煤矿架空乘人装置钢丝绳无损探伤监测电控系统的设计

煤矿架空乘人装置钢丝绳无损探伤监测电控系统的设计肖公平，刘丹，蔡飞，肖连平（湘潭市恒欣实业有限公司，湖南韶山411300）摘要本文介绍了煤矿架空乘人装置钢丝绳无损探伤监测电控系统的组成和功能，并对电控系统的软件设计进行分析，电控系统能实时监测架空乘人装置钢丝绳的运行状态，一方面从根本上杜绝因为钢丝绳引起的事故隐患，确保架空乘人装置的安全运行；另一方面能提高架空乘人装置钢丝绳检测的工作效率，降低钢丝绳检测的劳动强度。关键词煤矿架空乘人装置；钢丝绳；无损探伤；电控系统；实时监测中图分类号：TG115.28文献标志码：A文章编号：1009-0797（2018）05-0103-03DesignofcoalmineoverheadpassengerdeviceofwireropenondestructivemonitoringcontroldeviceXiaoGongping，LiuDan，CaiFei，XiaoLianping（XiangtanhengxinIndustrialCo.,Ltd.，HunanShaoshan411300）Abstract：Thispaperintroducesthecompositionandfunctionsofcoalmineoverheadnondestructivemonitoringofelectriccontroldeviceofsteelwirerope,andthesoftwaredesignoftheelectroniccontroldeviceisanalyzed,theelectriccontroldevicecanreal-timerunningstatemonitoringoverheadpassengerdeviceofwirerope,handfundamentallybecauseofsteelropecausedaccidents,ensurethesafetyoperationofoverheadpassengerdevice;ontheotherhand,canimprovetheworkefficiencyofoverheadpassengerdeviceofwireropedetection,reducethelaborintensityofthesteelwireropedetection。Keywords：Coalmineoverheadpassengerdevice；Thewirerope；Nondestructivetesting；Electriccontrolsystem；Real-timemonitoring1引言随着架空乘人装置在煤矿中越来越广的应用，其安全运行的状态也得到越来越多煤矿用户的关注，而作为架空乘人装置关键设备的牵引钢丝绳[1]，潮湿的巷道环境很容易引起钢丝绳表面锈蚀，同时设备长期运行，很容易出现钢丝绳因为过度疲劳而磨损、断丝的现象，钢丝绳断丝达到一定程度若没有及时更换，将会造成架空乘人装置设备损坏和人员伤害。架空乘人装置钢丝绳运行状态传统的检测方法是通过钢丝绳取样检测来实现[2]，而架空乘人装置的钢丝绳呈封闭环状，呈封闭环状的钢丝绳在取样检测时极为困难，如果不破坏整根钢丝绳，则必须将钢丝绳在插接处解开，取样后再进行插接。钢丝绳插接质量需通过一系列繁琐的方法进行检查，检查合格方可使用，取样检测费工费时，不仅影响正常的生产工作，还得投入大量的人力成本。很多煤矿企业为了不影响正常生产，放弃钢丝绳取样检测工作，让钢丝绳长期处于非受控状态，为架空乘人装置安全高效的运行带来了极大的隐患。虽然目前钢丝绳无损探伤监测技术[3-5]已经成熟应用于架空乘人装置，但其未能并入猴车控制系统，不能实现架空乘人装置的保护停车功能，从而在猴车市场应用不广，而煤矿架空乘人装置钢丝绳无损探伤监测电控系统的成功研发将彻底解决这个问题，一方面通过电控系统对钢丝绳的运行状态进行实时监控，发现钢丝绳存在不安全因素时予以报警停车处理，提醒煤矿用户需立即更换钢丝绳；另一方面采用智能监控设备管理钢丝绳的运行，从根本上解决架空乘人装置钢丝绳取样检测工作繁琐的难题，也为架空乘人装置的安全运行带来了保障。2钢丝绳无损监测电控系统设计原理[6]从1906年世界出现第一台钢丝绳探伤仪到现在，理论上探讨过的钢丝绳无损监测方法很多，包括超声波、声发射、电涡流、射线、光学及磁检测法等，其中只有磁检测法得到了实践和推广，其他方法或因检测信号易受干扰，检测结果难以记录，或因设备费用太高，均未推广应用。磁检测法的基本原理是：通过磁感应传感器头，磁化一段钢丝绳；通过磁感应传感器有效的测定轴向钢丝绳中的总磁通。磁感应传感器输出电信号，在磁回路可感应范围内，其输出的电压与金属截面积变化成正比。电控系统将检测到的磁感应传煤矿现代化2018年第5期总第146期103··感器输出的电信号转换成数字信号[7][8]，当检测值超过设定值时，电控系统予以预警，提醒用户需对钢丝绳进行维护和保养。通过该方法用于检测钢丝绳断丝、磨损、锈蚀等与钢丝绳截面积综合变化的缺陷，实现实时监测钢丝绳使用状态的目的。3电控系统硬件设计3.1硬件组成电控系统由矿用本安型钢丝绳探伤用传感器、磁加载装置、矿用隔爆兼本安型分站、矿用隔爆型编码器、矿用隔爆型PLC控制箱、矿用本安型操作台组成，具体结构方框图如图1。