喬濤濤　吳建　任曉前　王前

摘要：結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及傳感器技術(shù)的發(fā)展，針對煤礦安全的問題，文章設(shè)計了一套基于云平臺的摩擦提升機滑動預(yù)警系統(tǒng)，給出了設(shè)計內(nèi)容以及技術(shù)路線，對于保障煤礦的安全生產(chǎn)具有很強的理論價值和現(xiàn)實意義，也為新技術(shù)在傳統(tǒng)工業(yè)的應(yīng)用提供了一種新的思路。

關(guān)鍵詞：云平臺；摩擦提升機；滑動預(yù)警

1 摩擦提升機滑動預(yù)警系統(tǒng)研究進展

現(xiàn)代礦井提升機提升量大，速度高，已發(fā)展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械。提升設(shè)備主要由提升鋼絲繩、平衡鋼絲繩、提升容器、井架、天輪、井筒設(shè)備（包括罐道、罐梁等）等組成。多繩摩擦式提升機在工作時利用摩擦傳遞動力，鋼絲繩搭放在摩擦輪的摩擦襯墊上，提升容器懸掛在鋼絲繩的兩端，在容器底部還懸掛有平衡鋼絲繩，鋼絲繩以一定的正壓力緊壓在摩擦襯墊之上便產(chǎn)生摩擦力。在此摩擦力的作用下，鋼絲繩便跟隨摩擦輪一起運動，從而實現(xiàn)容器的提升或下放。由于多繩摩擦式提升機具有安全性高、鋼絲繩直徑小、主導(dǎo)輪直徑小、設(shè)備重量輕、耗電少、價格便宜等優(yōu)點，發(fā)展很快。除用于深立井提升外，還可用于淺立井和斜井提升。由于摩擦提升靠提升鋼絲繩和摩擦襯墊之間的摩擦力來傳遞動力，因此有出現(xiàn)滑動事故的危險。

分析事故造成的原因，有人為因素存在，但更重要的是對提升機滑動現(xiàn)象的認(rèn)識不足，對滑動事故的重視度不夠，對滑動預(yù)警的手段缺乏所致。因此，有必要開展摩擦提升機滑動方面的研究，研制相關(guān)滑動預(yù)警系統(tǒng)，為提升機安全運行提供理論支撐和技術(shù)保障。本文的意義在于為煤礦安全生產(chǎn)保駕護航。

防滑設(shè)計及防滑計算并不能完全解決摩擦提升機滑動問題，因此，防滑裝置對于提升機滑動事故具有重要的作用。防滑制動功能多集中在提升機監(jiān)控系統(tǒng)中，例如ABB，SIMAG，GHH等公司生產(chǎn)的提升機監(jiān)控系統(tǒng)具有滑動檢測的功能。緊急制動時摩擦輪制動力矩過大是導(dǎo)致滑動事故的一個重要因素，因此，為了防止滑動事故的發(fā)生，國外一些公司研究和開發(fā)出了恒減速液壓制動系統(tǒng)。例如SIMAG公司生產(chǎn)的ST3-D型液壓站為雙泵雙閥恒減速液壓系統(tǒng)。在系統(tǒng)方案設(shè)計方面，潘弘等提出了使用MCGS組態(tài)上位機，使用PLC作為下位機，并以O(shè)PC進行通訊的提升機滑繩保護系統(tǒng)方案。馬軍提出了使用VC6.0開發(fā)上位機，利用HY-8021采集處理傳感器信號，通過總線與PC機進行通訊的鋼絲繩防滑在線監(jiān)測系統(tǒng)方案。許偉偉等提出了應(yīng)用三菱FX2N型可編程控制器和VISUAL BASIC（VB）6.0技術(shù)，設(shè)計提升防滑繩安全保護監(jiān)控系統(tǒng)。賈福音等設(shè)計了一種防溜車制動裝置，其原理是該裝置在正常提升時，彈性元件被液壓力壓在待工作位置。當(dāng)出現(xiàn)滑繩或溜車時，由電磁閥泄流，夾持摩擦體，夾持提升繩，使提升繩在摩擦力作用下制動。

云計算（cloud computing）基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說法。過去在圖中往往用云來表示電信網(wǎng)，后來也用來表示互聯(lián)網(wǎng)和底層基礎(chǔ)設(shè)施。因此，云計算甚至可以讓用戶體驗每秒10萬億次的運算能力，擁有這么強大的計算能力可以模擬核爆炸、預(yù)測氣候變化和市場發(fā)展趨勢。用戶通過電腦、筆記本、手機等方式接入數(shù)據(jù)中心，按自己的需求進行運算。

云計算逐漸廣泛應(yīng)用于教育、商業(yè)等行業(yè)。教育在云技術(shù)平臺上的開發(fā)和應(yīng)用，被稱為“教育云”。云教育從信息技術(shù)的應(yīng)用方面打破了傳統(tǒng)教育的壟斷和固有邊界。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)浪潮的生力軍。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)各方面。物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)和應(yīng)用，隨著其深入的發(fā)展和流量的增加，對數(shù)據(jù)儲存和計算量的要求將帶來云計算需求的增加。云計算在工業(yè)中也有所應(yīng)用，因此開發(fā)一套基于云平臺的摩擦提升機滑動預(yù)警系統(tǒng)具有一定的創(chuàng)新性和研究價值。

