CN102311023B - 在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法，包括以下步骤：首先，拉力传感器测量钢丝绳的张力实时检测负载重量，发送装置通过无线的方式将调制后的信号发送出去，接收装置将无线信号转化成并送至单片机。之后，单片机将数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号，经由串行总线将附加启动力矩信号发送到上位机；最后，上位机综合启动力矩信号和附加启动力矩信号，设定叠加力矩多对应的叠加电流信号并判断机械闸是否断开，若机械闸已断开，向控制器电动机输出叠加电流信号，保证电动机启动。本发明能同时满足提升机重载、轻载或空载下的启动要求，避免提升机在启动时出现倒转现象，提高了煤矿生产的安全性。

Description

在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法及系统

技术领域

本发明涉及一种矿井提升机附加启动力矩给定方法，特别是一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法及系统。

背景技术

采用立井提升的矿井生产中，提升机的运行状况直接关系到矿上的安全生产。目前，绝大多数立井提升机采用双箕斗提升，当其空载时可认为提升机的阻力矩近似为零，在载重时提升机的阻力矩由提升货物的重量产生。当机械闸松开，提升机进行启动时，提升货载的重量立即由电动机产生的启动力矩承担，即给电动机一个阶跃负载。如果在电动机建立提升附加启动力矩期间，电动机提供的提升启动力矩小于提升系统的阻力矩，提升机会在重物的拖动下作下放运动，出现反转现象，且随着重物的加重，反转现象加剧，持续时间变长，直到二者平衡时提升机静止，然后提升机才正向加速，提升系统进入正向加速阶段，这种反转现象对矿井安全生产是非常不利的。

目前，电动机的启动停车普遍采用双闭环控制，由于电流环和转速环的延迟环节必然会导致提升机倒转，为解决这一问题，现有技术采用微分前馈的方法进行超前补偿，使机械闸松开时电动机的启动力矩大于重物的阻力矩，以避免倒转。但在实际应用中，这种方法不能满足提升系统在空载或轻载时对控制特性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法，以解决现有技术中矿井提升机提升系统空载或轻载启动提升机反转的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统，以解决现有技术中矿井提升机提升系统空载或轻载启动提升机反转的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法，包括以下步骤：

（1）拉力传感器测量钢丝绳的张力实时检测负载重量，并将检测值传送至发送装置；

（2）发送装置接收检测值对检测值进行放大调制处理，并通过无线的方式将调制后的信号发送出去；

（3）接收装置接收发送装置发送出的无线信号，将无线信号转化成电压信号，得到数字重量信号，并将数字重量信号发送至单片机。

（4）单片机接收数字重量信号，将数字重量信号与预先存储的标准载重值进行比较，判断提升机所处的附加阶段，并根据判断得到的附加阶段对数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号，然后经由串行总线将附加启动力矩信号发送到上位机；

（5）上位机综合启动力矩信号和附加启动力矩信号，设定叠加力矩多对应的叠加电流信号；

（6）上位机实时监测，判断机械闸是否断开，若机械闸已断开，执行步骤（7）；否则，返回步骤（1）；

（7）上位机向控制器电动机输出叠加电流信号，保证电动机启动。

依照本发明较佳实施例所述的一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法，该附加阶段具体包括不附加阶段、小附加阶段和全附加阶段，不附加阶段适用于负载较轻情况下的启动要求；小附加阶段适用于一般负载情况下的要求；全附加阶段适用于超载或紧急情况下的启动要求。

依照本发明较佳实施例所述的一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法，步骤（1）之前还包括：预先设定提升机载重重量上限及下限，若载重重量小于重量下限，则处于不附加阶段；若载重重量处于重量下限与重量上限之间，则处于小附加阶段；若载重重量大于重量上限，则处于全附加阶段。

