专利名称：矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种振荡特征频率提取及抑制系统，尤其涉及一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统。
背景技术：
钢丝绳广泛应用于矿井提升机的提升系统中，用以带动提升容器在井中升降，完成运输任务。运行过程中，提升系统如果发生机械共振，将会使钢丝绳及提升容器产生急剧振荡，破坏运行的稳定性。并且，还会使提升钢丝绳及提升机的某些机件出现大大超过正常情况的危险应力。除此之外，钢丝绳产生的振荡特征频率还会对提升机控制系统产生影响， 系统中的各个环节会对钢丝绳产生的振荡进行积分、放大，对系统产生不利影响。目前，对钢丝绳振荡特征频率的提取方法有很多，大部分矿井普遍使用的是 Fourier分析法，然而这种方法只适用于平稳渐变的振荡，对于非正常工作状态下产生的非特征谐波，Fourier分析法不能很好地了解它的局部特征。因此，采用Fourier分析法不能全面地提取出钢丝绳的振荡特征频率，并且抑制效果不明显。
实用新型内容基于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，以解决现有技术中钢丝绳的振荡特征频率提取不全面且抑制效果不明显的技术问题。为达到上述目的，本实用新型提供一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，包括速度检测器，用以检测提升机电机的运行速度；A/D采样电路，与速度检测器连接，用以对检测到的速度值进行采样；数字滤波器，与A/D采样电路连接，用以对采样值进行数字滤波，并将滤波后的速度值送入PLC控制器；PLC控制器，与数字滤波器连接，用以分析提升机的速度变化函数，采用小波分析法计算出提升机因钢丝绳正当产生的速度变化量Δη ；反相器，与PLC控制器连接，用以对速度变化量Δ η取反，并将取反后的值-Δ η作为速度环补偿给定叠加到提升机控制系统速度环的速度给定中。一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，其特征在于，其PLC控制器进一步包括CPU，用以分析提升机的速度变化函数，采用小波分析法计算出提升机因钢丝绳正当产生的速度变化量Δη;输入接口模块，与CPU连接，用以接收数字滤波器发出的速度值，并将接收到的速度值发送给CPU ；输出接口模块，与CPU连接，用以将CPU处理得到的速度变化量Δη发送至反相器；电源模块，分别与CPU、输入接口模块和输出接口模块连接，用以为该些模块的集成电路提供工作电源；编程设备，与CPU连接，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC控制器及其所控制的系统的工作状况；监控设备，与CPU连接，用于直接监视数据或通过画面监视数据；存储设备，与CPU连接，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失。依照本实用新型较佳实施例所述的一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，其速度检测器为AVAGO光电编码-HEDS-5500#A14。依照本实用新型较佳实施例所述的一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，其特征在于，数字滤波器飞为一单频道RF射频删除数字滤波器。依照本实用新型较佳实施例所述的一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，其特征在于，PLC控制器为三菱公司的Q25PRH型PLC。在矿井提升机系统中，理想情况下空气的阻力是均勻的，提升机勻速运行。因钢丝绳的特性所致，在提升过程中钢丝绳会发生振荡引起钢丝绳的张力增加导致提升机振荡， 使得提升机的速度发生不规律的变化。因此，本实用新型将钢丝绳的振荡频率反映在提升机的速度变化上，通过提取分析并抑制提升机速度变化量来实现对钢丝绳振荡特征频率的提取及抑制，该系统通过PLC控制器对滤波后的速度采样值进行小波分析，计算出提升机因钢丝绳振荡产生的速度变化量Δη，完成钢丝绳振荡特征频率的提取，并将该速度变化量 Δ η作用到反向器上，对Δ η取反，取反后的值-△ η作为速度环补偿给定叠加到速度环的速度给定中，通过速度环的闭环控制对Δη进行抑制，从而实现抑制钢丝绳的振荡特征频率。 与现有技术相比，本实用新型可以准确地提取钢丝绳的振荡特征频率，并对该频率进行有效抑制。
