1、副井絞車液壓制動系統安全運行在線監測裝置一、項目名稱副井絞車液壓制動系統安全運行在線監測裝置二、任務來源高莊煤礦副井絞車主要擔負著礦井人員、矸石、材料、設備的提升。絞車主機采用中信重型集團生產的JKMD-3.25×4(I)E型落繩摩擦提升機，鋼絲繩直徑32mm，滾筒直徑3.25米，最大運行速度5.95m/s，整個行程253.3m,配用蘭州電機廠生產的YR-630-12-630KW/6000V交流電動機。該絞車盤閘制動系統由盤式制動器和液壓站兩部分組成。通過液壓系統控制盤式制動器的開合，實現絞車正常運行與制動。盤式制動器是各種保護的最終執行者，是絞車安全運行保障環節中極為重要的一環，盤

2、式制動器的故障會導致嚴重事故發生。在傳統的盤閘制動系統中,保證系統正常工作的途徑有：設置閘瓦磨損開關、制動油過壓保護繼電器，并把它們的觸點串入提升機系統安全回路，實現安全制動；設置制動油過熱保護繼電器并把其觸點串入提升信號回路，實現提升信號禁止；提高盤閘制動系統額定制動力與需求制動力之比，增加設計安全性。由于礦井生產能力和礦井自動化程度的大幅度提高，其監測系統已遠遠不能滿足安全生產的需要，且原系統由于沒有液壓在線監測裝置，安全性能小，液壓制動系統出現故障后，查找故障點和處理故障比較困難。為了能夠直觀的觀察到各閘的間隙大小以及各閘的貼閘油壓值，我們決定安裝液壓制動系統安全運行在線監測裝置。以解決

3、液壓制動系統的監測問題。三、總體思路制動系統是絞車各種動作的控制系統，是命令的直接執行者。 “液壓制動系統安全運行在線監測裝置”以閘瓦間隙和油壓作為直接監測量，通過安裝非接觸式位移傳感器獲得各閘瓦的動態間隙值，通過在安裝油壓傳感器測得相關油路油壓值，結合兩者來對各種情況進行判斷和監視。在信號采集和融合方面，采用信號采集卡 ，能夠充分滿足系統監測的使用要求。總體來說在線監測系統主要由位移傳感器，壓力傳感器、信號采集卡、工業用計算機及相關配套器件組成。 監控系統組成框圖四、液壓制動系統安全運行在線監測裝置系統組成液壓制動系統安全運行在線監測裝置從原理上可分為信號采集部分，信號預處理部分和數據分析處

4、理及主體監測畫面部分。信號采集部分主要由安裝在閘瓦基座上的位移傳感器和焊接在油管上的壓力傳感器完成信號的采集，為了更準確監測相關被測量的故障情況，本系統中接入控制臺的電磁閥信號，作為判斷狀態的一個依據。所以信號采集部分主要采集現場的閘瓦動態位移值、相關油路油壓值及電磁閥的通、斷狀態。信號預處理部分是將傳感器采集到的信號，先經過與傳感器相配套的前置器進行信號的轉換和放大，輸入到信號采集卡，通過采集卡的模擬量通道和數字量通道，可以將信號融合變換成能夠進入計算機進行處理的信號，由標配的信號線將所有采集信號輸入到計算機中。數據分析處理及監測畫面，主要由監測軟件完成，由“系統監測”、“過程趨勢”、“報警

5、查詢”、“系統調試”、“退出運行”幾個大部分組成。五、硬件及各器件的安裝1 、壓力傳感器的安裝確定安放位置：安放位置電流型油壓傳感器根據液壓站的情況來確定傳感器的安裝位置，主要做到兩個方面：一是能夠測出液壓站輸油管輸出的總制動油壓，選擇適當的位置來實現；二是能夠分別顯示固定滾筒和游動滾筒的實時油壓值，選擇適當的位置安裝來實現。 2 、電磁閥的信號的引入為了判斷絞車的工作狀態，將電磁閥信號從絞車主控臺中引出，融合到此監測系統，結合電磁閥在不同狀態下的通、斷圖來接信號，接入接線盒以后，采用繼電器進行轉換。并隨油壓信號、位移信號一起進入計算機進行處理。3 、電渦流傳感器探頭的安裝 （1）探頭的安裝間

