基于有限元分析法的主井提升机主轴振动监测方法
【专利摘要】本发明本发明公开了一种基于有限元分析法的立井提升机主轴振动检测方法，根据立井提升机的特殊结构采用一体化振动变送器检测提升机主轴的振动频率幅度等数据，并采用变送器将振动信号转为4-20MA模拟信号传送给现场的S7-300PLC，然后经PLC处理后采用RS485总线经CP343-1LEAN总线转换器转换成PC机上能识别的TCP/IP以太网信号，进而经井下环网送入位于监控室内的上位机并由上位机中的组态王软件接收然后传输给内置MATLAB软件的有限元算法模型中，经过演算获得较准确的未来发展趋势预警，并将数据实时显示在上位机上，通过监控室的PC机实时监测提升机的安全运行，以确保煤矿生产的安全稳定。本发明从立井提升机安全性出发，结合日常运行的实际情况，充分利用有限元算法的优点对提升机运行状况进行预测，以实现在事故情况未发生时，及时进行警告修理，以确保井下工作人员的安全。
【专利说明】基于有限元分析法的主井提升机主轴振动监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿井立井提升机安全提升检测方法领域，具体为一种基于有限元分析法的立井提升机主轴振动检测方法。
【背景技术】
[0002]提升机是煤矿重要设备，它能否安全稳定运行直接关系到煤矿的安全生产。然而我国的煤矿大多使用的是塔式多绳摩擦提升机，主井提升电机的主轴装置及天轮作为主要承载部件，其运行状况正常与否直接影响生产的效率和安全，关系到整个系统的稳定和安全。
[0003]据研究发现，70%以上的旋转机械故障是由振动引起的，振动状态是衡量旋转机械运行状态好坏的一个重要因素。振动过大危害极多，它可直接造成机械事故。过去，只有在提升机的运行出现问题或者拆开设备检查，才知道机器中某部分发生了故障。为了确保机器的正常运行，不得不规定定期维修检查制度，既不经济又不合理。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于有限元分析法的立井提升机主轴振动检测方法并进行远程实时监测，以解决现有技术效率低下无法实现实时监测立井提升机安全运行状况的问题。
[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0006]基于有限元分析法的立井提升机主轴振动检测方法，其特征在于:基于远程监控技术，并采用变送器将振动信号转为4-20MA模拟信号传送给现场的S7-300PLC，然后经PLC处理后采用RS485总线经CP343-1LEAN总线转换器转换成PC机上能识别的TCP/IP以太网信号，进而经井下环网送入位于监控室内的上位机并由上位机中的组态王软件接收然后传输给内置MATLAB软件的有限元算法模型中，经过演算获得较准确的未来发展趋势预警，并将数据实时显示在上位机上，包括以下步骤:
[0007](I)根据待检测立井提升机的具体情况，设置传感器分布，采用一体化振动变送器检测主轴振动的频率及幅度；
[0008](2)在所述上位机中，装有组态王软件和MATLAB软件，MATLAB软件用来对采集的数据通过有限元算法进行运算并对数据趋势进行预测，组态王软件用来时时显示这些数据代表的提升机主轴振动的变化趋势，其中振动传感器采用一体化设计，该传感器集传感器和变送器为一体,采用高精度集成电路,输出为4-20mA电流信号，方便终端进行采样。
[0009](3)变送器将检测到振动信号转换成4-20MA的电流信号，再由PLC的模拟量输入模块进行信号采集，由PLC内部编程进行信号的换算和转换，将振动数据转换成RS485数据送到RS485总线上，RS485总线上的数据通过连接的RS232/RS485总线转换器转换成PC机能识别的电平，将数据经RS232总线送到上位机的RS232接口，随即送入上位机中的组态王软件并送到MATLAB软件的有限元算法模型中；[0010](4) MATLAB通过有限元算法建立有限元算法模型，其数据是由振动变送器检测到的主轴的振动频率幅值等数值组成，通过有限元算法结合组态王软件进行演算可以获得较准确的未来发展趋势预警，对立井提升机的运行状况进行预测，并将数据实时显示在上位机上。
[0011]所述的基于有限元分析法的立井提升机主轴振动检测方法，其特征在于:所述组态王软件和MATLAB软件通过OPC技术进行通信。
[0012]本发明根据立井提升机的特殊结构采用一体化振动变送器检测提升机主轴的振动频率幅度等数据，基于远程监控技术，并采用变送器将振动信号转为4-20MA模拟信号传送给现场的S7-300PLC，然后经PLC处理后采用RS485总线经CP343-1LEAN总线转换器转换成PC机上能识别的TCP/IP以太网信号，进而经井下环网送入位于监控室内的上位机并由上位机中的组态王软件接收然后传输给内置MATLAB软件的有限元算法模型中，经过演算获得较准确的未来发展趋势预警，并将数据实时显示在上位机上，通过监控室的PC机实时监测提升机的安全运行，以确保煤矿生产的安全稳定。