本发明还提供一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统，包括：

拉力传感器，安装在矿井提升机的箕斗上方，用以测量钢丝绳的张力实时监测负载重量值，并将检测值传送至发送装置；

发送装置，与拉力传感器连接，用以对接收到的检测值进行放大调制处理，并通过无线的方式将调制后的信号发送出去；

接收装置，与发送装置连接，用以无线信号转化成电压信号，得到数字重量信号，并将数字重量信号发送至单片机；

单片机，与接收装置连接，用以将数字重量信号与预先存储的标准载重值进行比较，判断提升机所处的附加阶段，并根据判断得到的附加阶段对数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号，然后经由串行总线将附加启动力矩信号发送到上位机；

上位机，与单片机连接，用以综合启动力矩信号和附加启动力矩信号，设定叠加力矩多对应的叠加电流信号；并根据实时监测，判断机械闸是否断开，若机械闸已断开，则向控制器电动机输出叠加电流信号，保证电动机启动。

依照本发明较佳实施例所述的一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统，其发送装置进一步包括：

第一调理电路，包括两级第一电压调理电路，用以对拉力传感器的检测值进行调理，使其具有一定的驱动能力；

无线发射模块，与调理电路连接，用以对检测值进行功率放大后进行调制处理，并将调制后的信号发射出去。

依照本发明较佳实施例所述的一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统，其接收装置进一步包括：

无线接收模块，用以接收无线发射模块发出的信号，并将接收到的信号进行解调还原后发送至第二电压调理电路；

第二电压调理电路，与无线接收模块连接，用以将信号调理到适合A/D转换电路的电压信号；

A/D转换电路，与第二电压调理电路连接，用以将电压信号转换成数字重量信号。

依照本发明较佳实施例所述的一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统，其单片机进一步包括：

数据存储模块，用以存储预先设定的提升机载重重量上限及下限值；

附加阶段判断模块，用以将数字重量信号与提升机载重重量上限及下限值进行比较，判断提升机所处的附加阶段；

附加启动力矩计算模块，用以根据附加阶段判断模块的判断结果对数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号；

信号发送模块，用以通过串行总线将附加启动力矩信号发送到上位机。

本发明通过在线载重测量装置得到提升负载重量，经单片机计算得到附加启动力矩信号，解决了双闭环控制中电流环和转速换的延时问题，较之现有微分前馈的超前补偿方法，该方法可以通过单片机内程序实时计算所需启动力矩，故能同时满足提升机重载、轻载或空载下的启动要求，避免提升机在启动时出现倒转现象，提高了煤矿生产的安全性。

附图说明

图1为本发明在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法的方法流程图；

图2为本发明在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统的应用示意图。

图3为本发明实施例的一种发送装置的结构原理图。

图4为本发明实施例的一种接收装置的结构原理图。

图5为本发明实施例的一种单片机的结构原理图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

以下的实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

请参阅图1，一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法，包括以下步骤：

S11：拉力传感器测量钢丝绳的张力实时检测负载重量，并将检测值传送至发送装置；

S12：发送装置接收检测值对检测值进行放大调制处理，并通过无线的方式将调制后的信号发送出去；

S13：接收装置接收发送装置发送出的无线信号，将无线信号转化成电压信号，得到数字重量信号，并将数字重量信号发送至单片机。

S14：单片机接收数字重量信号，将数字重量信号与预先存储的标准载重值进行比较，判断提升机所处的附加阶段，并根据判断得到的附加阶段对数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号，然后经由串行总线将附加启动力矩信号发送到上位机；

S15：上位机综合启动力矩信号和附加启动力矩信号，设定叠加力矩多对应的叠加电流信号；

S16：上位机实时监测，判断机械闸是否断开，若机械闸已断开，执行步骤S17：；否则，返回步骤S11；

S17：上位机向控制器电动机输出叠加电流信号，保证电动机启动。

上述的方法中，该附加阶段具体包括不附加阶段、小附加阶段和全附加阶段，不附加阶段适用于负载较轻情况下的启动要求；小附加阶段适用于一般负载情况下的要求；全附加阶段适用于超载或紧急情况下的启动要求。

另外，在本发明的方法中，步骤（1）之前还包括：预先设定提升机载重重量上限及下限，若载重重量小于重量下限，则处于不附加阶段；若载重重量处于重量下限与重量上限之间，则处于小附加阶段；若载重重量大于重量上限，则处于全附加阶段。

