一種超深礦井提升容器深度與狀態(tài)檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超深礦井提升容器深度與狀態(tài)檢測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在礦井提升領(lǐng)域，提升容器的深度檢測(cè)基本上是通過旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量卷筒旋轉(zhuǎn)的角度，再根據(jù)卷筒直徑換算成鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)距離，間接獲得提升容器的深度信息。由于長(zhǎng)鋼絲繩本身具有一定的彈性、提升容器受外力沖擊等原因，這種間接檢測(cè)的方式獲得的深度信息并不十分可靠，比如當(dāng)由于罐道變形等原因造成運(yùn)行過程中提升容器卡罐，提升司機(jī)不了解提升容器的真實(shí)狀態(tài)和深度，卷筒繼續(xù)工作就很可能造成斷繩的嚴(yán)重事故。
[0003]當(dāng)提升容器需要在中段?？繒r(shí)，需要先減速爬行，通過機(jī)械式或電磁式行程開關(guān)發(fā)出停車信號(hào)，這時(shí)因?yàn)殇摻z繩彈性等原因，實(shí)際?？奎c(diǎn)并不十分準(zhǔn)確，給人員上下、物料運(yùn)輸帶來一些困難和安全隱患。且井下環(huán)境惡劣，行程開關(guān)時(shí)有損壞，給正常運(yùn)行帶來不便，也存在安全隱患。
[0004]但是在超深礦井(1500米以上)中，鋼絲繩的彈性伸長(zhǎng)影響不能忽略，提升容器的載荷更大，運(yùn)行速度更快，依靠旋轉(zhuǎn)編碼器間接檢測(cè)+行程開關(guān)發(fā)出停車信號(hào)的方法誤差較大，可能帶來?？坎粶?zhǔn)、不穩(wěn)等問題，給人員、車輛上下帶來困難和安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了一種能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提升容器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、在中段能短距離高精度地實(shí)時(shí)檢測(cè)提升容器位置的方法及裝置，即將編碼電纜分段鋪設(shè)在中段附近，實(shí)現(xiàn)爬行停車時(shí)的高精度實(shí)時(shí)位置檢測(cè)，確保準(zhǔn)確停車。
[0006]編碼電纜是具有一定編碼規(guī)則(一般是格雷碼)的專用電纜，采用特殊模具以間隔相等、方向相反、互相對(duì)稱的對(duì)線形式繞制，與天線箱等配合可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、非接觸、高精度(可達(dá)5_)的絕對(duì)地址檢測(cè)，其采用橡膠全密封，抗干擾能力強(qiáng)，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67，適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，可靠性高，壽命長(zhǎng)。除位置檢測(cè)功能外，編碼電纜系統(tǒng)與通信器配合還可以用來傳輸數(shù)據(jù)。但是編碼電纜價(jià)格較昂貴，并不適合全程鋪設(shè)，尤其是超深礦井。
[0007]在提升容器高速運(yùn)行階段，運(yùn)行狀態(tài)信息比位置信息更重要；在爬行停車階段，位置信息比運(yùn)行狀態(tài)信息更重要。
[0008]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了一種能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提升容器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、在中段能短距離高精度地實(shí)時(shí)檢測(cè)提升容器位置的方法及裝置，即將編碼電纜分段鋪設(shè)在中段附近，實(shí)現(xiàn)爬行停車時(shí)的高精度實(shí)時(shí)位置檢測(cè)，確保準(zhǔn)確停車。
