[发明专利]基于吊桶运行安全综合防护系统的吊桶松绳故障检测方法

摘要

本发明公开了一种基于吊桶运行安全综合防护系统的吊桶松绳故障检测方法，包括机载探测子系统、无线传输子系统、地面保护子系统、远程监视子系统四大部分，所述机载探测子系统与无线传输子系统之间通过无线网络连接并传输数据，所述无线传输子系统与地面保护子系统之间通过光纤电缆连接并传输数据，所述地面保护子系统与远程监视子系统之间通过Internet连接并传输数据；所述吊桶松绳故障检测方法能够通过吊桶运行过程中的实时速度、姿态、位置，并直接检测吊桶是否发生松绳故障，本系统能够使得地面操作人员以及远程管理人员全方位了解吊桶运行的各项参数，并能在事故发生初期发出报警，自动采取必要的保护措施，从而全方位保障吊桶的安全运行。

主权项

1.一种基于吊桶运行安全综合防护系统的吊桶松绳故障检测方法，其特征在于，所述松绳故障检测方法包括如下步骤：1)数据采集与数值转换由六轴加速度计(3)分别采集得到吊桶运行的三个线加速度值AdcAAccX、AdcAAccY、AdcAAccZ，与三个角加速度值AdcAGyroX、AdcAGyroY、AdcAGyroZ；而后经过数值转换处理，得到具有真实物理意义的数据，即三个线加速度值AAccX、AAccY、AAccZ，与三个角加速度值AGyroX、AGyroY、AGyroZ；具体如下：式中，σAcc为线加速度计的灵敏，γAcc为控制器采集线加速度数据的AD转换系数，AdcAAccX0、AdcAAccY0、AdcAAccZ0分别为三个线加速度采集通道的零位基准值；式中，σGyro为角加速度计的灵敏，γGyro为控制器采集角加速度数据的AD转换系数，AdcAGyroX0、AdcAGyroY0、AdcAGyroZ0分别为三个角加速度采集通道的零位基准值；2)计算吊桶运行加速度根据步骤(1)得到的三个线加速度值AAccX、AAccY、AAccZ，与三个角加速度值AGyroX、AGyroY、AGyroZ进行数据融合处理，得到吊桶运行过程中三个方向的实时加速度值ABuckX、ABuckY、ABuckZ；具体如下：首先，由第n组三个角加速度值AGyroX、AGyroY、AGyroZ计算出对应的三个线加速度值RGyroX、RGyroY、RGyroZ，设第n组的合成加速度在XZ平面内的投影与Z轴的夹角为θXZ(n)，在YZ平面内的投影与Z轴的夹角为θYZ(n)，在XY平面内的投影与Y轴的夹角为θXY(n)，控制系统采样周期为t，则：而后，结合由控制系统采集到的线加速度AAccX、AAccY、AAccZ，和由角加速度计算出的线加速度RGyroX、RGyroY、RGyroZ进行数据融合，得出吊桶运行过程中三个方向的实时加速度值ABuckX、ABuckY、ABuckZ：式中，εGyro为角加速度的加权系数，根据现场情况进行调节，取值范围为5～20；3)计算吊桶当前姿态根据步骤(2)得到的吊桶三个方向的实时加速度值ABuckX、ABuckY、ABuckZ，通过矢量分解的方法，可以求出吊桶在三个方向上的倾斜角度θBuckX、θBuckY、θBuckZ，设吊桶运行加速度的矢量合为ABuck，则：ABuck＝(ABuckX2+ABuckY2+ABuckZ2)1/2如果吊桶的在X方向上的倾斜角度超过规定值θStdX，则标识符FLeanX为1；如果吊桶的在Y方向上的倾斜角度超过规定值θStdY，则标识符FLeanY为1；如果FLeanX与FLeanY任意一个为1，则系统立即将故障信息通过无线传输子系统发送至地面保护子系统与远程监视子系统，向地面操作人员发报警；FLeenX＝sgn(|θBuckX|‑θStdX)FLeenY＝sgn(|θBuckY|‑θStdY)；4)计算吊桶运行速度根据步骤(2)得到的吊桶在垂直方向上的线加速度ABuckZ，利用积分得到基于加速度计的吊桶运行速度VAcc；而后由激光测距仪(5)得到吊桶下方距井底的距离DLas，利用微分得到基于激光测距仪的吊桶运行速度VLas；之后将两种方式得到的吊桶速度进行融合，得出最终的吊桶运行速度VBuck，如果吊桶运行速度超过规定值，则立即将故障信息通过无线传输子系统发送至地面保护子系统与远程监视子系统，向地面操作人员发报警；具体如下：首先，对吊桶在垂直方向上的线加速度ABuckZ进行数值积分，得到基于加速度计的吊桶运行速度VAcc，设第n组数据时，吊桶运行速度为VAcc(n)，第n+1组数据时，当吊桶在垂直方向上的线加速度为ABuckZ(n+1)，控制系统采样周期为t，则基于加速度计的吊桶速度VAcc(n+1)为：VAcc(n+1)＝VAcc(n)+ABuckZ(n+1)t而后，由激光测距仪得到吊桶下方距井底的距离DLas，利用数值微分得到基于激光测距仪的吊桶运行速度VLas，设第n组数据时，激光测距仪数据为DLas(n)，第n+1组数据时，激光测距仪数据为DLas(n+1)，控制系统采样周期为t，则基于激光测距仪的吊桶速度VLas(n+1)为：VLas(n+1)＝(DLas(n+1)‑DLas(n))/t最后，结合式中基于加速度计的吊桶速度VAcc，和基于激光测距仪的吊桶速度VLas进行数据融合，得出最终的吊桶运行速度VBuck：VBuck＝(1+κLas)(VAcc+κLasVLas)式中，κLas为激光测速的加权系数，根据现场情况进行调节，取值范围为3～9；如果吊桶运行速度超过规定值VStd，则标识符FSpeed为1，系统立即将故障信息通过无线传输子系统发送至地面保护子系统与远程监视子系统，向地面操作人员发报警；FSpeed＝sgn(|VBuck|‑VStd)；5)数据分析由上述步骤4)得到的吊桶运行速度VBuck，结合PLC控制器获得的地面绞车升降钢丝绳速度VWire，利用钢丝绳运行速度VWire与吊桶运行速度VBuck的差值与设定的安全差值VDif进行对比，来判断吊桶是否发生了松绳故障：FLosse＝sgn(|VWire|‑|VBuck|‑VDif)式中，Floose为松绳故障标识，其值为1时表示探测到松绳风险，另外，需要根据现场情况，对VDif进行调节，其取值范围为VWire数值的10％～15％；6)故障处理根据式的计算结果，如果判断出吊桶发生了松绳故障，则立即将故障信息通过无线传输子系统发送至地面保护子系统与远程监视子系统，并通过PLC控制器进行吊桶运行制动以及其他的故障处理措施。