提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统及方法，系统包括：第一传感单元、容器顶部中继装置、井口接收中继装置、解析网关和数据显示及分析处理平台；所述第一传感单元用于实时采集能够表征悬挂钢丝绳的第一状态参数；所述容器顶部中继装置设置在所述提升容器顶部，并与所述第一传感单元电连接，用于接收第一状态参数，并通过跳频扩频和时分多址无线技术向所述井口接收中继装置传输；所述井口接收中继装置设置在井筒内壁或井口，用于将接收到的数据经由所述解析网关发送到所述数据显示及分析处理平台。本发明专利技术能够实现提升容器悬挂钢丝绳在周期运行时的实时不间断监测，确保深井环境下提升系统的可靠性和安全性。

On-line monitoring system and method for hoisting container suspension steel wire rope

The invention relates to a lifting container hanging rope and method of online monitoring system, the system comprises a first sensing unit, the top of the container relay device, wellhead receiving relay device, gateway and analytical data display and analysis platform; the first sensing unit is used for real-time acquisition to first state parameters of suspension rope; the container at the top of the relay device is arranged on the top of the lifting container, and is connected with the first sensing unit, for receiving the first state parameters, and through the frequency hopping spread spectrum and TDMA wireless technology to the wellhead device receiving relay transmission; the wellhead receiving relay device is arranged in the shaft or the inner wall of the wellhead, used for receiving the data sent through the gateway to the analytical data display and analysis platform. The invention can realize the real-time uninterrupted monitoring of the hoisting rope of the container suspension during the periodic operation, and ensure the reliability and the safety of the hoisting system in the deep well environment.

【技术实现步骤摘要】
提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统及方法
本专利技术涉及安全监测领域，尤其涉及一种适用于深井环境下提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统及方法。
技术介绍
在深井环境(例如电梯井、矿井等)中，通常采用滚筒和悬挂钢丝绳的配合机构对提升容器(例如电梯厢体、罐笼等)进行升降驱动。而悬挂钢丝绳的使用状态的监测对提升容器的安全运行至关重要。现有的悬挂钢丝绳监测包括张力监测和横向振动信号监测等。举例来说，在公开号为CN203359719U的中国技术专利《一种电梯钢丝绳的张力检测装置》中，每根钢丝绳的端部都设有电梯钢丝绳的张力检测装置，通过使每个电梯钢丝绳的张力检测装置上的油压传感器所受的预压力一致，使得每根钢丝绳的拉力检测结果的精确度提高。但这种装置只是针对于电梯钢丝绳较为有效，对于井下距离更大、使用多根平衡钢丝绳的矿井环境来说，这种张力检测装置存在很大的误差。此外，该方案只能针对于钢丝绳信号进行监测和数据收集，且无法实现实时监测。在公开号为CN105203200A的中国专利技术专利申请《钢丝绳横向振动信号测量装置、方法及横向振动监测方法》中，采用的监测方案是采用钢丝绳横向振动位移信号测量方法测出振动位移信号，通过对振动位移信号进行处理来获得振动幅值和振动频率，然后与预设值进行比较来进行危机预防。这种方案仅能对横向振动的信号进行监测，没有考虑到纵向振动对提升系统的影响。总之，在现有的技术实践和理论研究中，普遍针对的是矿井深度为500m以下工况的悬挂钢丝绳监测，而对500m以上的深井研究较少。而在500m以上的深井环境中，信号传递、穿透能力弱，损失能量较多，受到干扰较大，使得悬挂钢丝绳的实时准确的监测变得困难。另一方面，绝大多数侧重于单方面因素的监测，缺乏针对于多方面因素的监测研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统及方法，能够实现提升容器悬挂钢丝绳在周期运行时的实时不间断监测，确保深井环境下提升系统的可靠性和安全性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，包括：第一传感单元、容器顶部中继装置、井口接收中继装置、解析网关和数据显示及分析处理平台；所述第一传感单元用于实时采集能够表征悬挂钢丝绳的第一状态参数；所述容器顶部中继装置设置在所述提升容器顶部，并与所述第一传感单元电连接，用于接收所述第一传感单元采集到的第一状态参数，并通过跳频扩频和时分多址无线技术将所述第一状态参数向所述井口接收中继装置传输；所述井口接收中继装置设置在井筒内壁或井口，用于将接收到的数据经由所述解析网关发送到所述数据显示及分析处理平台，以便进行数据的显示、分析和处理。