CN1397785A - 一种矿山井架安全自动监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿山井架安全自动监测方法及装置，本发明通过在井架上设测量挡板，并用设在重力摆上且与重力摆垂直的位移传感器，检测测量挡板与位移传感器之间的相对位移，位移传感器将检测到的信号送至信号调理电路，进行滤波、放大整形和隔离处理，信号调理电路输出的信号送至下位机进行数据采集；下位机与上位机依靠调制解调器握手，通过矿山内部电话线通信；上位机将接收到的下位机传来的测量数据经过计算转换为实际的位移值后，显示、存储或打印；上位机将测量结果与设定的极限值进行比较，如果测量结果超过极限值，上位机自动报警。本发明能够及时、可靠地检测井架与天轮的倾斜，有效地防止井架安全事故的发生，保证矿山生产安全进行，具有良好的应用前景。

Description

一种矿山井架安全自动监测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种矿山井架安全自动监测方法及装置。

背景技术

矿山井架是矿山生产中最重要的设备之一。它担负着提升矿石和输送生产人员的重要任务，其安全性、可靠性一直是人们关注的重点。一旦井架发生事故，其后果是极为严重的，不仅给国家财产造成重大损失，而且人员的伤亡也极为惨重。同时，井架安全事故还会导致矿山停产，不仅造成重大经济损失，而且产生极为恶劣的社会影响。

目前，国内外对矿山井架安全监测采用的是几何观测方法，即选择若干个基准点，借助于光学测量仪器对井架和左、右天轮的倾斜进行定期观测。但这种定期观测方法几个月监测一次，在大多数情况下，几个月一次的定期测量无法及时地反映出井架和天轮的倾斜量，防止事故发生的效果不明显。而且，几何观测的测量基准点存在难选、难建的问题，严重影响几何观测方法在矿山推广使用。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种矿山井架安全自动监测方法及装置，用这种自动监测方法和装置监测矿山井架的倾斜，不受地理环境等因素的限制，不受监测人员等随机因素的影响，实现全天候监测，且测量可靠、精度高。

本发明提供的技术方案是：一种矿山井架安全自动监测方法，通过在井架上设测量挡板，并用设在重力摆上且与重力摆垂直的位移传感器检测测量挡板与位移传感器之间的相对位移，位移传感器将检测到的信号送至信号调理电路，进行滤波、放大整形和隔离处理，信号调理电路输出的信号送至下位机进行数据采集；下位机与上位机依靠调制解调器握手，通过矿山内部电话线通信；上位机将接收到的下位机传来的测量数据经过计算转换为实际的位移值后，显示、存储或打印；上位机将测量结果与设定的极限值进行比较，如果测量结果超过极限值，上位机自动报警。

本发明可在垂直方向和水平方向设置两组十字交叉的差动型传感器，同时测量天轮的垂直位移和水平位移。

本发明还提供了一种测量矿山井架安全自动监测装置，包括传感器及信号调理电路，其关键是：设有重力摆，重力摆安装在井架的顶部或接近顶部的地方，传感器安装在重力摆上，且与重力摆垂直，传感器的测量点设有测量挡板，测量挡板固定在井架上，传感器的输出端与信号调理电路的输入端相接。

上述传感器为差动型传感器，差动型传感器由传感器盘、垂直方向和水平方向设置在传感器盘上的两组位移传感器组成，传感器盘安装在重力摆上，竖直悬挂在测量挡板前方，传感器盘、位移传感器、测量挡板一起构成组合式倾斜传感器。

上述测量挡板固联在井架的天轮轴上。

所述信号调理电路由滤波电路、放大器、整形电路、隔离电路构成；滤波电路的输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端连接整形电路的输入端，整形电路的输出端连接隔离电路的输入端；设有下位机，隔离电路的输出端连接下位机的数据采集卡输入端。

本发明设有伺服电机及传动机构，伺服电机通过传动机构驱动传感器盘进入或脱离工作位置。

本发明还设有上位机，上位机通过调制解调器、矿山内部电话线与下位机连接。

所述的信号调理电路由集成电路所构成；所述的上位机和下位机为工控机。

本发明具有以下优点和积极效果：

①目前所采用的几何观测方法，是一种周期性的人工监测方法，而本发明是一种连续的自动监测方法。

②本监测方法不受地理环境等因素的限制，全天候监测并能保存监测数据。

③不仅可以数字显示各监测参数基准值和绝对偏差，还可以显示各监测量的趋势曲线。

④越限自动报警功能；

⑤不受监测人员等随机因素的影响，测量可靠且精度高。

⑥可靠的双机监测。该方法的信号采集由前置机承担；上位机主要负责显示、保存及分析监测数据。前置机置于控制柜中，一般无需人员操作；上位机放在中心控制室。监测人员只需操作上位机，即使操作失误也不会对***造成损害。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明采用差动型传感器的结构示意图；

