CN106865375A - 提升容器悬挂钢丝绳在线监测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升容器悬挂钢丝绳在线监测***及方法，***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***的可靠性和安全性。

Description

提升容器悬挂钢丝绳在线监测***及方法

技术领域

本发明涉及安全监测领域，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***及方法。

背景技术

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的中国实用新型专利《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的中国发明专利申请《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***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。

发明内容

本发明的目的是提出一种提升容器悬挂钢丝绳在线监测***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***的可靠性和安全性。

为实现上述目的，本发明提供了一种提升容器悬挂钢丝绳在线监测***，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，本发明提供了一种前述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测***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***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，所述第二状态参数包括对称设置在所述提升卷筒的转动轴两侧的双霍尔传感器的两块磁钢所采集测量到的脉冲信号。

进一步地，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后，还包括：

所述数据显示及分析处理平台接收所述解析网关所发送的解析后的油压数据，并根据所述油压数据计算对应的悬挂钢丝绳的张力值；

所述数据显示及分析处理平台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，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后，还包括：

所述数据显示及分析处理平台接收所述解析网关所发送的解析后的脉冲数据，并根据所述脉冲数据计算所述提升容器的下放深度；

所述数据显示及分析处理平台对所述提升容器的下放深度进行实时显示。

进一步地，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后，还包括：

所述数据显示及分析处理平台接收所述解析网关所发送的解析后的振动数据，并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；

所述数据显示及分析处理平台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，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；所述在线监测方法还包括：

所述容器顶部中继装置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接收所述解析网关所发送的解析后的电量数据，并根据预设阈值判断是否电量不足，并进行显示和故障提示。

基于上述技术方案，本发明通过提升容器顶部设置的容器顶部中继装置来接收来自第一传感单元所实时采集的表征悬挂钢丝绳的状态参数，以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，并且通过跳频扩频和时分多址无线技术向井口接收中继装置进行数据传输，由于数据传输所采用的无线通信方式具备更好的稳定性、抗干扰性以及长距离传输特性，因此使得深井环境下的在线监测***具备更好的可靠性和安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提升容器悬挂钢丝绳在线监测***的一实施例的原理示意图。

图2为本发明提升容器悬挂钢丝绳在线监测***的另一实施例的原理示意图。

图3为本发明提升容器悬挂钢丝绳在线监测***的又一实施例的原理示意图。

图4为本发明提升容器悬挂钢丝绳在线监测***实施例的结构布置示意图。

图5为本发明提升容器悬挂钢丝绳在线监测***实施例中振动传感器的布置示意图。

图6为本发明提升容器悬挂钢丝绳在线监测***实施例中油压传感器的布置示意图。

图7为本发明提升容器悬挂钢丝绳在线监测***实施例中跳频通信方式的原理示意图。

图8为本发明在线监测方法的一实施例的流程示意图。

图9为本发明在线监测方法的另一实施例的流程示意图。

图10为本发明在线监测方法实施例中油压数据的接收及处理流程示意图。

图11为本发明在线监测方法实施例中脉冲数据的接收及处理流程示意图。

图12为本发明在线监测方法实施例中振动数据的接收及处理流程示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，为本发明提升容器悬挂钢丝绳在线监测***的一实施例的原理示意图。结合图4-6所示的布置示意图，本实施例的提升容器悬挂钢丝绳在线监测***包括：第一传感单元10、容器顶部中继装置20、井口接收中继装置30、解析网关40和数据显示及分析处理平台50。

第一传感单元10用于实时采集能够表征悬挂钢丝绳3的第一状态参数。其中，第一传感单元10可以包括多个油压传感器11，分别设置在提升容器1顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置2上对应于各条悬挂钢丝绳3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。采集到的油压信号可以在后续处理环节中根据平衡油缸的活塞承压面积换算成对应悬挂钢丝绳的张力值，并进一步计算出多根悬挂钢丝绳间的张力差，因此可以在不破坏提升***的结构和稳定性的情况下，获得准确且有效的监测结果。

举例来说，提升容器悬挂钢丝绳在线监测***中设定的A/D转换参考电压V_REF为xV，转换精度为12位，设张力油压传感器输出信号调理后电压信号为V_IN，转换结果为ADC，则