进一步地，所述井口接收中继装置与所述解析网关之间通过跳频通信方式进行数据传输。进一步地，所述第一传感单元包括多个油压传感器，分别设置在所述提升容器顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置上对应于各条悬挂钢丝绳的平衡油缸的旁路上，用于采集对应的平衡油缸的油压信号。进一步地，所述第一传感单元包括多个振动传感器，分别设置在所述提升容器顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置上的各条悬挂钢丝绳的横向和纵向位置，用于采集该悬挂钢丝绳在横向和纵向上的振动信号。进一步地，还包括设置在所述提升容器的提升卷筒之上或周围的第二传感单元，与所述井口接收中继装置电连接，用于实时采集能够表征所述提升卷筒的转动圈数的第二状态参数，并将所述第二状态参数向所述井口接收中继装置传输。进一步地，所述第二传感单元包括双霍尔传感器，所述双霍尔传感器的两块磁钢对称设置在所述提升卷筒的转动轴两侧，用于采集测量到的脉冲信号。进一步地，所述第一传感单元包括多个油压传感器和多个振动传感器，所述多个油压传感器分别设置在所述提升容器顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置上对应于各条悬挂钢丝绳的平衡油缸的旁路上，用于采集对应的平衡油缸的油压信号，所述多个振动传感器分别设置在所述提升容器顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置上的各条悬挂钢丝绳的横向和纵向位置，用于采集该悬挂钢丝绳在横向和纵向上的振动信号；所述井口接收中继装置与所述解析网关之间通过跳频通信方式进行数据传输。进一步地，在所述提升容器顶部还设有隔爆兼本质安全型电源箱，用于给所述第一传感单元和所述容器顶部中继装置供应电力；所述容器顶部中继装置为本质安全型采集及发送箱，所述井口接收中继装置为本质安全型无线接收箱。进一步地，所述数据显示及分析处理平台包括：油压数据接收模块，用于接收所述解析网关所发送的解析后的油压数据；张力值计算模块，用于根据所述油压数据计算对应的悬挂钢丝绳的张力值；第一故障提示模块，用于根据所述油压数据和张力值计算悬挂钢丝绳的张力不平衡度、冲击载荷、提升载荷或油压变化量，并根据预设阈值进行显示和故障提示。进一步地，所述数据显示及分析处理平台包括：脉冲数据接收模块，用于接收所述解析网关所发送的解析后的脉冲数据；下放深度计算模块，用于根据所述脉冲数据计算所述提升容器的下放深度；深度显示模块，用于实时显示所述提升容器的下放深度。进一步地，所述数据显示及分析处理平台包括：振动数据接收模块，用于接收所述解析网关所发送的解析后的振动数据；频谱图获得模块，用于根据所述振动数据计算出对应的悬挂钢丝绳的振动位移图，再经过快速傅里叶变换得到频谱图；第二故障提示模块，用于根据预设阈值判断振动位移是否超限或外界激励频率是否接近于所述提升容器的固有频率，并进行显示和故障提示。进一步地，所述容器顶部中继装置还用于将所述隔爆兼本质安全型电源箱的电量参数向所述井口接收中继装置传输；所述数据显示及分析处理平台包括：电量数据接收模块，用于接收所述解析网关所发送的解析后的电量数据；电量告警模块，用于根据预设阈值判断是否电量不足，并进行显示和故障提示。为实现上述目的，本专利技术提供了一种前述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统的在线监测方法，包括：第一传感单元实时采集能够表征悬挂钢丝绳的第一状态参数，并传递给容器顶部中继装置；所述容器顶部中继装置接收所述传感单元采集到的第一状态参数，并通过跳频扩频和时分多址无线技术将所述第一状态参数向所述井口接收中继装置传输；所述井口接收中继装置将接收到的数据经由所述解析网关发送到所述数据显示及分析处理平台，以便进行数据的显示、分析和处理。进一步地，所述井口接收中继装置将接收到的数据经由所述解析网关发送到所述数据显示及分析处理平台的操作具体包括：所述井口接收中继装置将接收到的数据通过跳频通信方式传输给所述解析网关；所述解析网关对接收到的数据进行解析后，发送给所述数据显示及分析处理平台。进一步地，所述第一状态参数包括分别设置在所述提升容器顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置上对应于各条悬挂钢丝绳的平衡油缸的油压信号。进一步地，所述第一状态参数包括分别设置在所述提升容器顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置上的各条悬挂钢丝绳在横向和纵向上的振动信号。进一步地，所述提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统还包括设置在所述提升容器的提升卷筒之上或周围的第二传感单元，与所述井口接收中继装置电连接；所述在线监测方法在所述井口接收中继装置将接收到的数据经由所述解析网关发送到所述数据显示及分析处理平台之前，还包括：所述第二传感单元实时采集能够表征所述提升卷筒的转动圈数的第二状态参数，并将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，包括：第一传感单元、容器顶部中继装置、井口接收中继装置、解析网关和数据显示及分析处理平台；所述第一传感单元用于实时采集能够表征悬挂钢丝绳的第一状态参数；所述容器顶部中继装置设置在所述提升容器顶部，并与所述第一传感单元电连接，用于接收所述第一传感单元采集到的第一状态参数，并通过跳频扩频和时分多址无线技术将所述第一状态参数向所述井口接收中继装置传输；所述井口接收中继装置设置在井筒内壁或井口，用于将接收到的数据经由所述解析网关发送到所述数据显示及分析处理平台，以便进行数据的显示、分析和处理。