图1电控系统组成结构方框图3.2功能电控系统通过钢丝绳探伤用传感器、磁加载装置、编码器实时检测钢丝绳的运行状态，同时将检测到的数据传送给分站，分站接收数据处理后通过RS485总线发送给PLC控制箱，PLC控制箱将接收到的数据进行处理后根据钢丝绳磨损、断丝的情况进行语音报警提示，同时控制操作台显示钢丝绳磨损、断丝的位置以及损伤程度，当钢丝绳断丝达5%或10%时，电控系统进行钢丝绳断丝达5%，请准备更换的钢丝绳或钢丝绳断丝已达10%，请确认更换的钢丝绳已准备好的声光提示；当钢丝绳断丝达15%时，电控系统进行钢丝绳断丝已达15%，请更换钢丝绳的声光提示，并控制架空乘人装置停止运行，在确认架空乘人装置更换了新钢丝绳后才能启动运行。（1）PLC控制箱接收分站通过RS485总线发送过来的钢丝绳运行数据和行程信息，经PLC可编程控制器处理后，将数据信号转换成422信号传送给操作台进行实时显示，当监测到的数据超过设定值时通过CAN总线控制操作台进行语音提示以及控制架空乘人装置的停机。（2）操作台实现显示架空乘人装置钢丝绳运行数据信息，当监测到的数据超过设定值时进行声光提示。（3）钢丝绳探伤用传感器、磁加载装置完成对架空乘人装置钢丝绳的弱磁规划，使钢丝绳处于稳定的待测状态，同时进行钢丝绳损伤信息的提取，输出相应的电流模拟信号。（4）分站接收到传感器的电流模拟信号，并在钢丝绳的行程信号协调控制下，完成规定的AD（数模）转换，将转换形成的数字信号送入数据缓存器，由RS485通讯组件将被测钢丝绳的检测数据和行程信号传送给PLC控制箱。（5）编码器为分站提供钢丝绳的原始行程信号。4电控系统软件设计4.1电控系统的PLC软件设计电控系统的PLC软件设计采用GXDeveloperV8.52版本为编程软件，与分站的通讯执行MODBUSRTU标准通讯协议，每帧通讯格式为：其中地址域和功能码均为1个字节，数据最大240字节，120个寄存器，CRC效验码为1个字节。架空乘人装置钢丝绳无损在线监测电控系统的功能软件设计流程见图2：图2电控系统软件设计流程图架空乘人装置钢丝绳初次安装后，启动电控系统进行参数初始化配置，同时电控系统将钢丝绳的型号、直径、长度以及编码器脉冲长度写入分站，写入完毕电控系统每隔1S读取分站是否配置成功的信息；配置成功后，启动架空乘人装置，电控系统发煤矿现代化2018年第5期总第146期地址域功能码数据CRC104··送命令对分站进行上、下位机软件配置，命令发送完毕后电控系统每隔1分钟读取分站是否配置成功的信息；配置成功后，电控系统开始读取分站传送的钢丝绳运行数据，同时将检测到的数据进行处理传送给操作台触摸屏进行实时显示，当电控系统把停止信号写入分站时，分站停止发送数据，PLC控制箱与分站、操作台的通讯结束，软件设计流程见图2。其中PLC控制箱对分站的参数配置及其上、下位机配置只在新安装的钢丝绳和更换钢丝绳时需进行。4.2操作台触摸屏程序设计电控系统触摸屏的程序采用步科公司开发的KincoHMIwareV2.2组态编辑软件平台进行软件编译，组态编辑软件是一能将动态的数据直观的显示在触摸屏界面上，实现信息的内部形式与用户可以接受形式之间的转换，便于用户实时监控钢丝绳的运行状态，掌握钢丝绳运行动态，及时做好更换钢丝绳的准备，确保架空乘人装置的安全运行。通过触摸屏程序编译，钢丝绳绳长、钢丝绳运行圈数、钢丝绳断丝或磨损超限的故障起点位置、终点位置、故障损伤量值以及故障点序号数据能实时显示在触摸屏查询界面和趋势图上，同时触摸屏能将钢丝绳运行状态数据保存3个月，便于用户随时随地查询，具体见图2、图3。图2架空乘人装置钢丝绳无损探伤监测数据查询图图3架空乘人装置钢丝绳运行数据趋势图5结论架空乘人装置钢丝绳无损探伤监测电控系统因其具有在线监测，准确定位，精确传感等特点，实现对钢丝绳内外部断丝、磨损、锈蚀、变形、松股等状况在线监测，准确定位缺陷类型和位置的目的，同时当断丝或变形量超过15%时，电控系统自动进行声光报警，并实现架空乘人装置的保护停车，为现有架空乘人装置的控制与保护提供了更高的保障，在煤矿架空乘人装置控制系统中具有一定的应用前景。参考文献：[1]魏保东，吴庆华.矿用架空乘人装置钢丝绳的选择与应用【J】.中小企业管理与科技,2013.[2]崔广钦，王银生，傅泉臻.矿用钢丝绳的检测【J】.金属制品,2007.[3]刘志成.无极绳钢丝绳实时在线检测系统【J】.煤,2011.[4]赵强.基于弱磁矢量合成的钢丝绳在线检测系统【J】.煤矿机电,2010.[5]邢文胜，荣立.钢丝绳无损检测技术的应用现状【J】.金属制品,2008.[6]赵金宪，于红，贾金.钢丝绳检测系统的研究【J】.煤矿机械,2003.[7]李济泰，杨晓非.基于无线射频传输的钢丝绳无损检测系统设计【J】.传感器与微系统,2007.[8]解甜等.基于LabVIEW的提升机钢丝绳监测系统设计【J】.煤矿机械,2012.作者简介：[1]肖公平（1958.7-)男，汉族，湖南株洲人，大学本科学历，高级工程师，现为湘潭市恒欣实业有限公司董事长，已在《煤矿现代化》、《煤矿机械》等杂志发表多篇论文，多次获得行业论文奖。[2]刘丹（1984.11-）女，汉族，湖南长沙人，2007年毕业于湖南工业大学自动化专业，学士学位，现为湘潭市恒欣实业有限公司工程师，已在《煤矿现代化》上发表多篇论文。（收稿日期：2018-4-10）煤矿现代化2018年第5期总第146期105··