刮板输送机链条状态监控及保护系统技术方案

本发明专利技术公开了一种刮板输送机链条状态监控及保护系统，其特征在于：包括微控制器单元、无线测量单元、交流采样单元、模拟量调理单元、显示单元、通讯单元、按键单元、开关量单元和驱动单元。本发明专利技术采用模块化的系统结构，将上述各单元组成一个有机整体，采用无线测量技术更加直接准确地监测链条运行状态，根据负荷情况动态调整链条的状态，在出现卡链、断链事故后通过发送报警信号给组合开关进行故障保护，并进行故障报警，提高了刮板输送机运行的安全性和稳定性，保证煤矿井下的生产安全。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种刮板输送机链条状态监控及保护系统，其特征在于：包括微控制器单元、无线测量单元、交流采样单元、模拟量调理单元、显示单元、通讯单元、按键单元、开关量单元和驱动单元。本专利技术采用模块化的系统结构，将上述各单元组成一个有机整体，采用无线测量技术更加直接准确地监测链条运行状态，根据负荷情况动态调整链条的状态，在出现卡链、断链事故后通过发送报警信号给组合开关进行故障保护，并进行故障报警，提高了刮板输送机运行的安全性和稳定性，保证煤矿井下的生产安全。【专利说明】刮板输送机链条状态监控及保护系统
本专利技术涉及一种刮板输送机链条状态监控及故障保护系统，尤其适用于煤矿井下综采工作面大功率刮板输送机链条状态监控及保护。
技术介绍
刮板输送机是矿井综采工作面的主要运煤设备，其运行可靠性直接影响着工作面采煤的连续性和安全性。同时，随着生产效率的不断提高，大力建设年产千万吨级综采工作面已成为我国矿井主要发展方向。这就要求综采工作面刮板输送机装机运输容量不断提升，同时对刮板输送机的故障保护也提出了更高要求。据统计，刮板输送机40%以上的故障都是由链条引起的，所以对链条进行状态监测和保护可以有效地降低刮板输送机故障概率。综采工作面环境复杂，刮板输送机运行时受负载不平衡、片帮和液压支架分组推溜等原因的影响，造成链条张紧力分布不均匀，使链条发生塑性形变和弹性形变，导致链条不是过紧就是过松。链条过紧或过松均会使链条不能与链轮正常啮合。链条过紧会引起链条内侧磨损加重，导致跳链或断链；链条过松则会引起链轮下部的链条堆积，导致卡链事故。此外，链条过紧会加大电机的输出功率，引起电机、液力耦合器、减速器等传动机构运行温度升高，大大缩短设备使用寿命。目前，国内主要通过油缸压力与刮板输送机链条张力对应关系、悬垂量与刮板输送机链条张力对应关系这两种方法来判断刮板输送机链条的张紧状态，从而实现自动或手动控制链条张紧力。但是，由于这些参量难以在刮板输送机运行过程中实时准确测量，因此实际控制时一般采用手动控制方式，未能实现自动控制，不能满足自动化工作面的建设要求。国内现已研制出基于恒压方式控制的链条张紧装置，由于其不能随着链条张力的变化进行实时调节，所以未得到广泛应用。现如今，矿用刮板输送机链条状态仍然以人工观测为主，即工人依靠其实践经验在易堆链处对链条的松紧程度进行判断后，手动调节液压油缸以达到调节链条松紧的目的，因此存在很大的不确定性和随机性，容易引发链条故障。国外对刮板输送机链条状态监测的研究较早，但直接测量发生在链条上的张力变化一直是研究难点，所以仍以间接测量方式为主，主要包括以下三种测量方式:(1)悬垂量与张力关系；(2)功率与张力关系；(3)机尾伸缩油缸压力与张力关系。根据这三种原理，德国DBT公司和美国JOY公司均开发出了相应的链条张紧装置。由于负荷发生变化后，悬垂度、功率或伸缩油缸压力与张力的关系也会随之改变，因此这些方法均不能根据外界负荷变化实时动态调整链条张紧力，这也是为什么这几家公司的产品进口后常常被矿方置于手动方式的原因所在。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤矿井下刮板输送机链条状态监控及保护系统，用于解决煤矿井下刮板输送机链条状态不能实时准确监测、链条不能随负载变化自动调整运行状态、在发生卡链和断链故障后不能及时对链条进行保护等问题。通过对刮板输送机运行状态、链条张紧状态和刮板输送机负荷状态的特征量进行在线检测、信息融合和特征提取，驱动单元调整刮板输送机链条张紧度使其根据负载变化进行实时调整，并对卡链、断链故障进行诊断、保护和报警，从而在故障发生后及时停止刮板输送机的运转，确保刮板输送机的安全运行，保证煤矿井下的生产安全。本专利技术提供的技术方案是:一种刮板输送机链条状态监控及保护系统，其特征在于:包括微控制器单元、无线测量单元、交流采样单元、模拟量调理单元、显示单元、通讯单元、按键单元、开关量单元和驱动单元； 所述微控制器单元采用双CPU结构，用于提高系统控制的实时性； 所述无线测量单元，包括感应测力传感器、信号调理模块、发射模块、接收模块和天线，其中感应测力传感器安装在刮板输送机链条上，用于测量链环的纵向形变，进而得到链条所受的张力；通过该单元将测量的链条张力信息发送至微控制器单元； 所述交流采样单元包括三相电流互感器、相电流调理电路和电流采集模块，该单元输入与三相电流互感器相连接，其中三相电流互感器安装在刮板输送机机尾电机进线处，用于测量电机电流，其输出接相电流调理电路；电流采集模块输出接口接微控制器的GPIO口，通过虚拟SPI方式进行电流值的读取； 