油压传感器量程为0～p MPa，输出电流信号经过精密电阻后对应电压为y～z V，设监测到的油压大小为P，单位MPa，则

将V_IN代入得

设平衡油缸的活塞承压面积为S cm²，则悬挂钢丝绳的张力F的计算公式为

第一传感单元10还可以包括多个振动传感器12，分别设置在所述提升容器1顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置2上的各条悬挂钢丝绳3的横向和纵向位置，用于采集该悬挂钢丝绳3在横向和纵向上的振动信号。通过对悬挂钢丝绳3的横向和纵向上的振动信号的监测，可以更全面地考察悬挂钢丝绳3在垂直于伸长方向的振动平面上的振动对提升***振幅的影响，并能确定是否存在共振的可能性。

悬挂钢丝绳在运行过程中产生的振动信号由振动传感器(例如振动加速度传感器等)接收，经过积分预算可以得到该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。假设提升容器与钢丝绳的连接处为坐标原点，取向下为正方向，悬挂钢丝绳的长度l(t)随时间t变化，线密度为ρ。H为提升容器的允许提升最大高度，平衡钢丝绳的长度为H-l(t)，随时间t变化，线密度为ρ₂。提升容器质量m，根据提升容器和钢丝绳的等效质量m_e的基本公式m_e＝m+(H-l(t))ρ₂可知，深井提升钢丝绳运行过程中由于平衡钢丝绳的影响，等效质量m_e一直在发生变化，使得提升容器的固有频率也随之发生变化，进一步得到的频谱图可以实时监测外界激励频率对***振幅的影响以及引起共振的可能性。

在图4所示实施例中，第一传感单元10可以同时包括上述油压传感器11和振动传感器12，以实现对悬挂钢丝绳3的张力以及振动情况的实时监测。在其他实施例中，表征悬挂钢丝绳3的第一状态参数并不限于上述油压和振动参数，还可以包括其他参数，例如张力参数，相应的第一传感单元10还可以包括张力传感器等其他任何能够实时采集表征悬挂钢丝绳3的状态参数的传感单元。

参考图4，容器顶部中继装置20设置在提升容器1的顶部，并与第一传感单元10电连接，用于接收所述第一传感单元10采集到的第一状态参数。容器顶部中继装置20与井口接收中继装置30之间通过无线通信方式来传递该第一状态参数。对于矿井、电梯井等深井环境5来说，较大的井深、井内设施的干扰等多方面因素会严重制约传感信号的向外传递，容易出现信号失真的问题，而在本实施例中，可通过跳频扩频和时分多址无线技术将第一状态参数向井口接收中继装置30传输。

跳频扩频和时分多址无线技术是一种时分多址(TDMA)控制网络架构下的跳频扩频(FHSS)无线通信技术。跳频扩频技术可以使网关与节点之间的通讯频率能够依据随机序列码生成的跳频表周期性地在不同频率之间跳变，这样不仅能够避免受到其他同频率无线信号的干扰，也不会对其他无线信号产生干扰，极大地提高了无线的现场生存能力。在时分多址控制网络架构中，每个节点都被分配一个通讯时隙，从而确保节点与网关之间可以实现可靠通信。

由于数据传输所采用的上述无线通信方式具备更好的稳定性、抗干扰性以及长距离传输特性(例如传输距离大于3.2km)，因此使得深井环境下的在线监测***具备更好的可靠性和安全性。另外，由于跳频扩频和时分多址无线技术已属于成熟技术，这里就不再对其具体实现过程进行赘述了。

井口接收中继装置30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40发送到所述数据显示及分析处理平台50，以便进行数据的显示、分析和处理。其中，考虑到井口接收中继装置30可能需要向解析网关发送多种状态参数，如果传输过程中被干扰将会影响到监测结果的准确性，因此优选在井口接收中继装置30与所述解析网关40之间采用跳频通信方式进行数据传输。

跳频通信是一种收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。与定频通信相比，跳频通信方式具备良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。

当跳频通信应用到本实施例中实现井口接收中继装置30到解析网关40的数据传输时，参见图7，发射侧的频率合成器根据跳频指令发生器所发出的跳频指令控制输出载波信号的频率。相应的，随着跳频指令发生器不断地发出的指令，控制频率合成器不断地改变其输出载波的频率，使得混频器输出的已调波的载波频率也将随着指令不断地跳变，从而将传感信号按照跳频顺序切换成不同的数据传输频道进行传输。当接收侧接收到数据后，则按照与发射侧相同的跳频顺序处理即可获得原始数据。