6、隙（探頭端面到被測體端面的距離）    安裝探頭時，應考慮傳感器的線性測量范圍和被測間隙的變化量，當被測間隙總的變化量與傳感器的線性工作范圍接近時，測量時要根據位移往哪個方向變化或往哪個方向的變化量較大來決定其安裝間隙的設定。當位移向遠離探頭頭部的方向變化時，其安裝間隙應設在傳感器的線性近端；反之應設在線性遠端。 （2）探頭安裝間隙的調整方法將探頭、延伸電纜、前置器連接起來，并給傳感器系統接上電源，用精度較高的萬用表監測前置器的輸出，同時調整探頭與被測面的間隙，當前置器的輸出等于需要安裝間隙所對應的電壓或電流時，擰緊探頭的兩個緊固螺母固定探頭即可。在探頭端面和被測

7、面之間塞入設定安裝間隙厚度的塞尺。當探頭端面和被測面壓緊塞尺時，緊固探頭即可。4、電渦流傳感器系統的連接   將探頭、前置器、以及供電電源連接。 傳感器系統的連接 前置器與探頭 / 延伸電纜的自鎖連接左手扶緊前置器，右手握住探頭 / 延伸電纜的自鎖接頭順時針旋轉，發出“帶有輕微咔嚓”的一聲即可擰緊（連接可靠）。探頭與延伸電纜自鎖接頭的連接 將探頭的自鎖插頭擰進延伸電纜的自鎖插座，順時針旋轉幾圈，發出帶有輕微“咔嚓”的一聲即為擰緊。六、 液壓在線系統的操作 進入軟件界面以后，便可以使用系統對絞車工作相關參數進行監測。可以看到系統共由幾部分組成。點

8、擊“系統監測”按鈕，可進入系統監測的主畫面，直觀地可以看到各個閘瓦的間隙值，最大間隙值，貼閘油壓，各個電磁閥的帶電狀態，油路的狀態，系統的工作狀態；以及閘瓦的開、合動作，電磁閥的通斷動作，各油路油管是否過油的顯示。點擊“報警查詢”按鈕，可進入兩個查詢表格，分別對系統曾發生的故障情況的查詢和曾測量并記錄的貼閘油壓值的查詢。這兩個查詢表格都是手動查詢，需要查詢時，首先得設置查詢時間，在表格的下面是以下拉列表的形式提供了時間選擇器，可依次對查詢起始時間的“年、月、日、時、分、秒”和查詢終止時間的“年、月、日、時、分、秒”進行選擇設置，系統便將此時間間隔內發生的故障情況或貼閘油壓列表顯示出來。點擊“過

9、程趨勢”按鈕，在屏幕上將顯示九個波形趨勢圖，它們分別顯示測量的8個閘瓦間隙的變化趨勢和4路油壓的變化趨勢。點擊“系統調試”按鈕，可進行系統相關參數的設置，其中包括系統采集基本參數設置，各個故障產生的設定值，合閘次數的顯示，閘瓦間隙初始值和實測值的顯示等。七、測量方法（1）間隙值：可以直接觀察讀取“系統監測”畫面的間隙值，此值為實時測量值。本系統間隙值的監測是可以自動校準的，即在提升機每停車一次，本系統軟件自動記錄一次各閘瓦位置的初始值，并記錄在“系統調試”界面的閘間隙初始值一欄內，當提升機開啟以后，實時測試每一時刻的位移值并與初始值進行比較，以此得到實時閘間隙值。（2）油壓值：可以直接觀察讀取

