礦用鋼繩芯無損探傷在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案(豎井)

1、礦用單繩纏繞雙滾筒提升機(jī)豎井鋼絲繩在線實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案二一三年八月二日鋼絲繩在線實時監(jiān)控的設(shè)計方案一、 目前檢測的現(xiàn)狀煤礦的主副井提升鋼絲繩在遭遇淋水、粉塵、含硫氣體的惡劣環(huán)境下頻繁工作，鋼絲繩斷裂的事故時常發(fā)生。為了保證安全，煤礦安全規(guī)程以很大的篇幅對鋼絲繩的使用進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范。各種股捻鋼絲繩在1個捻距內(nèi)斷絲斷面積與鋼絲總斷面積之比或直徑量減小量達(dá)到煤礦安全規(guī)程第404條、405條、406條規(guī)定，提升鋼絲繩必須每天檢查1次，必須更換。每天眼看、手模、尺量檢查鋼絲繩。幾千米長的提升鋼絲繩由人工檢查，企圖及時發(fā)現(xiàn)缺陷，真有點勉為其難，內(nèi)部的斷絲就更不可能發(fā)現(xiàn)。在便攜式鋼絲繩電腦探傷儀誕生，從

2、技術(shù)上解決了煤礦鋼絲繩的在線檢測，眾多煤礦已率先投入使用。我們現(xiàn)行的檢測儀器是虛擬式的，利用現(xiàn)代的功能強(qiáng)大的IT技術(shù)，將該設(shè)備的的技術(shù)性能加以拓展與衍生，應(yīng)用于鋼絲繩在線實時監(jiān)控，成為煤礦保障安全的工具。二、 現(xiàn)場條件與要求目前需解決煤礦主副井鋼絲繩實時在線監(jiān)控方案，其現(xiàn)場條件：（一）主井為豎井，四繩摩擦式提升機(jī)的提升機(jī)，鋼絲繩的直徑為24.5mm，正常運(yùn)行速度為 m/s，。 監(jiān)控要求：在每根鋼絲繩上安裝一個傳感部件，并將采集的監(jiān)控信號送入操作機(jī)房，由機(jī)房的計算機(jī)進(jìn)行采樣控制與實時觀察，當(dāng)鋼絲繩往復(fù)運(yùn)動時，系統(tǒng)自動進(jìn)行采集信號，可定時對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；能對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析可生成檢測報告，同時有報

3、警提示；同時將機(jī)房內(nèi)計算機(jī)的鋼絲繩實時監(jiān)控信息上傳到調(diào)度監(jiān)控中心?，F(xiàn)場與機(jī)房圖三、 監(jiān)控方案的設(shè)計1、工作原理：GNDT鋼絲繩在線監(jiān)控系統(tǒng)采用雙重監(jiān)控方式：電磁監(jiān)測與視頻監(jiān)控兩大功能。可同時將兩種不同方式的監(jiān)控信息及時上傳到監(jiān)控主機(jī)，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行，真正實現(xiàn)了防患于未然的效果。監(jiān)測系統(tǒng)的傳感探頭外觀采用圓形結(jié)構(gòu)、周向環(huán)繞、軸向磁化，當(dāng)鋼絲繩快速通過傳感探頭時，傳感探頭中的永久磁鋼深度磁化鋼絲繩，并達(dá)到飽和。鋼絲繩的局部損傷等缺陷同步產(chǎn)生向外擴(kuò)散的漏磁場，向空間擴(kuò)散的信號經(jīng)集聚并被磁敏元件接收；同時金屬截面積變化同樣產(chǎn)生磁通量的變化，傳感部件中的磁橋回路的裝置及時地測量到磁通量變化的信號，