图1为本实用新型矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统的结构原理示意图；图2为本实用新型实施例的一种A/D采样电路的电路结构图；图3为本实用新型实施例的一种PLC控制器的结构原理图；图4为应用本实用新型的提升机控制系统的软件结构图。
具体实施方式
以下结合附图，具体说明本实用新型。以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。请参阅图1至图4，一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，包括 速度检测器101、A/D采样电路103、数字滤波器105、PLC控制器107、和反相器109。速度检测器101检测提升机电机201的运行速度，其采用AVAGO光电编码-HEDS-5500#A14。A/D采样电路103与速度检测器101相连，对检测到的速度值进行采样。数字滤波器105与A/D采样电路103连接，对采样后的速度值进行数字滤波，该数字滤波器105具体为一单频道RF射频删除数字滤波器。数字滤波器105连接至PLC控制器 107的I/O接口，将滤波后的采样值送入PLC控制器107，PLC控制器对该采样值进行小波分析，提取出钢丝绳振荡特征频率。该PLC控制器107为三菱公司的Q25PRH型PLC，其根据软件程序求出速度随钢丝绳振荡而变化的函数，采用小波分析法分析提升机的速度变化函数，计算出的提升机因钢丝绳振荡产生的速度变化量Δη，进而提取出钢丝绳的振荡特征频率。反相器109与PLC控制器107连接，PLC控制器107将计算出的速度变化量Δ η作用到反向器109上，反相器109对Δη取反，并将取反后的值-Δ η作为速度环补偿给定叠加到提升机控制系统速度环203的速度给定中。如图4所示，速度环203再通过电流环305 和SCR电路传递函数207对电机201的速度进行闭环控制，从而抑制钢丝绳的振荡特征频率。如图2所示，其为本实用新型实施例的一种A/D采样电路的电路结构图。A/D采样电路 103 由电阻 Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、比较器 Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7 和优
先编码器组成。八个电阻大小相等串联构成电阻分压器，产生不同数值的参考电压，形成 l/8UKEF-7/8UKEF共7种量化电平；7个量化电平分别加在7个电压比较器的反相输入端，模拟输入电压U1加在比较器的同相输入端，当U1大于或等于量化电平时，比较器输出为1，否则输出为0，电压比较器用来完成对采样电压的量化；比较器的输出送到优先编码器进行编码，得到3位二进制代码D2D1Dtl，进而完成对检测到的速度值得采样，并将采样值传送给数字滤波器105。如图3所示，其为本实用新型实施例的一种PLC控制器的结构原理图。PLC控制器 107包括CPU111、输入接口模块113、输出接口模块115、电源模块117、编程设备119、监控设备121和存储设备123。CPUlll用以分析提升机的速度变化函数，采用小波分析法计算出提升机因钢丝绳正当产生的速度变化量Δη。CPUlll是PLC控制器107的核心，其按PLC控制器107的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。 进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。输入接口模块Il3与CPUlll连接，用以接收数字滤波器发出的速度值，并将接收到的速度值发送给CPUlll ；输出接口模块115与CPUlll连接，用以将CPUlll处理得到的速度变化量Δη发送至反相器；PLC控制器107通过输入接口模块113和输出接口模块115与外界联系，完成对外功能。按输入接口模块113和输出接口模块115的点数确定模块规格及数量。模块集成了 PLC的I/O电路，其中输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。电源模块117分别与CPU111、输入接口模块113和输出接口模块115连接，为PLC 控制器107各模块的集成电路提供工作电源。同时，电源模块117可以为输入电路提供24V 的工作电源。[0039]编程设备119与CPUlll连接，有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC控制器107及其所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、 监测运行、检查维护不可缺少的器件，但其不直接参与现场控制运行。