10、“系統監測”畫面的油壓值，分別處于4個油路上，此值為實時測量值。（3）最大間隙值：可以直接觀察讀取“系統監測”畫面的最大間隙值一欄的數據，此值在每次提升機正常運行起來后更新，即提升機每開啟一次，最大閘間隙便記錄并顯示出這一段時間內閘瓦間隙的最大值，閘間隙超限報警也便是判斷此最大閘間隙值是否大于設定值。（4）貼閘油壓：由于油壓在提升機開動和停止時變化很迅速，而貼閘油壓作為一個瞬間值，所以測量很難做到實時監測。然而本系統中能夠方便地實現貼閘油壓的實時測量，這也是一個突出的特點。具體測量步驟如下： a. 先充油一次，待油壓升高到恒定值時再回油，使油壓降為0，此過程主要是做一次自動校準；b. 此時再充

11、油，使油壓上升到最大值，然后按下“系統監測”界面的“測試開始”（）按鈕，以適當的速度（大約以每一次下降0.1MPa的速度進行，不可過快也不可過慢）開始回油，使油壓逐漸降低，仔細觀察主界面上貼閘油壓一欄的數值，直到所有貼閘油壓數值顯示出來，等待油壓降為0時按下“測試結束”按鈕；這樣一次測量過程完成；c. 測試結束后，如果對測量數據滿意，則按下“確定”（）按鈕，可將測得值寫入歸檔數據庫；d. 如果對測量結果有懷疑，想得到上一次測量的貼閘油壓，按“取消”（）按鈕，可以直接將上一次的測量值讀出來顯示在主界面貼閘油壓一欄；e.可重復上述步驟多次測量； f. 在沒有按下“測試開始”按鈕的情況下，按“確定”

12、按鈕，都是將當前值重新寫入歸檔數據庫，請避免多次連續點擊“確定”按鈕。 （5）系統總制動力矩： 在已經測好貼閘油壓的基礎上，可根據系統自帶的計算子程序將系統總制動力矩計算并顯示在主界面上制動力矩一欄。同時利用漸開線形機構和專用油壓千斤頂裝置實測滾筒轉動瞬間的靜力矩，用此值與計算值進行核準；建議定期測量靜力矩，在更換閘塊或調整閘間隙后也及時實測靜力矩。（6）空行程時間：如想模擬監測空行程時間，必須是在罐籠已經走到井口，且緊急制動下才能測到真實值，不能打到維修檔上代替此測量條件；在罐籠即將走到井口時實施緊急制動，空行程時間的實際值便會顯示在對應欄中。（7）制動閘使用次數： 當制動閘每抱合一次閘盤，

13、此值便加1，通過讀取“合閘次數”一欄數值便可知道制動閘的使用次數，并可依此來分析判斷碟形簧的使用情況甚至疲勞疲勞破壞的可能性。當更換新的閘塊時，可按下各對閘合閘次數值后的“清零”按鈕實現記錄次數清零，重新記錄新閘塊工作次數。（8）故障情況本系統采用兩種方式同時顯示系統故障情況，一種是語音報警，通過系統配置的音箱語音提示故障發生情況；一種是文字顯示故障情況。語音報警提示操作者故障產生的對象，文字顯示具體顯示了故障發生點和故障發生的原因。出現哪種故障，對應項目前面的指示燈會由綠色變為紅色以提示操作者（如圖（9）系統復位本系統中各個故障情況都以文字和語音的形式提示操作者，所以一旦發生故障，應查明故障

14、原因并及時進行處理，在每次故障排除之后且確定油壓已降為0時（即已經停車的狀態下），按下“系統監測”畫面左上方的“系統復位”（）按鈕，才能消除故障顯示信息，狀態表才能重新顯示“系統正常”。如果在提升機正常運行情況下按下“系統復位”按鈕，很容易造成故障信息顯示紊亂。（10）問題處理系統如果出現故障而又未進行相應處理，則故障信息會一直顯示在界面上，對于發生的意外死機及系統軟件動不了等情況，可以點擊主界面右下方的“退出運行”按鈕，退出系統軟件并重新啟動軟件，可以消除此類情況。在特殊情況下可以按下計算機“重啟”按鈕，重新進入監測系統即可。八、液壓在線運行情況高莊煤礦副井絞車液壓在線監測系統自從2008年