所述模拟量调理单元，包括测速传感器、压力传感器和行程传感器，其中测速传感器安装在刮板输送机机尾电机上，用于测量电机转速；压力传感器和行程传感器安装在刮板输送机机尾油缸内，用于测量油缸压力和油缸行程，并通过与液压支架建立通信连接，实时采集采煤机的位置信号；该单元是将采集的信号经过隔离输入保护电路、贝塞尔滤波器、跟随电路、分压电路及限压保护电路处理后与微控制器的A/D管脚相连； 所述显示单元，包括液晶屏和可触摸彩屏，液晶屏与微控制器的GPIO 口相连接，可触摸彩屏置于防爆外壳内，通过通信方式与微控制器相连； 所述通讯单元，由两路RS-485通信电路和I路SPI通信电路组成，其中微控制器之间使用SPI方式通信，微控制器与无线测量单元的接收模块使用RS-485方式通信，微控制器与可触摸彩屏使用RS-485通信方式； 所述按键单元，为4X8矩阵键盘，其输出与微控制器的GPIO 口相连接，对本系统的工作参数进行设置； 所述开关量单元，包括采煤机和刮板输送机启动信号、急停按钮信号，急停按钮与微控制器的中断口 O相连，其余开关量输入信号与微控制器的GPIO 口相连接； 所述驱动单元，是将本系统的控制驱动电路与微控制器的GPIO 口相连接，通过控制电磁先导阀来对液压系统进行调节，进而调整刮板输送机机尾，使链条始终维持在一个较理想的张紧状态。本专利技术中，所述的微控制器单元包括微控制器单元一和微控制器单元二，其CPU均采用C8051R)20型单片机，微控制器单元一负责数据显示、按键输入、开关量输入以及与接收模块和微控制器单元二通信，微控制器单元二负责传感器信号采集、综合判断、输出驱动控制以及与微控制器单元一通信。本专利技术中，所述的显示单元中液晶屏为128*64液晶屏，可触摸彩屏为10寸可触摸彩屏。本专利技术提供的方案具体实现过程为:在刮板输送机链条上安装感应测力传感器，测量链环的纵向形变来得到链条所受张力，并通过无线通讯方式将数据发送至微控制器；在刮板输送机机尾电机上安装测速传感器，用于测量电机转速；在电机进线处安装三相电流互感器，用于测量电机电流；在刮板输送机机尾油缸内安装压力传感器和行程传感器，用于测量油缸压力和油缸行程，并通过与液压支架建立通信连接，实时采集采煤机的位置信号；刮板输送机机尾采用可移动机尾，在机尾两侧安装液压油缸，系统通过控制液压系统来实时调整链条的张紧程度。微控制器通过采集以上传感器信号，对刮板输送机运行状态、链条张紧状态和刮板输送机的实际运载负荷进行综合判断后，微控制器的驱动单元控制液压系统对刮板输送机机尾的伸缩量进行调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刮板输送机链条状态监控及保护系统，其特征在于：包括微控制器单元、无线测量单元、交流采样单元、模拟量调理单元、显示单元、通讯单元、按键单元、开关量单元和驱动单元；所述微控制器单元采用双CPU结构，用于提高系统控制的实时性；所述无线测量单元，包括感应测力传感器、信号调理模块、发射模块、接收模块和天线，其中感应测力传感器安装在刮板输送机链条上，用于测量链环的纵向形变，进而得到链条所受的张力；通过该单元将测量的链条张力信息发送至微控制器单元；所述交流采样单元包括三相电流互感器、相电流调理电路和电流采集模块，该单元输入与三相电流互感器相连接；其中三相电流互感器安装在刮板输送机机尾电机进线处，用于测量电机电流，输出接相电流调理电路；电流采集模块输出接口接微控制器的GPIO口，通过虚拟SPI方式进行电流值的读取；?所述模拟量调理单元，包括测速传感器、压力传感器和行程传感器，其中测速传感器安装在刮板输送机机尾电机上，用于测量电机转速；压力传感器和行程传感器安装在刮板输送机机尾油缸内，用于测量油缸压力和油缸行程，并通过与液压支架建立通信连接，实时采集采煤机的位置信号；该单元是将采集的信号经过隔离输入保护电路、贝塞尔滤波器、跟随电路、分压电路及限压保护电路处理后与微控制器的A/D管脚相连；所述显示单元，包括液晶屏和可触摸彩屏，液晶屏与微控制器的GPIO口相连接，可触摸彩屏置于防爆外壳内，通过通信方式与微控制器相连；所述通讯单元，由两路RS?485通信电路和1路SPI通信电路组成，其中微控制器之间使用SPI方式通信，微控制器与无线测量单元的接收模块使用RS?485方式通信，微控制器与可触摸彩屏使用RS?485通信方式；所述按键单元，为4×8矩阵键盘，其输出与微控制器的GPIO口相连接，对本系统的工作参数进行设置；所述开关量单元，包括采煤机和刮板输送机启动信号、急停按钮信号，急停按钮与微控制器的中断口0相连，其余开关量输入信号与微控制器的GPIO口相连接；所述驱动单元，是将本系统的控制驱动电路与微控制器的GPIO口相连接，通过控制电磁先导阀来对液压系统进行调节，进而调整刮板输送机机尾，使链条始终维持在一个较理想的张紧状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋建成，李艳伟，雷志鹏，席庆祥，李建华，樊建军，田慕琴，许春雨，高云广，郑丽君，耿蒲龙，赵晋生，
申请(专利权)人：太原理工大学，山西煤矿机械制造有限责任公司，太原市弘科电器有限公司，
类型：发明
国别省市：