图3为图2的A向局部放大视图；

图4为本发明的工作原理框图。

具体实施方式

本发明应用传感器的基本原理，基于将倾斜测量转换为位移测量的基本思想，提出组合式倾斜传感器的构想，利用位移传感器实现倾斜测量，传感器将感受到的倾斜量转换为位移量，并且输出相应的电信号，送至信号调离电路进行滤波、放大、整形和隔离处理，再通过计算机实际反映出井架和左、右天轮倾斜的大小和方向。任何一个倾斜测量值超过预先设定值，计算机自动报警。

本发明的监测方法包括下列步骤：

将重力摆安装在井架上，位移传感器安装在重力摆上，位移传感器与重力摆呈垂直关系。重力摆受到重力作用始终寻找垂直方向。将传感器安装在井架的顶部或接近顶部的地方，用于测量井架的倾斜。当井架未发生倾斜时，测量挡板与重力摆平行都处于铅直方向，并且与位移传感器之间没有相对位移，即组合式倾斜传感器的输出为零；当井架发生倾斜时，测量挡板随之倾斜一个角度θ，而重力摆保持垂直方向，测量挡板与位移传感器之间就会产生相对位移ΔL。已知重力摆的长度L，根据下列公式计算出θ： $\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\ΔL}}{L}$

本发明可在垂直方向和水平方向设置两组十字交叉的差动型传感器，同时测量天轮的垂直位移和水平位移。

传感器的输出信号送至信号调理电路，进行滤波、放大整形和隔离处理；信号调理电路输出的信号送至下位机进行数据采集；下位机与上位机依靠调制解调器握手，通过矿山内部电话线通信；上位机将接收到的下位机传来的测量数据经过计算转换为实际的位移值，再显示、存储或打印；上位机将测量结果与预先设定的极限值进行比较，如果测量结果超过极限值，上位机自动报警。整个测量过程在计算机的控制和协调下自动进行，无需人为干预，实现了矿山井架的自动监测。

参见图1～图4，本发明还提供了一种测量矿山井架安全自动监测装置，包括传感器1及信号调理电路16，设有重力摆2，重力摆2安装在井架4的顶部或接近顶部的地方，传感器1安装在重力摆2上，且与重力摆2垂直，传感器1的测量点设有测量挡板3，测量挡板3固定在井架4上，传感器1的输出端与信号调理电路16的输入端相接。

上述传感器1为差动型传感器，差动型传感器由传感器盘7、垂直方向和水平方向设置在传感器盘7上的两组位移传感器8组成，传感器盘7安装在重力摆2上，竖直悬挂在测量挡板3前方，传感器盘7、位移传感器8(8.1、8.2、8.3、8.4)、测量挡板3一起构成组合式倾斜传感器。测量挡板3固联在井架4的天轮轴5上。

本发明还可同时在井架的顶部或接近顶部的地方安装重力摆和位移传感器及测量档板；在井架上安装重力摆和差动型传感器，及在天轮轴上安装测量档板。

参见图2，本发明设有伺服电机13及传动机构9、10、11、12、15，传动机构由伺服电机13驱动的蜗轮蜗杆机构11、12、与蜗杆11套合的支撑件10及与支撑件10导键连接的拨叉15，拨叉15与蜗杆11活套连接，即蜗杆11只将轴向运动传递给拨叉15。为了使传感器盘7进入或脱离工作位置后，停止传动机构对传感器盘7的作用，本发明还设有行程开关9。工作时，伺服电机驱动蜗轮12进而带动蜗杆11转动，蜗杆11在转动的同时沿轴向移动，此时拨叉15在导键14的作用下只随蜗杆11移动，从而使拨叉15带动传感器盘7进入或脱离工作位置，传感器盘7进入或脱离工作位置时，拨叉15触碰行程开关9使伺服电机13停止运行。上述传动机构也可采用其他结构，如齿轮齿条机构等。

上述信号调理电路16由滤波电路17、放大器18、整形电路19、隔离电路20构成；滤波电路17的输出端连接放大器18的输入端，放大器18的输出端连接整形电路19的输入端，整形电路19的输出端连接隔离电路20的输入端；设有下位机21，隔离电路20的输出端连接下位机21的数据采集卡输入端。下位机21的串行接口连接调制解调器22，上位机24的串行接口连接调制解调器23，依靠调制解调器22和调制解调器23的握手，通过矿山内部电话线实现下位机21和上位机24之间的通信。下位机21还将输出启动信号，启动伺服电机13，使传感器传动机构动作，将传感器盘7推到测量位置或拉离测量挡板3。