4、兩路信號同步通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后，將轉(zhuǎn)換后的壓縮數(shù)字信號輸入固定的計算機(jī)，由在線監(jiān)控系統(tǒng)的程序?qū)D(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行實行地、連續(xù)地、動態(tài)地顯示與觀察數(shù)據(jù)信號及其變化，并對數(shù)據(jù)實時處理分析，對缺陷超出限值及時發(fā)出預(yù)警信號，及時將預(yù)警數(shù)據(jù)與分析報告上傳至監(jiān)視與控制機(jī)構(gòu)。以便采取進(jìn)一步的合理預(yù)防手段，防范隱患擴(kuò)大或事故發(fā)生。在采用電磁原理監(jiān)測同時，設(shè)備增加了可選擇的現(xiàn)場視頻監(jiān)控，可及時將監(jiān)測現(xiàn)場的各種信息以視頻圖像的形式傳送控制監(jiān)控主機(jī)，能可靠地隨時掌握現(xiàn)場的信息，更好了保證監(jiān)測的效果。2技術(shù)參數(shù)Ø 對煤礦提升運(yùn)輸鋼絲繩進(jìn)行實時在線監(jiān)測，并對鋼絲繩內(nèi)外部各類缺陷（鋼絲繩的內(nèi)外部斷絲、銹蝕、變形、磨

5、損等）提出預(yù)警信號。Ø 根據(jù)不直徑的鋼絲繩選配傳感導(dǎo)套。Ø 鋼絲繩允許運(yùn)行速度：不大于 3m/s（在線固定安裝）Ø 根據(jù)煤礦安全規(guī)程中鋼絲繩的報廢要求的規(guī)定值予以報警： 危值損傷實時檢出率：=100% 危值損傷定量判準(zhǔn)率：95%限值損傷實時檢出率：=100% 限值損傷定量判準(zhǔn)率：95%Ø 金屬截面積定量變化率（LMA）檢測能力： 檢測靈敏度重復(fù)性允許誤差：±0.055% 檢測精度示值允許誤差：±0.5 Ø 位置（L）檢測能力：檢測長度示值百分比誤差：±0.3%Ø 鋼絲繩振擺幅容值域：0-20mmØ

6、; 紅外夜視距離: 5MØ 紅外遙控距離: 8MØ 鏡像功能: N/AØ 鏡頭安裝:Pin-hole 4.2mm lens Ø 紅外發(fā)視發(fā)光波長:850nmØ 系統(tǒng)工作電壓：AC220V±20%Ø 工作環(huán)境溫度：-20-+603主要功能：1) 產(chǎn)品嚴(yán)格按照煤礦安全規(guī)程和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21837-2008鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法。2) 固定式安裝，可對鋼絲繩壽命全過程進(jìn)行實時檢測和監(jiān)測功能；3) 同時系統(tǒng)增加視頻監(jiān)控功能，及時將監(jiān)控現(xiàn)場的信息以圖像的形式上傳至監(jiān)控主機(jī)，達(dá)到雙重監(jiān)控效果。4) 可對鋼絲繩剩余載荷進(jìn)行計算與可靠

7、評估5) 能準(zhǔn)確地檢測出在線鋼絲繩的斷絲、銹蝕、變形、金屬橫截面積損失等各類缺陷；6) 能夠準(zhǔn)確判斷鋼絲繩斷絲部分的準(zhǔn)確位置；7) 可對被測鋼絲繩全程狀態(tài)信息進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)換、處理及存儲；8) 可對鋼絲繩各種損傷進(jìn)行定性、定量檢測，并對超過一定范圍的損傷實時聲光報警；9) 可對鋼絲繩進(jìn)行全天候自動監(jiān)測，并及時提供完整的損傷檢測報告。系統(tǒng)能按日期自動生成數(shù)據(jù)庫，保存檢測數(shù)據(jù)，具有打印曲線及報表功能；10) 能夠在同一界面顯示一根、或多根鋼絲繩檢測曲線；11) 對鋼絲繩循環(huán)或往復(fù)運(yùn)動時，系統(tǒng)可自動控制往復(fù)周期，進(jìn)行連續(xù)地跟蹤監(jiān)測；12) 能實時對處理數(shù)據(jù)，對超限數(shù)據(jù)，裝置可以自動發(fā)出聲光報警；可根據(jù)

