崔晓明

（潞安集团余吾煤业公司， 山西 长治 046103）

引言

多绳摩擦式提升机以其显著的优势被广泛应用于矿井提升领域中。如何采取措施保障多绳摩擦式提升机的运行安全和可靠是煤矿企业面临的重要问题。钢丝绳张力是反应提升机运行可靠性的重要方法[1]。基于此，本文设计研究了一套多绳摩擦式提升机钢丝绳张力监测系统软件，对于确保提升机运行的可靠性和安全性有非常重要的实践意义。

1 多绳摩擦式提升机总体情况概述

1.1 提升机基本参数信息

研究对象为多绳摩擦式提升机，最大提升高度为558.9 m，滚筒直径为4 m，提升速度和加速度分别为8 m/s 和0.6 m/s2，最大载重为26 t，载重差可以达到13 t。

1.2 钢丝绳张力特性分析

多绳摩擦式提升机在正常工作过程中钢丝绳速度和张力变化可以划分成为6 个阶段。如图1 所示为提升机提升过程六个阶段的速度变化情况。

1）初加速阶段。由于此时提升机提升距离尚小，使得尾绳悬挂长度增量也很小。在此过程钢丝绳张力增加程度不是非常大[2]。

2）主加速阶段。提升机以较快的加速度进行提速，钢丝绳张力会出现突变急剧增加，待加速度稳定后张力也随之稳定。

3）匀速阶段。匀速运行阶段的加速度为0，钢丝绳张力显著降低。尾绳悬挂长度快速增加，钢丝绳张力以较慢的速度线性增大。

4）主减速阶段。由于处于减速状态，钢丝绳张力会出现降低的趋势，但提升机仍然处于上升状态，所以尾绳质量会持续加大，使钢丝绳张力又会呈现一定程度的增加。

图1 提升机提升过程六个阶段的速度变化情况

5）爬行阶段。此阶段钢丝绳以较慢的速度爬行，钢丝绳张力会持续增加，但增加速度较慢，在该阶段末尾钢丝绳张力达到最大值。

6）末减速阶段。这个阶段持续时间非常短，所以钢丝绳张力不会出现明显变化。

基于以上分析可知，在整个工作过程中，钢丝绳张力处于持续变化的状态。因此，对钢丝绳张力进行监测，是提升多绳摩擦式提升机工作稳定性的基础。

2 钢丝绳张力监测总体方案

如下页图2 所示为多绳摩擦式提升机钢丝绳张力监测总体方案结构示意图。比如容器A，将传感器安装在平衡装置油缸内部的滑块和活塞之间。收集得到的数据信息通过发射箱发射传输至无线模块，然后以无线的方式传输到信号接收箱中，采集得到的模拟量信号通过位于绞车房的数字量采集箱转换成为数字量信号后输送至上位机中[3-4]。由上位机中的控制器对采集到的数据信息进行分析处理，并得到结论。与此同时，提升容器的到位信号以及位置信号都需要一同传输至上位器中，上述的两个信号分别通过位置传感器以及双霍尔传感器采集得到。

由于本文所述的提升机最大提升高度为558.9 m，采用的是无线电磁波传输方式。在如此深的矿井中，电磁波传输时可能发生数据丢包问题，导致失真，可靠性显著降低。为保障提升容器位于井底时数据传输的可靠性，在矿井的中部位置还增加设置了信号接收箱，通过该信号接收箱实现数据传输过程中的中转，可有效避免数据传输丢包现象[5]。由于矿井中部位置和井口位置都设置了信号接收线，所以要在系统中设置信号传输的定向性，避免出现信号传输时的混乱。通过本安电源对信号接收箱进行供电，压力传感器通过矿用隔爆锂电池进行供电。

图2 多绳摩擦式提升机钢丝绳张力监测系统总体结构示意图

3 钢丝绳张力监测软件开发

通过LabVEW2017 软件设计开发钢丝绳张力监测软件，使张力监测结果能够更加直观地呈现给操作人员。基于模块化思想开发该软件，具体而言，包括数据通信模块、数据存储和查询模块、故障数据信息去噪模块以及数据监测报警模块。

