煤矿提升机钢丝绳运行状态监测监控系统的设计分析

龙新平

（潞安化工集团五阳煤矿，山西 长治 046200）

引言

经过调研发现，多绳摩擦式提升机在工作的过程中表现为：配重不合理、张力不均匀、超载等问题，其中张力不均匀以及起吊过载是产生钢丝绳断裂和罐笼坠落的诱发因子，对工人的生命安全造成严重的威胁，与此同时不利于煤矿企业的发展。由此可以看出，对提升机钢丝绳的张力进行监测是防止出现钢丝绳脱槽、断绳的关键所在。因此，对钢丝绳运行状态监测系统进行设计分析，最大限度地避免出现钢丝绳断裂等事故。

1 五阳煤矿南丰工区工程概况

在五阳煤矿南丰工区副井井口位置设置了多绳摩擦式提升机，其主要用于76、78 采区的作业情况，涉及提升设备、材料以及人员，其提升的高度可以达到555 m。该多绳摩擦式提升机原产于洛阳中信重工机械有限公司，其型号为JKMD-3.5×4，具体参数如下：滚筒深度取值为2 m，滚筒直径取值为3.5 m，最大静张力可以达到525 kN，最大的提升速度可以达到9.16 m/s，最大提升载荷为19 t。与之匹配的电机选用上海电机厂生产的直流电机，其型号为ZKTD218/48，相应的额定功率可以达到1 250 kW，而额定转速可以达到50 r/min。在提升机主控系统中设置有PLC（主控单元）、继电器控制单元、调速控制单元，其中调速控制单元主要用来实现调整电机的速度。

当该类型的提升机处于工作状态时，假如钢丝绳受力不均匀，从而使得钢丝绳以及摩擦衬垫所产生的摩擦程度并不相同，进而降低了两者的使用周期。通过该系统能够有效地对钢丝绳的张力进行实时监测，从而能够有效地预防安全事故。

2 在线监测系统的设计

2.1 系统原理及技术要点

对于煤矿多绳摩擦式提升机的自动平衡装置而言，国内外大都选用液压式即半调压的工作方式，具体而言是四根钢丝绳处于工作状态时，仅仅有一侧开启连通油缸，那么将导致该侧受力相等，另外一侧将不再处于受力平衡的状态，从而导致出现显著的张力差问题。通常在滑块与活塞杆位置处设置张力压块传感器，同时在提升缸位置处设置4 个张力压块传感器，这样能够对钢丝绳张力以及总载荷进行实时监测。在上下动作的罐笼以及箕斗上方设置张力压块传感器。将本安型采集发射箱以及相应的无线发射单元设置在提升容器上，电源采用高充电电池供电，这样可以将张力物理数据实时传送给无线接收单元，接着在经过CAN 总线将其传输给地面数据采集箱[1]。工作人员可以通过LCD 显示屏观察数据的变化情况。并将其传输给上位机，上位机根据内部设置的软件实时绘制张力变化曲线，同时依据张力变化以及平位信号进行计算以及实时显示罐笼的载重量。假如超载切断提升安全回路不在进行共工作，而出现其他故障问题，那么以语音的形式进行提醒报警，并且将报警数据以及载人数据进行储存，便于后期查询，下页图1 表示相应的系统监测原理。

图1 系统监测原理图

2.2 设计思路

2.2.1 提升机钢丝绳张力传感器的安装

鉴于井下实际工况提出相应的提升钢丝绳的安装方案。一般可以在活塞杆底部设置张传感器。经过探究提出四种类型的张力传感器安装方案：第一，在测定总张力时，可以将张力传感器设置在天轮轴承座下方的轴承座上。第二，在测定压力张力差时，可以在钢丝绳自动平衡装置活塞杆的底部位置设置压力张力差传感器。第三，可以将旁压传感器设置在连接绳环附近。第四，设置井下井上传感器，能够实时将输出传输给各个控制单元以及显示单元[2-3]。

2.2.2 数据通信研究及通信抗干扰设计

为了能够更好地提高井上通讯与提升设备之间的信息交互性，必须按照无线传输数据的分时通信原理。将井口与控制中心之间的信息交互选用RS485通讯协议。在矿井下设备相对较多，因此必须采用有效地措施降低电磁干扰，保证数据传输的安全性。

2.2.3 提升机闭锁功能的设置

假如负载超过设定值时，那么系统内部设置的程序将会经过判断进行报警，同时借助输出继电器动作，这样可以断开起吊安全电路，防止出现起吊的现象。通常可以在钢丝绳自动平衡悬挂装置位置设置一个张力块传感器，进而可以监测滑块与活塞、活塞杆与罐笼所产生的压力差，可以将该数据传输给主控单元，便于工作人员实时监控数据。将张力块传感器设置在罐笼以及铲斗上，可以在提升容器上设置本安型采集以及传输箱与无线传输单元，将无线传输单元传输给地面接收单元，最终借助RS485 和CAN 通讯单元，将信息输送给终端接收箱。LCD 将处理后的数据实时显示出来。同时主机可以依据处理的数据显示张力变化曲线，这样可以借助张力数据以及液位信号对张力数据进行显示，此外可以精确地计算出罐笼所能够承载的力。假如发现出现过载的现象时，那么将发出断开安全电路的指令，可以防止出现起吊现象。

为了能够有效地保证输送数据的安全性，通常选择分时通信形式。设置在罐笼位置的传感器能够将监测到的数据实时传输给上位机，通过对数据的分析，可以依据罐笼的位置信息驱动与之匹配的无线接收单元。

对于信息采集以及传输可以选用响应式信息传输形式。无线接收单元将传输数据输送给信息采集单元，信息采集单元将传感器采集到的数据进行处理，同时传输设备编号，这样将数据以及设备编号传输给上位机，进而上位机对相关数据进行处理。

2.3 监测系统功能的实现

2.3.1 实时数据处理显示软件的设计开发

对于数据储存单元而言，主要选用两种形式：SD 卡、内置式铁电储存器，数据保存的形式设定为文件系统。文件格式选用CSV。该系统能够对存储卡容量进行定时监测，实现自动删减以往的文件，从而能够有效地提高卡内空间。

2.3.2 局域网络发布功能

可以在设计系统时设置局域网，这样可以实现控制界面与网站进行交互，从而便于工作人员更好地浏览各个网页，进而能够有效地解决监测的地域性问题，对各种紧急情况做出针对性的解决方案。

3 结语

将提升机钢丝绳监测系统应用到工程实践发现，该系统能够有效地监测钢丝绳的张力以及负载变化情况，同时可以监测到起吊过载、过载差值以及卸载不净等问题。当提升机开始工作之前，该监测系统能够对自动检验载荷量以及荷载差进行判定，并以此为基础，当出现不合格时，不允许其工作。此外，该系统能够对提升机的运行情况进行实时监测，经过传感器采集到的钢丝绳张力的变化情况，能够便于工作人员采取相应的措施，从而可以为煤矿的安全运输提供保障。