立井施工吊盘智能调平技术研究

天地（常州）自动化股份有限公司 于方洋

立井施工吊盘智能调平技术研究

天地（常州）自动化股份有限公司 于方洋

吊盘调平是保证立井施工安全性的重要环节，传统的人工调节效率低、存在安全隐患；单一的检测手段无法保证吊盘自动调平的可靠性，本文提出一种多冗余的立井施工吊盘平衡检测技术和动态调平技术，实现吊盘的自动调平，提高立井施工效率和智能化水平，增强施工安全性。

吊盘；平衡监测；动态调平；多冗余

引言

吊盘作为立井施工中的重要设备，在立井施工过程中担负着放置凿井设备、保护工作面人员施工安全等用途[1]。如在施工过程中吊盘出现倾斜、剐蹭、卡盘等故障，将会严重影响施工进度，甚至出现设备损坏、人员伤亡等重大事故，因此，吊盘的调平和状态监测是保证立井施工安全高效进行的重要措施。本文旨在研究一套多冗余的吊盘智能调平技术，实现吊盘和钢丝绳状态的在线监测、吊盘下放上提过程中的动态调平，保证立井施工的安全高效作业，提高立井施工的智能化水平[2]。

1 吊盘平衡监测技术

吊盘平衡监测采用多冗余的检测技术，通过变频器力矩检测、吊盘倾角检测、钢丝绳张力检测、钢丝绳位移检测等手段对吊盘平衡度进行测量，控制器对各种检测数据进行综合分析判断后得出吊盘倾斜角度，为吊盘的动态调平提供依据。

变频器力矩检测：吊盘稳车电机由四象限变频器进行驱动，利用变频器的输出力矩间接检测吊盘平衡度[3]。吊盘在完全平衡的状态下，4个稳车变频器输出力矩应相同，当输出力矩出现偏差时可判断吊盘发生了倾斜。

吊盘倾角检测：通过安装于吊盘底部的倾角传感器直接检测吊盘倾角。倾角传感器敏感件大致分为气态、液态和固态，为了满足吊盘在缓慢运行中保持平衡的要求，需要选用双轴固态敏感件，实现快速响应，保证较高的测量精度。两只传感器垂直安装在吊盘中间位置，与四根钢丝绳形成直角坐标系。通过读取两块传感器的输出信息就可以全方位检测吊盘与大地水平面的夹角，每块传感器反映对应两根钢丝绳的位移差。当吊盘倾斜时，可以根据检测到的数据调整相应的钢丝绳长度，从而实现对吊盘平衡的动静态调节[4]。

钢丝绳张力检测：吊盘倾斜时，各钢丝绳受力将发生变化，通过检测钢丝绳张力变化即可判断吊盘倾斜度。钢丝绳张力检测可通过安装在钢丝绳上的张力传感器直接测量，或通过安装于天轮底座的压力传感器间接测量[8]。张力传感器安装于钢丝绳与吊盘连接处，除了可以反映吊盘的平衡情况，还可以作为钢丝绳防断绳的检测手段，钢丝绳断绳点通常位于天轮下垂段，通过测量钢丝绳与吊盘连接处的张力和钢丝绳长度可推算出下垂段的钢丝绳张力[9]，起到防断绳保护的作用。

钢丝绳位移检测：吊盘在上提或下放过程中，要保持吊盘平衡，4个稳车钢丝绳必须做到速度和位移的同步。吊盘稳车的同步运行通过变频器的同步启动和同步速度给定功能实现，保证各稳车按照设定的统一速度同时启动和停止。在吊盘运行过程中，各稳车运行速度和运行位移通过安装于天轮上的轴编码器进行检测，将检测结果反馈给控制器，实现速度和位移的闭环控制，保证控制精度和反应速度，实现快速精确的动态调平。

2 吊盘动态调平技术

吊盘在上提下放过程中，需根据吊盘状态实时动态调节各吊盘稳车的运行速度，以保持吊盘始终处于水平状态，在保证安全的前提下，减少调盘时间，提高立井施工效率[5]。

因吊盘上各设备放置位置不同，导致各吊盘钢丝绳拉力值、变频器输出力矩值可能不同，因此，自动动态调平前，系统需对各状态值进行自学习，标定和记录吊盘平衡状态下的倾角值、钢丝绳张力值、钢丝绳长度等数据，作为调平过程中的标准值和初始值。并且随着立井施工深度的增加，钢丝绳形变等因素也会导致各钢丝绳长度和位移发生变化，因此，在施工过程中，需定期对各状态值进行自学习，保证自动调平的精度，图1为智能调平控制算法流程图。

自动动态调平过程中，每个检测项都设定一个保护值，任何一个检测项超过保护值，吊盘都报警停车，停车后由人工进行检修，确保吊盘运行安全。在各检测项都在安全值范围内时，控制器根据检测结果对吊盘进行动态调平。吊盘倾角能够最直观反映吊盘的倾斜状态，将倾角传感器检测的吊盘倾角作为优先级最高的检测数据，并根据倾角与钢丝绳张力、变频器输出力矩、钢丝绳位移等状态的关系模型，计算出各状态的理论值，将理论值与实际检测的数值进行比较，其差值在误差允许范围内，则按照倾角值对吊盘进行调平[6]；如其中一项差值超出设定的误差范围，继续按照当前模型进行动态调平，但系统会发出告警信号，并在集控台上显示告警信息，待本次调平完成后，根据告警信息进行检修；如有两项或两项以上的差值超出设定的误差范围，则立即停机。