矿井架空乘人装置钢丝绳缺陷检测研究_张磊.pdf

矿井架空乘人装置钢丝绳缺陷检测研究张磊（汾西矿业灵北煤矿，山西灵石031302）摘要：针对钢丝绳缺陷会给架空乘人装置运行可靠性以及安全性等带来制约的问题，提出一种架空乘人装置钢丝绳缺陷检测系统，并对系统钢丝绳缺陷检测原理、缺陷报警以及控制方式等进行分析。经实际应用表明，提出的缺陷检测系统会依据钢丝绳缺陷检测结果发出提醒、预警以及停机等级别报警，从而提升架空乘人装置运行可靠性以及安全性，同时降低架空乘人装置操控及检修人员劳动强度。关键词：矿井生产辅助运输架空乘人装置钢丝绳缺陷检测中图分类号：TD524.2文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0219-02引言架空乘人装置具有安全可靠、运输距离长等优势，在矿井中应用广泛1-2。架空乘人装置采用钢丝绳牵引，受矿井井下环境潮湿、空气中的腐蚀性以及有害气体影响，钢丝绳长时间使用容易出现锈蚀问题，同时当钢丝绳张力较大时容易出现断丝情况3。钢丝绳在使用到一定程度时，若未能及时更换会给架空乘人装置使用安全带来一定威胁4-5。传统钢丝绳检测是通过取样检测实现，而架空乘人装置钢丝绳处于封闭环状运行，取样检测困难。无损检测技术为架空乘人装置钢丝绳检测提供了新的技术方法，并在某些矿井架空乘人装置钢丝绳检测中成功应用6-7。但是矿井使用的无损检测系统往往单独运行，未接入到架空乘人装置控制系统中，当检测到钢丝绳存在重大缺陷时需要先报告给调度中心，后经过调度中心对架空乘人装置控制人员发出停机运行指令，存在过程繁琐、效率不高问题，同时检测系统无法实时检测钢丝绳情况。为此，文中在以往研究成果基础上，提出采用无损检测技术对架空乘人装置钢丝绳进行实时检测，并将检测结果实时传输给架空乘人装置控制系统。其在发现钢丝绳存在缺陷时会自动发出预警信号，严重时会立即停机运行，从而可在一定程度上提升矿井架空乘人装置运行安全保障能力。1钢丝绳缺陷检测装置缺陷检测装置硬件主要为检测探头，具体钢丝绳缺陷检测装置结构如图 1 所示。采用三轴磁记忆阵列传感器布置在钢丝绳周边，检测采用的检测探头结构包括有调理电路、三轴陈列传感器以及脉冲编码器等组成。检测探头内采用敏感元件（SAV02）对检测外界磁场变化情况，并输出差分电压信号；采用 AD623 放大器对差分放大信号放大并输入到信号 C8051F500单片机上。采用的 C8051F500 单片机是钢丝绳缺陷检测的主控芯片，单片机内部集成 12 位 ADC 模数转换器，可满足钢丝绳缺陷快速检测需求。钢丝绳运行速度检测采用脉冲编码器实现，通过脉冲编码器可实现钢丝绳缺陷的快速定位。单片机与上位机间通信采用 UART协议，传输速率可达 11 520 bit/s。钢丝绳缺陷检测采用的传感器型号为单轴 GMR 磁场传感器，该传感器灵敏度较高，可达到 2.9 mV/(V Oe)。2电控系统电控系统是分析钢丝绳缺陷的主要单元，并根据钢丝绳缺陷检测结果发出对应的提示、预警以及控制指令，当发现钢丝绳缺陷超过一定值后即停止架空乘人装置运行。2.1电控系统结构钢丝绳缺陷检测装置将获取到的钢丝绳缺陷、钢丝绳运行速度等参数传输给电控系统分站，分站将数据通过 RS485 总线传输给 PLC 控制箱，PLC 控制箱对数据比对分析并根据钢丝绳断绳、磨损等情况进行提示。当检测发现钢丝绳断绳率达到 5%时，电控系统会发出“钢丝绳断绳率已达到 5%，请准备更换钢丝绳”提醒；当钢丝绳断绳率达 10%时，电控系统会发出“钢丝绳断绳率已达到 10%，请更换钢丝绳”提醒；当钢丝绳断绳率达到 15%时，电控系统会发出“钢丝绳断绳率已达到 15%，请立即更换钢丝绳”声光报警信号，并停止架空乘人装置运行。待确认架钢丝绳已更换后，空乘人装置方可继续运行。具体采用的电控系统结构组成包括有钢丝绳缺收稿日期：2022-12-06作者简介：张磊（1984），男，山西交口人，毕业于阳泉职业技术学院机电一体化专业，工程师。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.087图 1钢丝绳缺陷检测装置结构组成电控系统脉冲编码器分站传感器调理电路检测探头钢丝绳自动化系统设计机械管理开发第 38 卷陷检测系统、本安型分站、PLC 控制箱以及操作台等构成，具体结构如图 2 所示。电控系统分站通过 RS485 总线方式将钢丝绳缺陷检测系统获取到的钢丝绳速度、缺陷等信息传输给PLC，PLC 将上述信息转换成 422 信号传输给操作台，以便实时显示。当发现检测到的钢丝绳缺陷信息超过预先设定值时，操作台会发出报警提升，严重时会通过 CAN 总线方式停止架空乘人装置运行并发出声光报警信号。