15、2月投入運行以來，現已實現正常運行。絞車液壓制動裝置由作為執行機構的制動器和作為傳動裝置的液壓站組成，它的安全可靠運轉直接關系到礦井的生產和礦工的生命安全，雖然煤礦大型設備本身有一些保護措施，但由于煤礦生產的復雜性、環境的惡劣性，有些保護未達到預期效果，致使設備安全制動失靈，導致過卷、過放、斷繩、罐墜入井底和沖上天輪等，發生人員傷亡和設備損壞重大事故，很有必要提高煤礦大型設備制動裝置的可靠性。制動裝置中制動器和液壓站之間是一種串聯關系，因此制動裝置的可靠度是指制動器的可靠度和液壓站的可靠度的乘積。對制動器而言，若能監測制動盤與閘瓦之間的間隙、制動閘的動作是否同步、碟形彈簧的漸變疲勞、制動器的正

16、壓力等狀態可大大提高系統的可靠度。液壓站為制動器提供動力源，安全制動的失靈主要由液壓站中的電磁換向閥閥芯被卡住、殘壓過高等引起。目前，隨著信息數字化、控制智能化的發展，國內外的煤礦大型設備監控系統的功能和自動化程度有較大提高，但唯有煤礦大型設備制動系統的智能化程度不夠，很多現場仍用塞尺測量制動系統的閘間隙，用壓力表和紙測量閘瓦的松閘壓力等最原始的方法，遠遠不能滿足“規程”和使用中的量化要求。副井絞車共十六副閘，液壓制動安全運行在線監測裝置系統研制成功以后，首次在高莊煤礦主井絞車使用。系統充分利用計算機技術在信號分析及處理中的強大功能，將智能儀器的集散式測試系統架構應用到其中，在現場條件下取得了

17、很好的效果。九、現場運行結果在現場運行中，我們首先對正常運行狀況下各個傳感器測試信號進行可靠性確認，逐一進行排查，確保傳感器信號準確無誤，初次試驗中各個傳感器的顯示值全部達到設計要求。進一步我們通過試驗來驗證系統在二級制動狀態下的監測結果，當操作臺控制按鈕打點到井口制動狀態時，監測畫面各個顯示值和測試的空行程時間、電磁閥狀態及系統工作狀態均符合實際。接下來我們對系統進行穩定性試驗，讓監測系統全程監測提升機的運行，連續運行48小時之后，發現系統保持正常工作，這期間出現的超限情況都歸檔記錄下來，查詢功能可以準確查詢到并按照設計要求排列。通過現場的運行，我們看到本系統作為絞車制動裝置的監測系統，具有

18、運行可靠性，監測數據有很好的可信度，系統功能齊備完整，滿足了設計要求。（1）系統實現了實時監測閘瓦間隙，最大閘間隙功能并實現了閘間隙超限報警，且此監測數據及報警提示符合實際狀況，具有很好的可信度；（2）實現了實時監測油壓值及各個制動閘貼閘油壓得功能；（3）實現了直觀模擬閘瓦開合動作及油路油液流動動作的功能，與提升機實際的開合動作及液壓站充油完全同步的動作，使監測效果更形象，測試功能更易于理解；（4）實現了貼閘油壓的測量，且操作方法簡單易懂，在現場不需要外加任何其他工具即可以實現測量，且可以方便的實現多次測量；（5）實現了故障報警功能，對于提升機運行過程中相關的間隙和油壓及電磁閥等部分產生超限或故障時，監測系統能夠及時反映，以文字方式及語音方式同時提示操作者；（6）在絞車日常檢修中，本監測系統起到了很好的參考作用，在檢修中