2 本文研究的主要內(nèi)容及特色

本文主要從幾個方面研究開展：（1）滑動預(yù)警判據(jù)理論研究。根據(jù)摩擦提升機運行特點，對滑動故障進行判斷，對滑動判據(jù)進行理論研究。在提升機運行時，通過安裝在摩擦輪和導(dǎo)向輪的編碼器檢測到摩擦輪和導(dǎo)向輪2個速度值V1和V2，當(dāng)△V1=|V1-V2|大于滑動速度設(shè)定值時，表明提升系統(tǒng)出現(xiàn)滑動，經(jīng)過時間△t后，檢測到滑動速度差值△V2，若△V1>△V2，說明滑動處于越滑越慢，屬安全滑動，此時由軟件系統(tǒng)發(fā)出滑動報警信號，提示司機注意；若△V1<△V2，說明滑動越來越快，滑動呈發(fā)散狀態(tài)，屬危險滑動，此時由軟件系統(tǒng)輸出控制信號，自動斷開提升機系統(tǒng)安全回路，實現(xiàn)提升機制動，當(dāng)摩擦輪停止后，若檢測仍屬危險滑動，則啟動鋼絲繩制動機構(gòu)實現(xiàn)滑動保護。（2）滑動預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。對系統(tǒng)所涉及的硬件進行選型設(shè)計，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制系統(tǒng)等。系統(tǒng)是基于西門子S7-300型PLC而開發(fā)的，利用STEP7編程軟件的語句表指令對程序進行編寫?？蓪崿F(xiàn)提升機運行全過程的滑動安全保護及盤式制動器回油路堵塞保護等功能。（3）滑動預(yù)警系統(tǒng)云平臺建設(shè)及終端人機交互設(shè)計。利用云平臺，設(shè)計不同終端交互人機界面。（4）滑動制動機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。為有效制止滑動，設(shè)計相關(guān)制動機構(gòu)并進行優(yōu)化。

3 本文研究的技術(shù)路線

系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能為：（1）實時檢測：能在提升作業(yè)全程實施滑繩速度在線監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)滑繩時，能顯示滑繩速度并發(fā)出報警信號。（2）危險滑動消除：當(dāng)危險滑動出現(xiàn)時，能對提升機實施安全制動，并啟動鋼絲繩制動機構(gòu)，并對鋼絲繩不造成損傷，消除危險滑動。（3）回油路保護：可對盤式制動系統(tǒng)回油路堵塞進行保護，實時監(jiān)測盤式制動系統(tǒng)回油路壓力，當(dāng)提升機制動時，回油路發(fā)生堵塞時開啟旁油路，實現(xiàn)堵塞保護。（4）多種控制方式：對于鋼絲繩制動機構(gòu)，具有自動與手動2種控制方式，且可方便轉(zhuǎn)換。（5）系統(tǒng)自檢：在系統(tǒng)自身出現(xiàn)故障不能正常工作時，能夠監(jiān)測并顯示故障原因，以便于用戶及時維護。（6）云平臺查看：在系統(tǒng)運行時實時聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳入云平臺，通過云平臺處理傳遞給客戶端進行有效的操作。

依據(jù)所要顯示的功能系統(tǒng)主要構(gòu)架如圖1所示。本文主要依據(jù)幾個步驟開展：（1）總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。下位機包括控制器、報警器、制動機構(gòu)、傳感器等。上位機包括顯示器、工控機、手機等手持設(shè)備。通過云平臺與控制器交換信息，將傳感器采集信息、控制器控制信息通過云平臺與上位機進行交換，通過云平臺對數(shù)據(jù)進行分析與交互，實現(xiàn)多終端監(jiān)控報警。（2）利用編碼器獲取提升機轉(zhuǎn)動脈沖信號，將速度脈沖信號轉(zhuǎn)換成速度及加速度信號，依據(jù)滑動判據(jù)理論對信號進行分析處理，判斷是否出現(xiàn)滑動，并將此信息通過云平臺傳遞給終端設(shè)備。（3）控制器根據(jù)通過云平臺傳遞過來的終端設(shè)備人機交互指令或傳感器所采信息進行判斷，執(zhí)行報警或開啟制動機構(gòu)。（4）利用proe以及有限元軟件等對制動機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。（5）滑動保護方法。本系統(tǒng)監(jiān)控及控制對象包括液壓系統(tǒng)、鋼絲繩制動機構(gòu)。液壓系統(tǒng)是鋼絲繩制動機構(gòu)實現(xiàn)制動和開啟的動力源，并配有大容量的蓄能器，本系統(tǒng)可對液壓系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)斷電時，立即切換到蓄能器應(yīng)用狀態(tài)，以保證在斷電的情況下，鋼絲繩制動機構(gòu)能夠正常開啟。當(dāng)產(chǎn)生危險滑動時，系統(tǒng)自動控制鋼絲繩制動機構(gòu)，提升鋼絲繩的制動，從而消除滑動，達到滑動保護的目的。（6）回油路堵塞保護是在安全制動時，通過輸入到軟件系統(tǒng)中的檢測到的回油路中的壓力值是否下降到要求值判斷能否回油。若不能回油，則通過軟件系統(tǒng)輸出控制信號使2位2通閥的旁油路回油。

4 結(jié)語

本文根據(jù)當(dāng)前摩擦提升機滑動預(yù)警研究進展情況，結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展新型的預(yù)警系統(tǒng)研究，設(shè)計了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，給出了研究內(nèi)容及技術(shù)路線。本預(yù)警裝置對于保障煤礦的安全生產(chǎn)具有很強的理論價值和現(xiàn)實意義，也為新技術(shù)在傳統(tǒng)工業(yè)的應(yīng)用提供了一種新的思路。