监控设备121与CPUlll连接，有数据监视器和图形监视器，用于直接监视数据或通过画面监视数据。存储设备123与CPUlll连接，有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。在矿井提升机系统中，理想情况下空气的阻力是均勻的，提升机勻速运行。因钢丝绳的特性所致，在提升过程中钢丝绳会发生振荡引起钢丝绳的张力增加导致提升机振荡， 使得提升机的速度发生不规律的变化。因此，本实用新型将钢丝绳的振荡频率反映在提升机的速度变化上，通过提取分析并抑制提升机速度变化量来实现对钢丝绳振荡特征频率的提取及抑制，该系统通过PLC控制器对滤波后的速度采样值进行小波分析，计算出提升机因钢丝绳振荡产生的速度变化量Δη，完成钢丝绳振荡特征频率的提取，并将该速度变化量 Δη作用到反向器上，对Δη取反，取反后的值-Δη作为速度环补偿给定叠加到速度环的速度给定中，通过速度环的闭环控制对Δη进行抑制，从而实现抑制钢丝绳的振荡特征频率。 与现有技术相比，本实用新型可以准确地提取钢丝绳的振荡特征频率，并对该频率进行有效抑制。以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，其特征在于，包括 速度检测器，用以检测提升机电机的运行速度；A/D采样电路，与所述速度检测器连接，用以对检测到的速度值进行采样； 数字滤波器，与所述A/D采样电路连接，用以对采样值进行数字滤波，并将滤波后的速度值送入PLC控制器；PLC控制器，与所述数字滤波器连接，用以分析提升机的速度变化函数，采用小波分析法计算出提升机因钢丝绳正当产生的速度变化量Δη ；反相器，与所述PLC控制器连接，用以对所述速度变化量Δη取反，并将取反后的值-△ η作为速度环补偿给定叠加到提升机控制系统速度环的速度给定中。
2.如权利要求1所述的一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，其特征在于，所述PLC控制器进一步包括CPU,用以分析提升机的速度变化函数，采用小波分析法计算出提升机因钢丝绳正当产生的速度变化量Δη;输入接口模块，与所述CPU连接，用以接收数字滤波器发出的速度值，并将接收到的速度值发送给CPU ；输出接口模块，与所述CPU连接，用以将CPU处理得到的速度变化量△ η发送至反相器；电源模块，分别与所述CPU、输入接口模块和输出接口模块连接，用以为所述该些模块的集成电路提供工作电源；编程设备，与所述CPU连接，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC控制器及其所控制的系统的工作状况；监控设备，与所述CPU连接，用于直接监视数据或通过画面监视数据； 存储设备，与所述CPU连接，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失。
3.如权利要求1所述的一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，其特征在于，所述速度检测器为AVAGO光电编码-HEDS-5500#A14。
4.如权利要求1所述的一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，其特征在于，所述数字滤波器飞为一单频道RF射频删除数字滤波器。
5.如权利要求1所述的一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，其特征在于，PLC控制器为三菱公司的Q25PRH型PLC。
专利摘要本实用新型涉及一种矿井提升机钢丝绳振荡特征频率提取及抑制系统，包括速度检测器、A/D采样电路、数字滤波器、PLC控制器和反相器，速度检测器用以检测提升机电机的运行速度；A/D采样电路用以对检测到的速度值进行采样；数字滤波器用以对采样值进行数字滤波，并将滤波后的速度值送入PLC控制器；PLC控制器分析提升机的速度变化函数，采用小波分析法计算出提升机因钢丝绳正当产生的速度变化量Δn；反相器对速度变化量Δn取反，并将取反后的值-Δn作为速度环补偿给定叠加到提升机控制系统速度环的速度给定中。本实用新型可以准确地提取钢丝绳的振荡特征频率，并对该频率进行有效抑制。
文档编号B66B19/00GK202226522SQ201120302028
公开日2012年5月23日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者吴玮, 姜建国, 左东升, 徐亚军, 戴鹏, 王贵峰, 罗* 申请人:上海交通大学