【技术特征摘要】
1.一种提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，包括：第一传感单元、容器顶部中继装置、井口接收中继装置、解析网关和数据显示及分析处理平台；所述第一传感单元用于实时采集能够表征悬挂钢丝绳的第一状态参数；所述容器顶部中继装置设置在所述提升容器顶部，并与所述第一传感单元电连接，用于接收所述第一传感单元采集到的第一状态参数，并通过跳频扩频和时分多址无线技术将所述第一状态参数向所述井口接收中继装置传输；所述井口接收中继装置设置在井筒内壁或井口，用于将接收到的数据经由所述解析网关发送到所述数据显示及分析处理平台，以便进行数据的显示、分析和处理。2.根据权利要求1所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中所述井口接收中继装置与所述解析网关之间通过跳频通信方式进行数据传输。3.根据权利要求1所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中所述第一传感单元包括多个油压传感器，分别设置在所述提升容器顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置上对应于各条悬挂钢丝绳的平衡油缸的旁路上，用于采集对应的平衡油缸的油压信号。4.根据权利要求1所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中所述第一传感单元包括多个振动传感器，分别设置在所述提升容器顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置上的各条悬挂钢丝绳的横向和纵向位置，用于采集该悬挂钢丝绳在横向和纵向上的振动信号。5.根据权利要求1所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中还包括设置在所述提升容器的提升卷筒之上或周围的第二传感单元，与所述井口接收中继装置电连接，用于实时采集能够表征所述提升卷筒的转动圈数的第二状态参数，并将所述第二状态参数向所述井口接收中继装置传输。6.根据权利要求5所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中所述第二传感单元包括双霍尔传感器，所述双霍尔传感器的两块磁钢对称设置在所述提升卷筒的转动轴两侧，用于采集测量到的脉冲信号。7.根据权利要求5所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中所述第一传感单元包括多个油压传感器和多个振动传感器，所述多个油压传感器分别设置在所述提升容器顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置上对应于各条悬挂钢丝绳的平衡油缸的旁路上，用于采集对应的平衡油缸的油压信号，所述多个振动传感器分别设置在所述提升容器顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置上的各条悬挂钢丝绳的横向和纵向位置，用于采集该悬挂钢丝绳在横向和纵向上的振动信号；所述井口接收中继装置与所述解析网关之间通过跳频通信方式进行数据传输。8.根据权利要求1所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中在所述提升容器顶部还设有隔爆兼本质安全型电源箱，用于给所述第一传感单元和所述容器顶部中继装置供应电力；所述容器顶部中继装置为本质安全型采集及发送箱，所述井口接收中继装置为本质安全型无线接收箱。9.根据权利要求3所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中所述数据显示及分析处理平台包括：油压数据接收模块，用于接收所述解析网关所发送的解析后的油压数据；张力值计算模块，用于根据所述油压数据计算对应的悬挂钢丝绳的张力值；第一故障提示模块，用于根据所述油压数据和张力值计算悬挂钢丝绳的张力不平衡度、冲击载荷、提升载荷或油压变化量，并根据预设阈值进行显示和故障提示。10.根据权利要求6所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中所述数据显示及分析处理平台包括：脉冲数据接收模块，用于接收所述解析网关所发送的解析后的脉冲数据；下放深度计算模块，用于根据所述脉冲数据计算所述提升容器的下放深度；深度显示模块，用于实时显示所述提升容器的下放深度。11.根据权利要求4所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中所述数据显示及分析处理平台包括：振动数据接收模块，用于接收所述解析网关所发送的解析后的振动数据；频谱图获得模块，用于根据所述振动数据计算出对应的悬挂钢丝绳的振动位移图，再经过快速傅里叶变换得到频谱图；第二故障提示模块，用于根据预设阈值判断振动位移是否超限或外界激励频率是否接近于所述提升容器的固有频率，并进行显示和故障提示。12.根据权利要求8所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测系统，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇子明，吴娟，高贵军，寇彦飞，王海清，薛佳保，高鑫宇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14