3.1 数据通信模块

根据总体方案可以看出，钢丝绳张力监测方案中通信是其中非常重要的构成部分。通过分时通信方式实现数据信息的传输。如图3 所示为钢丝绳张力监测系统的通信流程图。上位机控制器首先根据双霍尔传感器采集得到的数据信息分析提升容器所在位置。在得到提升容器具体位置信息后，信号接收箱直接与相对较近的提升容器采集发射箱进行通信。也就是说，当提升容器处在矿井中部以上区域时，通过井口部位的信号接收箱接收传感器采集得到的数据信息；而当提升容器处在矿井中部以下区域时，通过矿井中部位置的信号接收箱接收传感器采集得到的数据信息，再将其传输到井口部位的信号接收箱。最后数据信息被输送至上位机中进行分析和处理[6]。本系统中涉及到的通信主要包含4 个部分，分别为数据收发装置之间的通信、无线模块之间的通信、上位机与井口LED 屏幕之间的通信、上位机与下位机之间的通信。

3.2 数据存储和查询模块

图3 钢丝绳张力监测系统通信流程图

在本系统中需要测量和存储的数据量是很多的，所以必须构建一个方便快捷的数据库，实现对数据信息的存储和查询。利用Access 来搭建数据库。结合张力监测系统的实际需要，设计的数据库主要包含以下几部分内容：用户信息数据表、张力监测数据存储表、报警记录存储表。分别用来存储用户信息、张力监测结果以及系统根据监测结果发出的报警信息。

3.3 故障数据信息去噪模块

设计的监测软件具备有报警功能，当系统分析判断发现各钢丝绳张力存在问题时，比如，提升机的额定容量为26 t，当提升容器内装载的质量超过额定载重后系统会报警；各钢丝绳间的张力存在显著不平衡、钢丝绳存在较大瞬间冲击等也会发出报警，以达到警示工作人员的目的。工作人员在接收到系统的报警信息以后，需要立即根据提示信息对提升机进行检查，尽快排除故障问题。

但是传感器在采集钢丝绳张力数据信息，以及数据信息在传输过程中，数据信号会受到外界干扰导致内部会包含有一些噪声。这些噪声的存在会影响上位机控制器的分析和判断。因此，有必要对传感器采集得到的数据信息实施去噪处理，通过监测软件中的去噪模块实现该功能。

3.4 数据监测报警模块

如下页图4 所示为多绳摩擦式提升机钢丝绳张力监测软件界面。整个界面划分成为不同区域，主要有张力显示区域、系统状态指示区域以及动画模拟区域等。钢丝绳的张力变化过程可以通过张力曲线进行显示，并且每一时刻的张力大小会以数字的形式显示。通过动画模拟区域可以展示提升机的整个运行状态。系统指示区域则显示整个监测系统的运行状态，比如通信状态、电池容量等是否正常，最重要的是显示钢丝绳的运行状态。如果通过监测发现钢丝绳张力存在故障问题，比如张力超载、各钢丝绳之间的张力不平衡、钢丝绳张力存在瞬间冲击等，都可以在状态指示区域进行显示。如果钢丝绳张力存在问题时，对应的指示灯就会由绿色变成红色，同时系统还会发出语音警报声音以提示工作人员。

图4 钢丝绳张力监测系统主界面

4 运行效果

将本文设计的多绳摩擦式提升机钢丝绳张力监控系统应用到矿井实践中，取得了较好的应用效果。在长达3 个月的实践运行过程中，多次发现并报警了提升机在运行过程中的超载问题、张力不平衡、瞬间冲击等问题。利用该系统能够及时发现提升机存在的安全隐患，将各类小问题扼杀在萌芽阶段，避免引发更大的安全事故。本系统的应用显著提升了提升机运行的可靠性。