立井施工吊盤智能調平技術研究

天地（常州）自動化股份有限公司 于方洋

立井施工吊盤智能調平技術研究

天地（常州）自動化股份有限公司 于方洋

吊盤調平是保證立井施工安全性的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的人工調節(jié)效率低、存在安全隱患；單一的檢測手段無法保證吊盤自動調平的可靠性，本文提出一種多冗余的立井施工吊盤平衡檢測技術和動態(tài)調平技術，實現(xiàn)吊盤的自動調平，提高立井施工效率和智能化水平，增強施工安全性。

吊盤；平衡監(jiān)測；動態(tài)調平；多冗余

引言

吊盤作為立井施工中的重要設備，在立井施工過程中擔負著放置鑿井設備、保護工作面人員施工安全等用途[1]。如在施工過程中吊盤出現(xiàn)傾斜、剮蹭、卡盤等故障，將會嚴重影響施工進度，甚至出現(xiàn)設備損壞、人員傷亡等重大事故，因此，吊盤的調平和狀態(tài)監(jiān)測是保證立井施工安全高效進行的重要措施。本文旨在研究一套多冗余的吊盤智能調平技術，實現(xiàn)吊盤和鋼絲繩狀態(tài)的在線監(jiān)測、吊盤下放上提過程中的動態(tài)調平，保證立井施工的安全高效作業(yè)，提高立井施工的智能化水平[2]。

1 吊盤平衡監(jiān)測技術

吊盤平衡監(jiān)測采用多冗余的檢測技術，通過變頻器力矩檢測、吊盤傾角檢測、鋼絲繩張力檢測、鋼絲繩位移檢測等手段對吊盤平衡度進行測量，控制器對各種檢測數(shù)據(jù)進行綜合分析判斷后得出吊盤傾斜角度，為吊盤的動態(tài)調平提供依據(jù)。

變頻器力矩檢測：吊盤穩(wěn)車電機由四象限變頻器進行驅動，利用變頻器的輸出力矩間接檢測吊盤平衡度[3]。吊盤在完全平衡的狀態(tài)下，4個穩(wěn)車變頻器輸出力矩應相同，當輸出力矩出現(xiàn)偏差時可判斷吊盤發(fā)生了傾斜。

吊盤傾角檢測：通過安裝于吊盤底部的傾角傳感器直接檢測吊盤傾角。傾角傳感器敏感件大致分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，為了滿足吊盤在緩慢運行中保持平衡的要求，需要選用雙軸固態(tài)敏感件，實現(xiàn)快速響應，保證較高的測量精度。兩只傳感器垂直安裝在吊盤中間位置，與四根鋼絲繩形成直角坐標系。通過讀取兩塊傳感器的輸出信息就可以全方位檢測吊盤與大地水平面的夾角，每塊傳感器反映對應兩根鋼絲繩的位移差。當?shù)醣P傾斜時，可以根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)調整相應的鋼絲繩長度，從而實現(xiàn)對吊盤平衡的動靜態(tài)調節(jié)[4]。

鋼絲繩張力檢測：吊盤傾斜時，各鋼絲繩受力將發(fā)生變化，通過檢測鋼絲繩張力變化即可判斷吊盤傾斜度。鋼絲繩張力檢測可通過安裝在鋼絲繩上的張力傳感器直接測量，或通過安裝于天輪底座的壓力傳感器間接測量[8]。張力傳感器安裝于鋼絲繩與吊盤連接處，除了可以反映吊盤的平衡情況，還可以作為鋼絲繩防斷繩的檢測手段，鋼絲繩斷繩點通常位于天輪下垂段，通過測量鋼絲繩與吊盤連接處的張力和鋼絲繩長度可推算出下垂段的鋼絲繩張力[9]，起到防斷繩保護的作用。

鋼絲繩位移檢測：吊盤在上提或下放過程中，要保持吊盤平衡，4個穩(wěn)車鋼絲繩必須做到速度和位移的同步。吊盤穩(wěn)車的同步運行通過變頻器的同步啟動和同步速度給定功能實現(xiàn)，保證各穩(wěn)車按照設定的統(tǒng)一速度同時啟動和停止。在吊盤運行過程中，各穩(wěn)車運行速度和運行位移通過安裝于天輪上的軸編碼器進行檢測，將檢測結果反饋給控制器，實現(xiàn)速度和位移的閉環(huán)控制，保證控制精度和反應速度，實現(xiàn)快速精確的動態(tài)調平。

2 吊盤動態(tài)調平技術

吊盤在上提下放過程中，需根據(jù)吊盤狀態(tài)實時動態(tài)調節(jié)各吊盤穩(wěn)車的運行速度，以保持吊盤始終處于水平狀態(tài)，在保證安全的前提下，減少調盤時間，提高立井施工效率[5]。

因吊盤上各設備放置位置不同，導致各吊盤鋼絲繩拉力值、變頻器輸出力矩值可能不同，因此，自動動態(tài)調平前，系統(tǒng)需對各狀態(tài)值進行自學習，標定和記錄吊盤平衡狀態(tài)下的傾角值、鋼絲繩張力值、鋼絲繩長度等數(shù)據(jù)，作為調平過程中的標準值和初始值。并且隨著立井施工深度的增加，鋼絲繩形變等因素也會導致各鋼絲繩長度和位移發(fā)生變化，因此，在施工過程中，需定期對各狀態(tài)值進行自學習，保證自動調平的精度，圖1為智能調平控制算法流程圖。

自動動態(tài)調平過程中，每個檢測項都設定一個保護值，任何一個檢測項超過保護值，吊盤都報警停車，停車后由人工進行檢修，確保吊盤運行安全。在各檢測項都在安全值范圍內(nèi)時，控制器根據(jù)檢測結果對吊盤進行動態(tài)調平。吊盤傾角能夠最直觀反映吊盤的傾斜狀態(tài)，將傾角傳感器檢測的吊盤傾角作為優(yōu)先級最高的檢測數(shù)據(jù)，并根據(jù)傾角與鋼絲繩張力、變頻器輸出力矩、鋼絲繩位移等狀態(tài)的關系模型，計算出各狀態(tài)的理論值，將理論值與實際檢測的數(shù)值進行比較，其差值在誤差允許范圍內(nèi)，則按照傾角值對吊盤進行調平[6]；如其中一項差值超出設定的誤差范圍，繼續(xù)按照當前模型進行動態(tài)調平，但系統(tǒng)會發(fā)出告警信號，并在集控臺上顯示告警信息，待本次調平完成后，根據(jù)告警信息進行檢修；如有兩項或兩項以上的差值超出設定的誤差范圍，則立即停機。