC集控中心包括主控制PLC可编程控制器(12)、无线传输模块、人机交互设备、声光报警电路和数据存储设备；其中无线传输模块与无线信号传输系统配套，能自动融入通信网络，并与主控制PLC可编程控制器(12)连接，主控制PLC可编程控制器(12)还分别与人机交互设备、声光报警电路、数据存储设备连接。
2.一种使用权利要求1所述的施工立井吊盘稳车运行故障监测系统的方法，其特征是包括如下步骤: (1)施工立井吊盘稳车开始运行时，故障监控系统初始化，载入预先设定的故障检测指标和阀值； (2)施工立井吊盘稳车运行故障监测系统运行时，设在吊盘(I)上的第一感知单元，设在天轮主轴、天轮底座上的第二感知单元，设在井筒口的无线信号强度检测器(14)，设在施工井壁上的无线信号传输系统以及设在控制房的PLC集控中心开启，对设备进行监测，信号处理采集器(3)对信号进行采集； (3)信号采集器(3)采集到信号后，进行预处理，经过无线传输系统传递到主控计算机(11)，主控计算机(11)对信号进行分析做出判断，将结果和相应的数据通过共享变量传输给主控制PLC可编程控制器(12)； (4)主控制PLC可编程控制器(12)对接收到的判断结果和信号进行响应，对施工立井吊盘稳车运行状态进行控制；若确定有故障发生，则一方面控制声光报警电路进行报警，另一方面分析故障发生点及其原因等信息，通过主控计算机(11)上的上位机显示故障信息提供给现场工程人员查看，同时存储在数据存储设备中，并依照预先内置的故障处理算法，控制施工立井吊盘稳车做出相应的动作，以避免发生卡盘，断绳等恶性事故；若无故障发生，主控制PLC可编程控制器(12)根据工作机的运行状态，通过施工立井吊盘稳车控制系统实时的调整各个稳绳(9)的收放速度，以保证吊盘(I)稳定运行；同时设备运行状态通过主控计算机(11)提供给现场工程人员查看； (5)无线信号强度检测器(14)检测到信号强度低于故障设定阀值时触发声光电路发出警报；若无线信号强度高于故障设定值阀值时检测器正常工作。
【文档编号】B66C13/16GK104386583SQ201410624478
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】曹国华, 盘继松, 朱真才, 王彦栋, 彭维红, 王乃格, 王进杰, 刘善增, 刘峰宇, 张骥 申请人:中国矿业大学