[0013]本发明从立井提升机安全性出发，结合日常运行的实际情况，充分利用有限元算法的优点对提升机运行状况进行预测，以实现在事故情况未发生时，及时进行警告修理，以确保井下工作人员的安全。
[0014]本发明的优点是:
[0015]本发明电路简单、数据传输可靠、预测精度高、稳定性好、寿命长并采用先进的有限元算法对立井提升机的安全运行进行预测并实现了远程实时监测，节省了大量的人力物力，而且采用组态王软件作为实时监控界面，界面友好。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明结构框图。
[0017]图2为本发明提升机振动力学模型。
[0018]图3为本发明基于有限元算法的提升机的主要特征频率。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，首先根据立井提升机的特殊结构采用一体化振动变送器检测提升机主轴的振动频率幅度等数据，并采用变送器将振动信号转为4-20MA模拟信号传送给现场的S7-300PLC，然后经PLC处理后采用RS485总线经CP343-1LEAN总线转换器转换成PC机上能识别的TCP/IP以太网信号，进而经井下环网送入位于监控室内的上位机并由上位机中的组态王软件接收然后传输给内置MATLAB软件的有限元算法模型中，经过演算获得较准确的未来发展趋势预警，并将数据实时显示在上位机上，通过监控室的PC机实时监测提升机的安全运行，
[0020]1、有限元算法的理论基础
[0021]有限元是近似求解一般连续问题的数值方法。它最先应用于结构的应力分析，很快就广泛应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续域问题。
[0022]有限元方法是与工程应用密切结合的，是直接为产品设计服务的。因而随着有限元理论的发展与完善，各种大大小小、专用的、通用的有限元结构分析程序也大量涌现出来。目前，一般的工程结构分析问题，都可以直接用通用程序求解，不必花费精力和时间另编计算程序。
[0023]三维弹性动力学的基本方程是:
【权利要求】
1.基于有限元分析法的立井提升机主轴振动检测方法，其特征在于:基于远程监控技术，并采用变送器将振动信号转为4-20MA模拟信号传送给现场的S7-300PLC，然后经PLC处理后采用RS485总线经CP343-1LEAN总线转换器转换成PC机上能识别的TCP/IP以太网信号，进而经井下环网送入位于监控室内的上位机并由上位机中的组态王软件接收然后传输给内置MATLAB软件的有限元算法模型中，经过演算获得较准确的未来发展趋势预警，并将数据实时显示在上位机上，包括以下步骤: (1)根据待检测立井提升机的具体情况，设置传感器分布，采用一体化振动变送器检测主轴振动的频率及幅度； (2)在所述上位机中，装有组态王软件和MATLAB软件，MATLAB软件用来对采集的数据通过有限元算法进行运算并对数据趋势进行预测，组态王软件用来时时显示这些数据代表的提升机主轴振动的变化趋势，其中振动传感器采用一体化设计，该传感器集传感器和变送器为一体，采用高精度集成电路，输出为4-20mA电流信号，方便终端进行采样。 (3)变送器将检测到振动信号转换成4-20MA的电流信号，再由PLC的模拟量输入模块进行信号采集，由PLC内部编程进行信号的换算和转换，将振动数据转换成RS485数据送到RS485总线上，RS485总线上的数据通过连接的CP343-1LEAN总线转换器转换成PC机上能识别的TCP/IP以太网信号，进而经井下环网送入位于监控室内的上位机并由上位机中的组态王软件接收然后传输给内置MATLAB软件的有限元算法模型中； (4)MATLAB通过有限元算法建立有限元算法模型，其数据是由振动变送器检测到的主轴的振动频率幅值等数值组成，通过有限元算法结合组态王软件进行演算可以获得较准确的未来发展趋势预警，对立井提升机的运行状况进行预测，并将数据实时显示在上位机上。
2.根据权利要求1所述的基于有限元分析法的立井提升机主轴振动检测方法，其特征在于:所述组态王软件和MATLAB软件通过OPC技术进行通信。
【文档编号】G01H17/00GK103712682SQ201310656475
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年11月30日 优先权日:2013年11月30日
【发明者】张宏忠, 杨行, 徐辉, 王长春, 解波 申请人:安徽恒源煤电股份有限公司