除了来自于悬挂钢丝绳的状态参数之外，在提升容器悬挂钢丝绳在线监测***中还可以实现针对于提升容器所在深度的监测。如图2所示，为本发明提升容器悬挂钢丝绳在线监测***的另一实施例的原理示意图。与上一实施例相比，本实施例还包括设置在提升容器1的提升卷筒4之上或周围的第二传感单元60。该第二传感单元60与所述井口接收中继装置30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30传输。其中，第二传感单元60可以包括双霍尔传感器，双霍尔传感器的两块磁钢对称设置在提升卷筒4的转动轴两侧，用于采集测量到的脉冲信号。当提升卷筒4的转轴转动时，根据双霍尔传感器所测量到的脉冲个数和转筒转动方向能够计算出卷筒转动圈数，并确定出从提升卷筒4中引出的悬挂钢丝绳3的长度，进而确定出提升容器1在深井环境5中的具体下方深度位置。

举例来说，双霍尔传感器的两块磁钢间距大约8mm，沿磁钢转动方向设有标志线。当测得的脉冲个数为n，提升卷筒4的直径为d，则提升容器1的下放深度S可通过以下公式示例计算得出：

如图3所示，为本发明提升容器悬挂钢丝绳在线监测***的又一实施例的原理示意图。与之前的各***实施例相比，本实施例在提升容器1顶部还设有电源箱70，用于给所述第一传感单元10和所述容器顶部中继装置20供应电力。对于有***风险的矿井环境来说，电源箱70优选采用具有隔爆外壳而部分电路为本质安全型的隔爆兼本质安全型电源箱。容器顶部中继装置20优选采用全部电路为本质安全的本质安全型采集及发送箱，井口接收中继装置30优选采用全部电路为本质安全的本质安全型无线接收箱。

在上述各***实施例中，数据显示及分析处理平台50可采用一台或多台服务器、通用计算机或者工业控制计算机等实现。在数据显示及分析处理平台50内可运行多个监测分析软件，以实现相应的数据处理功能。

对于上述第一传感单元10包括多个油压传感器11的实施例来说，油压传感器11所采集的平衡油缸的油压信号经过容器顶部中继装置20、井口接收中继装置30和解析网关40到达数据显示及分析处理平台50。相应的，数据显示及分析处理平台50可具体包括：油压数据接收模块、张力值计算模块和第一故障提示模块。其中，油压数据接收模块用于接收所述解析网关40所发送的解析后的油压数据，该油压数据即对应着油压传感器11所采集的油压信号。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3的张力值，具体计算过程可参考前述示例和计算公式。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3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。

举例来说，第一故障提示模块可以实现以下功能：

A、张力不平衡报警及不平衡度指示

举例来说，当提升容器(例如箕斗/罐笼等)采用了4根悬挂钢丝绳进行提升时，悬挂钢丝绳的张力不平衡度B可通过以下公式示例进行计算：

其中，F_i为第i根悬挂钢丝绳的张力值，i＝1～4。

当张力不平衡度超过预设阈值(例如10％)时，对应于张力不平衡状况的指示灯将变为表达警示的红色，并可发出声音报警(例如连续三次发出报警音)。此外，还可以通过张力不平衡度的指示条实时显示当前的悬挂钢丝绳的张力不平衡度。

B、冲击载荷

当箕斗急停或卡在井道中不能提升时，悬挂钢丝绳将受到巨大冲击载荷，此时悬挂钢丝绳的张力值超过预设安全阈值，对应于冲击载荷的指示灯将变为表达警示的红色，并可发出声音报警(例如持续的语音报警音)。

C、超载报警

对于需要使用提升容器承装物料的应用场合来说，例如煤矿环境下，根据装载后重量与空箕斗重量计算得出装载量，当箕斗装载量超过超载报警设定值或者提升载荷大于预设提升载荷阈值时，对应于超载报警的指示灯将变为表达警示的红色，并可发出声音报警(例如连续的三次语音报警)，以便提醒工作人员在超载状态下不要启动提升***。

D、卡缸报警

如果平衡油缸被卡住，则其内部油压将稳定不变，因此根据预设时间范围内的油压变化量是否小于预设阈值来确定是否发生了卡缸情况，当确定卡缸时，对应于卡缸的指示灯将变为表达警示的红色，并可发出声音报警(例如持续的报警音)。