2.2电控系统软件电控系统 PLC 运行采用 GXDeveloperV8.25 版本编制，与分站间按照 RS485 通信，具体电控系统软件运行流程如图 3 所示。在钢丝绳缺陷检修系统安装完成，电控系统运行时首先进行初始化处理，电控系统将钢丝绳原始规格（包括型号、长度、直径）、编码器脉冲长度等参数写入检测分站，信息写入完成后电控系统会间隔 1 s 对分站是否配置好相关信息进行读取；分站参数配置完成后，架空乘人装置启动、钢丝绳缺陷检测系统正常运行。在架空乘人装置运行期间电控系统会持续读取分站信息，并对信息进行处理，在操作台显示屏上实时显示检测结果。当更换架空乘人装置钢丝绳时，需要按照新的钢丝绳参数重新配置分站相关参数。3结语钢丝绳是架空乘人装置主要动力传输设备，受钢丝绳铺设距离长、工作环境恶劣以及负载大等因素影响，钢丝绳在运行过程中难以避免会出现断丝、损伤等缺陷，从而给架空乘人装置正常运行带来制约。根据矿井井下实际情况以及以往研究成果，提出一种钢丝绳缺陷检测系统，该系统采用检测探头、脉冲编码器实现钢丝绳缺陷检测以及缺陷定位，采用电控系统对钢丝绳缺陷进行分析，并依据钢丝绳缺陷检测结果发出相应报警以及控制指令。通过采用钢丝绳缺陷检测系统后，架空乘人装置可靠性、稳定性有所提升，可在一定程度上提升矿井辅助运输安全保障能力。参考文献1张铭.矿用钢丝绳在线检测技术及其实践应用研究J.机械管理开发，2021，36（8）：146-147；150.2宋向上.煤矿用钢丝绳缺陷检测系统的设计研究J.能源与节能，2021（7）：60-61；79.3李晶.矿用钢丝绳励磁结构模型及断丝定量识别研究D.西安：西安科技大学，2021.4马利，巫涛江，赵雅，等.面向钢丝绳缺陷检测的漏磁检测装置设计J.自动化与仪器仪表，2021（6）：47-50.5王燕.基于机器视觉和脉冲涡流结合的矿用钢丝绳无损检测分析J.中国金属通报，2021（3）：231-232.6高文军.丰峪矿架空乘人装置钢丝绳缺陷检测系统研究J.煤矿现代化，2021，30（2）：156-158.7马文家.基于 STM32F1 的钢丝绳无损检测系统J.机电工程技术，2020，49（6）：28-30.（编辑：贾娟）图 2电控系统结构组成图 3电控系统软件运行流程Research on the Detection of Wire Rope Defects in Mine Overhead Rider DevicesZhang Lei（Fenxi Mining Lingbei Coal Mine,Lingshi Shanxi 031302）Abstract:In view of the fact that wire rope defects can bring constraints to the operational reliability and safety of overhead passengerdevices,an overhead passenger device wire rope defect detection system is proposed,and the system wire rope defect detection principle,defect alarm and control mode are analyzed.The proposed defect detection system will issue alerts,warnings and shutdown level alarmsbased on the wire rope defect detection results,so as to improve the reliability and safety of overhead passenger device operation,andreduce the labor intensity of overhead passenger device operation and maintenance personnel.Key words:mine production;auxiliary transport;overhead riding device;steel wire rope;defect detection分站RS485PLC控制箱RS422CAN操作台缺陷检测装置开始参数初始化钢丝绳结构钢丝绳直径钢丝绳长度编码器脉冲长度否读参数配置状态是写下位机配置否读下位机配置状态是写上位机配置否读上位机配置状态是写启动监测读运行监测状态是是否否读轮询状态读钢丝绳绳长读钢丝绳运行数据写停止命令读停止命令结束220