[0009]編碼電纜是具有一定編碼規(guī)則(一般是格雷碼)的專用電纜，采用特殊模具以間隔相等、方向相反、互相對(duì)稱的對(duì)線形式繞制，與天線箱等配合可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、非接觸、高精度(可達(dá)5_)的絕對(duì)地址檢測(cè)，其采用橡膠全密封，抗干擾能力強(qiáng)，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67，適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，可靠性高，壽命長(zhǎng)。除位置檢測(cè)功能外，編碼電纜系統(tǒng)與通信器配合還可以用來傳輸數(shù)據(jù)。但是編碼電纜價(jià)格較昂貴，并不適合全程鋪設(shè)，尤其是超深礦井。
[0010]在提升容器高速運(yùn)行階段，運(yùn)行狀態(tài)信息比位置信息更重要；在爬行停車階段，位置信息比運(yùn)行狀態(tài)信息更重要。
[0011]—種超深礦井提升容器深度與狀態(tài)檢測(cè)裝置，包括多芯電纜、鋪設(shè)在礦井井筒一側(cè)的井口及所有中段的編碼電纜，天線箱、地址檢波解碼器、載波發(fā)生器、加速度計(jì)、DSP采集與運(yùn)算模塊、無線信號(hào)發(fā)射器、發(fā)射定向天線、接收定向天線、無線信號(hào)接收器及工控機(jī)；
[0012]多段編碼電纜之間通過多芯電纜連接；
[0013]所述天線箱、加速度計(jì)、DSP采集與運(yùn)算模塊及無線信號(hào)發(fā)射器設(shè)置在提升容器上;
[0014]所述地址檢波解碼器安裝在提升容器上與天線箱相連，載波發(fā)生器設(shè)置在礦井地表面；或者所述地址檢波解碼器安裝在礦井地表面，載波發(fā)生器設(shè)置在提升容器上與天線箱相連；
[0015]所述加速度計(jì)、DSP采集與運(yùn)算模塊、無線信號(hào)發(fā)射器及發(fā)射定向天線依次相連，所述無線信號(hào)發(fā)射器通過發(fā)射定向天線、接收定向天線與無線數(shù)據(jù)接收器進(jìn)行通信；
[0016]所述無線數(shù)據(jù)接收器與工控機(jī)進(jìn)行通信。
[0017]所述編碼電纜與多芯電纜之間的連接采用直連或者通過雙向中繼放大器連接。
[0018]還包括與工控機(jī)相連的報(bào)警單元。
[0019]—種超深礦井提升容器深度與狀態(tài)檢測(cè)方法，在礦井井筒一側(cè)的井口及所有中段鋪設(shè)編碼電纜，編碼電纜之間采用多芯電纜連接；在提升容器上安裝天線箱，并設(shè)置地址檢波解碼器與載波發(fā)生器，在鋪設(shè)有編碼電纜的位置，通過載波發(fā)生器發(fā)出載波信號(hào)經(jīng)過天線箱傳輸至編碼電纜上，或直接傳輸至編碼電纜上，編碼電纜將信號(hào)傳輸至地址檢波解碼器獲得提升容器的深度信息；
[0020]所述地址檢波解碼器與載波發(fā)生器的設(shè)置方式包括以下兩種:
[0021]在提升容器上安裝地址檢波解碼器，地址檢波解碼器與天線箱相連，載波發(fā)生器設(shè)置在礦井地表面；
[0022]或者將地址檢波解碼器安裝在礦井地表面，載波發(fā)生器設(shè)置在提升容器上，載波發(fā)生器與天線箱相連。
[0023]所述編碼電纜與多芯電纜之間的連接采用直連或者通過雙向中繼放大器連接。
[0024]在提升容器上設(shè)置加速度計(jì)、DSP采集與運(yùn)算模塊、無線信號(hào)發(fā)射器及發(fā)射定向天線，在礦井地表面設(shè)置接收定向天線與無線數(shù)據(jù)接收器；
[0025]在提升容器的高速運(yùn)行階段，通過安裝在提升容器上的三軸加速度計(jì)獲得提升容器的加速度信息并經(jīng)數(shù)據(jù)采集板卡采集，經(jīng)無線信號(hào)發(fā)射器通過發(fā)射定向天線發(fā)送，由固定在礦井地表面的接收定向天線接收后，發(fā)給無線數(shù)據(jù)接收器，然后傳輸至地面的工控機(jī)；
[0026]通過工控機(jī)對(duì)三軸加速度計(jì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波與一次、二次積分運(yùn)算，分別得到提升容器的速度與位移信息；同時(shí)，與通過旋轉(zhuǎn)編碼器、編碼電纜獲得的提升容器速度、位移信息進(jìn)行比對(duì)，若速度差值或位置差值超過設(shè)定閾值，則通過工控機(jī)發(fā)出報(bào)警信息。
[0027]當(dāng)提升容器提升時(shí)，對(duì)三軸加速度計(jì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果在同一位置出現(xiàn)加速度值波動(dòng)范圍超過設(shè)定的閾值范圍，則認(rèn)為罐道出現(xiàn)嚴(yán)重變形或存在外力沖擊，通過工控機(jī)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。