此外，数据显示及分析处理平台50还能够根据悬挂钢丝绳的张力值来绘制钢丝绳张力曲线，并对该曲线进行显示。该曲线的纵坐标可选为张力值，横坐标可选为提升容器的深度值，也可以选择时间。

对于上述第一传感单元10包括多个振动传感器12的实施例来说，振动传感器12所采集的横向和纵向上的振动信号经过容器顶部中继装置20、井口接收中继装置30和解析网关40到达数据显示及分析处理平台50。相应的，数据显示及分析处理平台50可具体包括：振动数据接收模块、频谱图获得模块和第二故障提示模块。其中，振动数据接收模块用于接收所述解析网关40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3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1的固有频率，并进行显示和故障提示。

举例来说，第二故障提示模块可以实现以下功能：

E、将计算出的振动位移与预设阈值进行比较，以判断振动位移是否超限，如果确定振动位移超限，则对应于振动位移超限的指示灯将变为表达警示的红色，并可发出声音报警(例如持续的报警音)。

F、将经快速傅里叶变换确定的提升容器的固有频率与外界激励频率进行比较，如果提升容器的固有频率与外界激励频率非常接近，则可能引起共振，此时对应于共振的指示灯将变为表达警示的红色，并可发出声音报警(例如持续的报警音)。

对于上述包括第二传感单元60(例如双霍尔传感器等)的实施例来说，第二传感单元60所采集的脉冲信号经过容器顶部中继装置20、井口接收中继装置30和解析网关40到达数据显示及分析处理平台50。相应的，数据显示及分析处理平台50可具体包括：脉冲数据接收模块、下放深度计算模块和深度显示模块。其中，脉冲数据接收模块用于接收所述解析网关40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1的下放深度。深度显示模块用于实时显示所述提升容器1的下放深度。

此外，数据显示及分析处理平台50还能够显示装卸载及提升模拟动画，例如模拟箕斗装煤、卸煤及提升过程，并在箕斗内实时显示箕斗内装煤量及卸载粘煤量。而箕斗在界面中的相对位置将随着箕斗在井中的实际位置变化而变化，并且还可对箕斗到位信号进行指示。

对于包括隔爆兼本质安全型电源箱的***实施例来说，数据显示及分析处理平台50可以包括：电量数据接收模块和电量告警模块。其中，电量数据接收模块用于接收所述解析网关40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。

在上述各***实施例中，数据显示及分析处理平台50还可以对报警记录进行存储，并提供报警记录的查询功能。

基于上述提升容器悬挂钢丝绳在线监测***的各实施例，本发明还提供了在线监测方法，如图8所示，为本发明在线监测方法的一实施例的流程示意图。在本实施例中，在线监测方法包括：

步骤100、第一传感单元10实时采集能够表征悬挂钢丝绳3的第一状态参数，并传递给容器顶部中继装置20；

步骤200、所述容器顶部中继装置20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30传输；

步骤300、所述井口接收中继装置30将接收到的数据经由所述解析网关40发送到所述数据显示及分析处理平台50，以便进行数据的显示、分析和处理。

在本实施例中，第一状态参数可以包括分别设置在所述提升容器1顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置2上对应于各条悬挂钢丝绳3的平衡油缸的油压信号，也可以包括分别设置在所述提升容器1顶部的钢丝绳张力液压自动平衡装置2上的各条悬挂钢丝绳3在横向和纵向上的振动信号。

图9示出了本发明在线监测方法的另一实施例。与上一实施例相比，本实施例的步骤300具体包括：

步骤310、所述井口接收中继装置30将接收到的数据通过跳频通信方式传输给所述解析网关40；

步骤320、所述解析网关40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50。

此外，对于前述包括第二传感单元60的提升容器悬挂钢丝绳在线监测***实施例来说，在步骤300之前，还包括：

步骤600、第二传感单元60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30传输。所述第二状态参数可以包括对称设置在所述提升卷筒的转动轴两侧的双霍尔传感器的两块磁钢所采集测量到的脉冲信号。

对于不同的传感数据，数据显示及分析处理平台50能够实现对应的接收和处理过程。如图10所示，为本发明在线监测方法实施例中油压数据的接收及处理流程示意图。对于平衡油缸的油压信号来说，数据显示及分析处理平台50的接收和处理过程包括：