不附加阶段适用于负载较轻，由电动机产生的力矩完全可以在不反转的情况下启动；小附加阶段适用于一般负载，即提升机全载的时候通过叠加此电流便可满足要求；大附加阶段则适用于提升机重物过重或出现紧急情况需要大力矩的时候。这些值均可在单片机中进行设定，当提升机完成启动后可逐渐减小叠加的电流量，直到叠加量为零电动机正常运行，叠加量减小的快慢可根据实际情况而定。

请同时参阅图2至图5，本发明还提供一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统，包括：拉力传感器10、发送装置11、接收装置12、单片机13和上位机14。

拉力传感器10安装在箕斗20上方，测量钢丝绳30的张力实时检测负载重量，并将检测值传送至发送装置11；发送装置11通过无线的方式将信号发送出去；装在井口40的接收装置12接收信号，并将信号解码处理后送入单片机13。单片机13根据接收到的数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号，然后经由串行总线发送到上位机14。上位机综合启动力矩信号和附加启动力矩信号，为电动机驱动部分送出叠加力矩所对应的电流信号。

发送装置11用以对接收到的检测值进行放大调制处理，并通过无线的方式将调制后的信号发送出去，其进一步包括：

第一调理电路111，包括两级第一电压调理电路112，用以对拉力传感器10的检测值进行调理，使其具有一定的驱动能力；

无线发射模块113，与调理电路111连接，用以对检测值进行功率放大后进行调制处理，并将调制后的信号发射出去。

接收装置12与发送装置11连接，用以无线信号转化成电压信号，得到数字重量信号，并将数字重量信号发送至单片机13，其进一步包括：

无线接收模块121，用以接收无线发射模块113发出的信号，并将接收到的信号进行解调还原后发送至第二电压调理电路122；

第二电压调理电路122，与无线接收模块121连接，用以将信号调理到适合A/D转换电路123的电压信号；

A/D转换电路123，与第二电压调理电路122连接，用以将电压信号转换成数字重量信号。

单片机13与接收装置12连接，用以将数字重量信号与预先存储的标准载重值进行比较，判断提升机所处的附加阶段，并根据判断得到的附加阶段对数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号，然后经由串行总线将附加启动力矩信号发送到上位机14，其进一步包括：

数据存储模块131，用以存储预先设定的提升机载重重量上限及下限值；

附加阶段判断模块132，用以将数字重量信号与提升机载重重量上限及下限值进行比较，判断提升机所处的附加阶段；

附加启动力矩计算模块133，用以根据附加阶段判断模块的判断结果对数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号；

信号发送模块134，用以通过串行总线将附加启动力矩信号发送到上位机14。

单片机13的控制分为三个阶段：不附加阶段、小附加阶段和全附加阶段。不附加阶段适用于负载较轻，由电动机产生的力矩完全可以在不反转的情况下启动；小附加阶段适用于一般负载，即提升机全载的时候通过叠加此电流便可满足要求；大附加阶段则适用于提升机重物过重或出现紧急情况需要大力矩的时候。在本发明的上述实施例中，附加启动力矩的值通过实时计算得到，其也可在单片机中预先进行设定，当提升机完成启动后可逐渐减小叠加的电流量，直到叠加量为零电动机正常运行，叠加量减小的快慢可根据实际情况而定。

上位机14与单片机13连接，用以综合启动力矩信号和附加启动力矩信号，设定叠加力矩多对应的叠加电流信号；并根据实时监测，判断机械闸是否断开，若机械闸已断开，则向控制器电动机输出叠加电流信号，保证电动机启动。

本发明通过在线载重测量装置得到提升负载重量，经单片机计算得到附加启动力矩信号，解决了双闭环控制中电流环和转速换的延时问题，较之现有微分前馈的超前补偿方法，该方法可以通过单片机内程序实时计算所需启动力矩，故能同时满足提升机重载、轻载或空载下的启动要求，避免提升机在启动时出现倒转现象，提高了煤矿生产的安全性。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法，其特征在于，包括以下步骤： 