[0028]罐籠設(shè)備通過滾輪發(fā)電機(jī)和蓄電池供電，以保證設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。作為一種節(jié)省電力的方法，在提升容器較長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行時(shí)，設(shè)備設(shè)計(jì)有休眠模式，當(dāng)提升機(jī)運(yùn)行時(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)喚醒至正常工作模式。
[0029]有益效果
[0030]本發(fā)明提供了一種超深礦井提升容器深度與狀態(tài)檢測(cè)裝置及方法，該裝置包括多芯電纜、鋪設(shè)在礦井井筒一側(cè)的井口及所有中段的編碼電纜，天線箱、地址檢波解碼器、載波發(fā)生器、加速度計(jì)、DSP采集與運(yùn)算模塊、無線信號(hào)發(fā)射器、發(fā)射定向天線、接收定向天線、無線信號(hào)接收器及工控機(jī)；整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，操作方便；
[0031]通過對(duì)超深礦井的研究分析得知，需要?？康闹卸蔚汝P(guān)鍵位置要高精度、直接檢測(cè)；在高速運(yùn)行的位置(非中段等)，需關(guān)注其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(有沒有沖擊、晃動(dòng)等)。因此，該方法在非關(guān)鍵位置提出用加速度計(jì)檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行積分得到其速度、深度，可以與旋轉(zhuǎn)編碼器得到的信息互為對(duì)比，保證信息的可靠性，保證設(shè)備運(yùn)行安全。
[0032]不同中段的編碼電纜通過多芯電纜連接，示意如圖3，在多芯電纜處不能檢測(cè)位置信號(hào)。這種用多芯電纜替代一部分編碼電纜的設(shè)計(jì)使得整個(gè)超深井筒的幾段編碼電纜結(jié)構(gòu)上仍為一個(gè)整體，因而只需要一套地上通信器、地址檢波解碼器等配套設(shè)備，節(jié)省了成本。
[0033]每一段編碼電纜檢測(cè)的都是天線箱在該段上的絕對(duì)位置，不同中段的編碼電纜傳輸?shù)牡刂沸畔⑼ㄟ^段地址來分辨，段地址可以結(jié)合中段附近的行程開關(guān)或旋轉(zhuǎn)編碼器提供的深度信息確定。因編碼電纜檢測(cè)的是實(shí)時(shí)的絕對(duì)位置，因此方便司機(jī)準(zhǔn)確停車。另外，其位置信息可以作為卷筒編碼電纜提供的位置信息的校正。在上位機(jī)對(duì)其位置信息進(jìn)行微分運(yùn)算，可獲得爬行階段的速度信息，亦可作為編碼器得出的速度信息的校正。
[0034]雖然編碼電纜技術(shù)上很有優(yōu)勢(shì)，但是價(jià)格昂貴不適合在超深礦井井筒全程鋪設(shè)。
[0035]本發(fā)明通過對(duì)超深礦井深度檢測(cè)進(jìn)行大量的分析研究，提出只在中段等關(guān)鍵位置使用編碼電纜，在非關(guān)鍵位置使用多芯電纜直連，幾段編碼電纜仍為一套地址檢測(cè)系統(tǒng)，可以極大地節(jié)省成本，這種分段用法是有其特殊背景和使用價(jià)值的。
【附圖說明】
[0036]圖1為該裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為該裝置的檢測(cè)原理示意圖；
[0038]圖3為多芯電纜與編碼電纜的直連示意圖；
[0039]標(biāo)號(hào)說明:10_井筒，11-罐道，201-提升容器，202-蓄電池，203-滾輪發(fā)電機(jī)，204-三軸加速度計(jì)，205-采集與運(yùn)算模塊，206-卷簾門電機(jī)，207-無線信號(hào)發(fā)射器，208-發(fā)射定向天線，30-編碼電纜，31-多芯電纜，32-車上通信控制器，33-天線箱，34-載波發(fā)生器，35-地址信號(hào)檢波解碼器，36-地上通信器，37-終端電阻，40-天輪，41-接收定向天線，42-無線信號(hào)接收器，43-提升鋼絲繩，44-卷筒，45-旋轉(zhuǎn)編碼器，50-主控制柜，51-主控PLC, 52-PLC從站，53-工控機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面將結(jié)合附圖和