步骤411、所述数据显示及分析处理平台50接收所述解析网关40所发送的解析后的油压数据；

步骤412、数据显示及分析处理平台50根据所述油压数据计算对应的悬挂钢丝绳3的张力值；

步骤413、数据显示及分析处理平台50根据张力值计算悬挂钢丝绳3的张力不平衡度，并判断张力不平衡度是否小于预设阈值，是则表示警示的红灯亮，否则表示正常的绿灯亮；

步骤414、数据显示及分析处理平台50根据张力值判断悬挂钢丝绳3提升载荷是否受到冲击载荷，是则表示冲击载荷警报的红灯亮，否则表示正常的绿灯亮；

步骤415、数据显示及分析处理平台50根据张力值判断提升载荷是否大于预设阈值，是则表示超载报警的红灯亮，否则表示正常的绿灯亮；

步骤416、数据显示及分析处理平台50根据油压数据计算油压变化量，并判断油压变化量是否小于预设阈值，是则表示卡缸报警的红灯亮，否则表示正常的绿灯亮。

如图11所示，为本发明在线监测方法实施例中脉冲数据的接收及处理流程示意图。对于双霍尔传感器采集的脉冲信号来说，数据显示及分析处理平台50的接收和处理过程包括：

步骤421、数据显示及分析处理平台50接收所述解析网关40所发送的解析后的脉冲数据；

步骤422、数据显示及分析处理平台50根据所述脉冲数据计算所述提升容器1的下放深度；

步骤423、数据显示及分析处理平台50对所述提升容器1的下放深度进行实时显示。

如图12所示，为本发明在线监测方法实施例中振动数据的接收及处理流程示意图。对于钢丝绳的横向和纵向振动信号来说，数据显示及分析处理平台50的接收和处理过程包括：

步骤431、数据显示及分析处理平台50接收所述解析网关40所发送的解析后的振动数据；

步骤432、根据所述振动数据计算出对应的悬挂钢丝绳3的振动位移图；

步骤433、将振动位移图经过快速傅里叶变换得到频谱图；

步骤434、数据显示及分析处理平台50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1的固有频率，是则表示振动报警的红灯亮，否则表示正常的绿灯亮。

此外，对于包括隔爆兼本质安全型电源箱的***实施例来说，在线监测方法还可以进一步包括：容器顶部中继装置20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30传输；数据显示及分析处理平台50接收所述解析网关40所发送的解析后的电量数据，并根据预设阈值判断是否电量不足，并进行显示和故障提示。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (22)

1.一种提升容器悬挂钢丝绳在线监测***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，其中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。

13.一种基于权利要求1～12任一所述的提升容器悬挂钢丝绳在线监测***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。

14.根据权利要求13所述的在线监测方法，其中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。

15.根据权利要求13所述的在线监测方法，其中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。

16.根据权利要求13所述的在线监测方法，其中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。

17.根据权利要求13所述的在线监测方法，其中所述提升容器悬挂钢丝绳在线监测***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，并将所述第二状态参数向所述井口接收中继装置传输。

18.根据权利要求17所述的在线监测方法，其中所述第二状态参数包括对称设置在所述提升卷筒的转动轴两侧的双霍尔传感器的两块磁钢所采集测量到的脉冲信号。

19.根据权利要求15所述的在线监测方法，其中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后，还包括：

所述数据显示及分析处理平台接收所述解析网关所发送的解析后的油压数据，并根据所述油压数据计算对应的悬挂钢丝绳的张力值；所述数据显示及分析处理平台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。

20.根据权利要求18所述的在线监测方法，其中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后，还包括：

所述数据显示及分析处理平台接收所述解析网关所发送的解析后的脉冲数据，并根据所述脉冲数据计算所述提升容器的下放深度；

所述数据显示及分析处理平台对所述提升容器的下放深度进行实时显示。

21.根据权利要求16所述的在线监测方法，其中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后，还包括：

所述数据显示及分析处理平台接收所述解析网关所发送的解析后的振动数据，并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；

所述数据显示及分析处理平台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。

22.根据权利要求13所述的在线监测方法，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；所述在线监测方法还包括：

所述容器顶部中继装置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接收所述解析网关所发送的解析后的电量数据，并根据预设阈值判断是否电量不足，并进行显示和故障提示。