所述的信号调理电路16由集成电路所构成；所述的下位机21和上位机24均为工控机。

按上述结构，传感器1安装在重力摆2上，相互之间呈垂直关系。重力摆2受到重力作用始终寻找垂直方向。将组合式倾斜传感器安装在井架4的顶部或接近顶部的地方，用于测量井架4的倾斜。当井架4未发生倾斜时，测量挡板3与重力摆2平行都处于铅直方向，并且与传感器1之间没有相对位移，即组合式倾斜传感器1的输出为零；当井架4发生倾斜时，测量挡板3随之倾斜一个角度θ，而重力摆2保持垂直方向，测量挡板3与传感器1之间就会产生相对位移ΔL。已知重力摆2的长度L，根据下列公式计算出θ： $\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\ΔL}}{L}$

另外，如图3所示，本发明可将位移传感器8.1和位移传感器8.2、位移传感器8.3和位移传感器8.4配对，严格对称地安装在传感器盘7上，构成垂直方向和水平方向两组十字交叉的差动型传感器，同时测量天轮6的垂直偏移与水平偏移。传感器盘7安装在重力摆2上，竖直悬挂在测量挡板3前方，测量挡板3与天轮6同轴并与天轮6平行。当天轮6未发生倾斜时，组合式倾斜传感器的输出为零；当天轮6发生倾斜时，测量挡板3也随之倾斜，组合式倾斜传感器的输出为

        Y_垂直＝Y₁-Y₂    Y_水平＝Y₃-Y₄式中：Y₁-位移传感器8.1的输出(Hz)；

  Y₂-位移传感器8.2的输出(Hz)；

  Y₃-位移传感器8.3的输出(Hz)；

  Y₄-位移传感器8.4的输出(Hz)。

组合式倾斜传感器的输出信号送至信号调理电路16，进行滤波、放大整形和隔离处理；信号调理电路16输出的信号送至下位机21进行数据采集；下位机21与上位机24依靠调制解调器22、23握手，通过矿山内部电话线通信；上位机24将接收到的下位机21传来的测量数据经过计算转换为实际的位移值，再显示、存储或打印；上位机24将测量结果与预先设定的极限值进行比较。如果测量结果超过极限值，上位机24自动报警。整个测量过程在计算机的控制和协调下自动进行，无需人为干预，实现了矿山井架的自动监测。本发明能够及时地、可靠地监测井架与天轮的倾斜，有效地防止井架安全事故的发生，保证矿山生产安全进行，具有良好的应用前景。

Claims (9)

1.一种矿山井架安全自动监测方法，其特征是：通过在井架上设测量挡板，并用设在重力摆上且与重力摆垂直的位移传感器检测测量挡板与位移传感器之间的相对位移，位移传感器将检测到的信号送至信号调理电路，进行滤波、放大整形和隔离处理，信号调理电路输出的信号送至下位机进行数据采集；下位机与上位机依靠调制解调器握手，通过矿山内部电话线通信；上位机将接收到的下位机传来的测量数据经过计算转换为实际的位移值后，显示、存储或打印；上位机将测量结果与设定的极限值进行比较，如果测量结果超过极限值，上位机自动报警。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：在垂直方向和水平方向设置两组十字交叉的差动型传感器，同时测量天轮的垂直位移和水平位移。

3.一种矿山井架安全自动监测装置，包括传感器及信号调理电路，其特征是：设有重力摆，重力摆安装在井架的顶部或接近顶部的地方，传感器安装在重力摆上，且与重力摆垂直，传感器的测量点设有测量挡板，测量挡板固定在井架上，传感器的输出端与信号调理电路的输入端相接。

4.根据权利要求3所述的自动监测装置，其特征是：传感器为差动型传感器，差动型传感器由传感器盘、垂直方向和水平方向设置在传感器盘上的两组位移传感器组成，传感器盘安装在重力摆上，竖直悬挂在测量挡板前方，传感器盘、位移传感器、测量挡板一起构成组合式倾斜传感器。

5.根据权利要求4所述的自动监测装置，其特征是：测量挡板固联在井架的天轮轴上。

6.根据权利要求3或4或5所述的自动监测装置，其特征是：所述信号调理电路由滤波电路、放大器、整形电路、隔离电路构成；滤波电路的输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端连接整形电路的输入端，整形电路的输出端连接隔离电路的输入端；设有下位机，隔离电路的输出端连接下位机的数据采集卡输入端。

7.根据权利要求3或4或5所述的自动监测装置，其特征是：设有伺服电机及传动机构，伺服电机通过传动机构驱动传感器盘进入或脱离工作位置。

8.根据权利要求6所述的自动监测装置，其特征是：设有上位机，上位机通过调制解调器、矿山内部电话线与下位机连接。

9.根据权利要求8所述的矿山井架安全自动监测装置，其特征在于：所述的信号调理电路由集成电路所构成；所述的上位机和下位机为工控机。

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