8、設(shè)定的危值和限值的量，進(jìn)行各類不同形式的報警，以提示核查超限點；13) 可對鋼絲繩損傷信號進(jìn)行有線或無線的通訊傳輸；14) 具有良好的自適應(yīng)能力，檢測結(jié)果穩(wěn)定、可靠。15) 具有系統(tǒng)防水，滿足特殊工況條件下的正常使用。16) 可在鋼絲繩浸油、抖動等未超限情況下使用。17) 該系統(tǒng)采用永磁勱磁技術(shù)，監(jiān)控結(jié)果的可靠性高、重復(fù)好。18) 硬盤空間滿足監(jiān)測記錄（五年以上）的存儲。4、系統(tǒng)框圖：系統(tǒng)布局示意圖5、適用范圍：適用于煤礦提升鋼絲繩的實時在線監(jiān)測與無損檢測，并對實時在線的鋼絲繩的缺陷提出預(yù)警信號。6、系統(tǒng)配置：監(jiān)控系統(tǒng)采用虛擬儀器形式，主要是傳感部件、電氣控制部件、多媒體計算機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

9、將裝有監(jiān)控系統(tǒng)軟件的計算機(jī)安裝在機(jī)房，與操作控制主機(jī)一起，可由值班人員對其進(jìn)行實時觀察。具體地從傳感部件安裝處將信號傳輸線直接牽入機(jī)房，連接在監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)，直接將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)街鳈C(jī)上，并由該部主機(jī)進(jìn)行設(shè)置、控制、存儲、處理等功能操作。主要配置：鋼絲繩在線實時監(jiān)控系統(tǒng)（雙繩豎井式）GNDTRTB型一套序號名 稱單 位數(shù)量1.安裝支架與平臺組22.伸縮式減振擺臂組23.可調(diào)節(jié)撐桿根24.距離定位裝置（含底座）組15.在線監(jiān)控傳感主機(jī)臺26.檢測導(dǎo)套（含端子線）組27.模數(shù)轉(zhuǎn)換器只18.電源控制箱只19.信號輸入傳輸線根210.信號輸入端子只211.限值報警器只112.同軸電纜米200

10、13.電纜米10014.雙絞纜線根215.RS232線根116.鋼絲繩在線監(jiān)控系統(tǒng)軟件套117.視頻系統(tǒng)監(jiān)控軟件套118.多媒體式監(jiān)控主機(jī)臺119.視頻安裝支架套120.視頻監(jiān)控傳感器只121.數(shù)據(jù)交換機(jī)只122.UPS電源只123.使用說明、檢測報告、合格證等技術(shù)資料套17、系統(tǒng)安裝設(shè)計1）、傳感部件對于單繩纏繞式豎井提升機(jī)，傳感部件有兩個部位可選擇性安裝：（一）安裝絞車機(jī)房出繩口；（二）安裝在提升機(jī)的室外天輪下方。針對兩個不同地方安裝傳感部件是根據(jù)不同的現(xiàn)場狀態(tài)進(jìn)行有目的選擇：當(dāng)提升機(jī)的正常速度一直處于低速運(yùn)行時，同時鋼絲繩在機(jī)房出繩口處運(yùn)行時瞬間振幅不大的情況下，建議將傳感部件安裝在出繩

11、口，安裝在此的優(yōu)點是對設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)方便，檢測的效果相對來說，不比天輪處好，該處運(yùn)行時均會產(chǎn)生瞬間振幅。對于豎井提升機(jī)，傳感部件首選天輪處，安裝在此處有幾大優(yōu)勢：首先鋼絲繩重復(fù)經(jīng)過天輪，鋼絲繩的損傷大多是由于長期反復(fù)彎折，同時加載重力后擠壓，造成疲勞損傷的概率大，也就是說反復(fù)經(jīng)過天輪處的鋼絲繩損傷的可能性就大，因此要監(jiān)測鋼絲繩的損傷，將傳感部件安裝此處位置應(yīng)比較合理；其二、在接進(jìn)天輪處是鋼絲繩與天輪接觸的切線出發(fā)點，此處鋼絲繩瞬間振幅最小，即便是緊急制動或突然斷電等突發(fā)情況，該處鋼絲繩的振動幅度也是最小處，鋼絲繩的振幅越小對監(jiān)測結(jié)果的效果就會越好；其三，此處鋼絲繩呈垂直狀態(tài)，傳感部件也呈垂直狀

