21-西和中宝激光检测式罐笼位置实时检测装置的研发与应用

西和中宝激光检测式罐笼位置实时检测

装置的研发与应用

一、研发背景

1、研发必要性

在进行矿山作业时，提升罐笼会由于各种外界因素出现卡罐事故。虽然在实际运行中这种事故发生的概率很小，但是一旦发生了事故，其所带来的危害是很大的，甚至会给企业和作业人员及装备带来恶性事故和重大财产损失。所以，在这种背景下，如何用技术手段以最短的时间发现卡罐自动做出报警或者闭锁输出是非常必要的。目前虽然各个矿山都安装了松绳保护，在罐笼卡住时可以检测到钢丝绳的松坠，但是这种保护仅限于罐笼接近井口处卡罐时有作用，当罐笼在离开井口一段距离后处发生卡罐时，钢丝绳在自身重力的情况下仍然不会松脱坠入或坠出松绳保护范围。也就是说想要实现及时发现罐笼卡罐最直接有效的方式就是实时检测罐笼的位置。所以本方案主要围绕罐笼实时位置检测设计。

2、目前常见罐笼实时检测的方式以及技术优缺点

（1）深度指示器---依靠机械传动标识出罐笼位置，利用机械传递和涡轮旋转原理间接的显示罐笼位置，其误差十分大，实际上检测的是提升机卷筒转动的圈数，当罐笼发生卡罐时只要提升机仍然保持转动，深度指示器是无法发现的！所以这种位置显示对卡罐根本没有监视作用，只能对操作人员有参考价值。

（2）编码器数运算实时位置----依靠安装在主轴上的编码器发送脉冲PLC由PLC计算得到罐笼位置，这种方式其显示精度相对较高，但是其原理仍然是检测提升机卷筒等转动的圈数来确定罐笼位置，当卡罐发生时钢绳依旧下坠仍然无法通过这种检测方式及时发现。

（3）格雷母线检测---利用最简单的单匝线圈的感应原理,当天线箱线圈中通入交变电流时，在天线箱附近会产生交变磁场，每对格雷母线芯线会产生感应电动势。地址检测单元对接收到的交叉线的信号相位与平行线的信号相位进行比较。这种方式是一种真正意义上的实时检测，实现了对罐笼的完全、直接的检测，但是这种检测也有两个很大的弊端：一是需要沿着井筒铺设格雷母线，安装维护不方便。二是造价极其昂贵，维护不方便、造价与立井的深度成正比。

二、成果内容

1、工作原理

激光检测式罐笼位置检测装置采用激光测距传感器实时检测罐笼在井筒中的位置，同时在卷扬机房提升机转动部位安装编码器，检测提升机转动所产生的罐笼在井筒中的应在位置；将两个检测装置所产生的数据传至控制PLC中，对两组数据进行检测对比计算，如两组数据差值在规定的范围内，则认为提升机运行正常，未出现卡罐事故，提升机可正常运行，若两组数据差值超出规定的误差范围，则认为提升机出现卡罐事故，立即发出报警信号，同时停止提升机运行。该装置还设定了数据校准清零开关，保证编码器检测数据的准确性。

2、主要系统构成

（1）在井口处安装一个激光测距传感器，实时测量罐笼的位置并将罐笼位置转换为模拟量或者以太网通讯信号传送到卷扬机房控制室甚至调度室，采集控制箱内的PLC供其分析，考虑到光感原件在水雾及冷天结露的情况，在传感器的镜头侧安装一个热风机，当感光镜产生雾气和结露时开启，以保证传感器的正常运行。

（2）在卷扬机房的安装一个编码器检测卷扬机卷动钢丝绳的长度以及速度，并以脉冲的方式传送给采集箱的PLC供其对比分析运算罐笼实时位置和利用PLC计算分析罐笼运行情况。

（3）在深度指示器停车点安装一个接近开关，用来校正零位找出对比的基准点。

（4）卷扬机房安装信号采集箱，接收激光测距传感器的数据进行分析运算并于编码器传来的数据进行对比，当两个信号的运算结果基本一致说明罐笼运行正常，当两组数据差距变大说明有可能有卡罐或其他故障发生，此时信号采集箱的PLC驱动机器制动卷扬机控制柜，同时发出声光报警，及通过以太网接口传送数据给调度室。为了保证采集信号的自动校准，信号采集箱要采集零点位置作为基准和清零，同时还要接入卷扬机运行的信号来判定卷扬机是否在运行状态。