（1）拉力传感器测量钢丝绳的张力实时检测负载重量，并将检测值传送至发送装置； 

（2）发送装置接收检测值对检测值进行放大调制处理，并通过无线的方式将调制后的信号发送出去； 

（3）接收装置接收发送装置发送出的调制后的信号，将所述调制后的信号转化成电压信号，得到数字重量信号，并将所述数字重量信号发送至单片机 ；

（4）单片机接收所述数字重量信号，将数字重量信号与预先存储的标准载重值进行比较，判断提升机所处的附加阶段，并根据判断得到的附加阶段对数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号，然后经由串行总线将附加启动力矩信号发送到上位机； 

（5）上位机综合启动力矩信号和附加启动力矩信号，设定叠加力矩所对应的叠加电流信号； 

（6）上位机实时监测，判断机械闸是否断开，若机械闸已断开，执行步骤（7）；否则，返回步骤（1）； 

（7）上位机向控制器电动机输出叠加电流信号，保证电动机启动。 

2.如权利要求1所述的一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法，其特征在于，所述附加阶段具体包括不附加阶段、小附加阶段和全附加阶段，所述不附加阶段适用于负载较轻情况下的启动要求；所述小附加阶段适用于一般负载情况下的要求；所述全附加阶段适用于超载或紧急情况下的启动要求。 

3.如权利要求1所述的一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定方法，其特征在于，步骤（1）之前还包括：预先设定提升机载重重量上限及下限，若载重重量小于重量下限，则处于不附加阶段；若载重重量处于重量下限与重量上限之间，则处于小附加阶段；若载重重量大于重量上限，则 处于全附加阶段。 

4.一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统，其特征在于，包括： 

拉力传感器，安装在矿井提升机的箕斗上方，用以测量钢丝绳的张力实时监测负载重量值，并将检测值传送至发送装置； 

发送装置，与所述拉力传感器连接，用以对接收到的检测值进行放大调制处理，并通过无线的方式将调制后的信号发送出去； 

接收装置，与所述发送装置连接，用以将所述调制后的信号转化成电压信号，得到数字重量信号，并将所述数字重量信号发送至单片机； 

单片机，与所述接收装置连接，用以将数字重量信号与预先存储的标准载重值进行比较，判断提升机所处的附加阶段，并根据判断得到的附加阶段对数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号，然后经由串行总线将附加启动力矩信号发送到上位机； 

上位机，与所述单片机连接，用以综合启动力矩信号和附加启动力矩信号，设定叠加力矩所对应的叠加电流信号；并根据实时监测，判断机械闸是否断开，若机械闸已断开，则向控制器电动机输出叠加电流信号，保证电动机启动。 

5.如权利要求4所述的一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统，其特征在于，所述发送装置进一步包括： 

第一调理电路，包括两级第一电压调理电路，用以对拉力传感器的检测值进行调理，使其具有一定的驱动能力； 

无线发射模块，与所述第一调理电路连接，用以对检测值进行功率放大后进行调制处理，并将调制后的信号发射出去。 

6.如权利要求4所述的一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统，其特征在于，所述接收装置进一步包括： 

无线接收模块，用以接收所述发送装置发出的信号，并将接收到的信号进行解调还原后发送至第二电压调理电路； 

第二电压调理电路，与所述无线接收模块连接，用以将信号调理到适合A/D转换电路的电压信号； 

A/D转换电路，与所述第二电压调理电路连接，用以将电压信号转换成数字重量信号。 

7.如权利要求4所述的一种在线检测载重的矿井提升机附加启动力矩给定系统，其特征在于，所述单片机进一步包括： 

数据存储模块，用以存储预先设定的提升机载重重量上限及下限值； 

附加阶段判断模块，用以将数字重量信号与提升机载重重量上限及下限值进行比较，判断提升机所处的附加阶段； 

附加启动力矩计算模块，用以根据附加阶段判断模块的判断结果对数字重量信号进行运算，得到需要叠加的附加启动力矩信号； 

信号发送模块，用以通过串行总线将附加启动力矩信号发送到上位机。 

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