12、態(tài)，傳感部件安裝在伸縮式搖臂上，將隨鋼絲繩的周向擺動而做相應(yīng)該的運(yùn)動，此時傳感部件與鋼絲繩的接觸沒有重力負(fù)載，因此很大程度減少了傳感部件與鋼絲繩接觸件（定位滾輪）的磨損，同時減少了目前維護(hù)的任務(wù)。綜合上三點所述，并結(jié)合該礦豎井提升機(jī)的鋼絲繩的高速運(yùn)行狀況，且瞬間振幅過大等因素，故該礦兩臺提升機(jī)的鋼絲繩監(jiān)測設(shè)備的傳感部件安裝在天輪下方較為合理。具體的實現(xiàn)方案：在絞車架的天輪下方一般均有檢修等工作平臺或支架，借助此處將傳感部件的底座可調(diào)支架固定在平臺上，在滑動支架上安裝一組可伸縮式搖臂，再將傳感部件固定在搖臂上，這樣可有效地控制傳感部件將隨著鋼絲繩的周向擺動而動。同時調(diào)節(jié)傳感部件上的六只定滾輪，可

13、將鋼絲繩有效地控制在其中與不與導(dǎo)套壁接觸，不會造成檢測器件的損壞，同時也不會對鋼絲繩和傳感器的導(dǎo)套產(chǎn)生磨擦而造成損傷。每根鋼絲繩上均安裝一組同樣的傳感部件。視頻監(jiān)控探頭直接安裝在井架平臺上，直對于傳感部件后部，全面觀察到傳感部件運(yùn)行情況為宜。傳感部件垂直安裝式減振支架安裝機(jī)房的萬向式支架2）、電氣控制部分（模數(shù)轉(zhuǎn)換）電氣控制箱中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換部分和電路電源控制部分，外機(jī)箱采用防水、防潮的金屬外殼，一般情況下直接安裝于復(fù)合支架的背面或安裝在井架平臺處。3）、監(jiān)控主機(jī)的安裝多媒體監(jiān)控主機(jī)采用紅外多點觸摸屏，同時配備聲光報警和高容后備電源，以防突然斷電造成的數(shù)據(jù)丟失，可直接屏幕操作，

14、機(jī)器內(nèi)均配有備用鍵盤與鼠標(biāo)；可直接放置在控制機(jī)房內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到缺陷預(yù)警時，司控人員可觀察的地方。4）、各單元之間的連接傳感部件與電氣控制箱采用信號屏蔽電纜，距離10米；使用礦用阻燃電纜將220V的電源送到電氣控制箱內(nèi)；視頻裝置、電氣控制箱與多媒體計算機(jī)分別采用同軸電纜與以太網(wǎng)信號傳輸電纜連接。5）、機(jī)房與調(diào)度中心的對接在機(jī)房中安裝多媒體式監(jiān)控主機(jī)，在此處加設(shè)一組網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸線與調(diào)試中心的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對接（以RJ45接口），用網(wǎng)絡(luò)共享的方式將主機(jī)中實時監(jiān)控信息及時的上傳至調(diào)試監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)全礦局域網(wǎng)絡(luò)共享功能。8軟件的功能由于系統(tǒng)采用了減振安裝支架，減小鋼絲繩振動，并將聚磁技術(shù)和平衡技術(shù)的傳感器安裝在鋼絲繩平穩(wěn)段處，即能收集精確的檢測信號，將模擬信號輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器中將其輪換為