專利名稱：礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，尤其涉及一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鋼絲繩廣泛應(yīng)用于礦井提升機(jī)的提升系統(tǒng)中，用以帶動(dòng)提升容器在井中升降，完成運(yùn)輸任務(wù)。運(yùn)行過(guò)程中，提升系統(tǒng)如果發(fā)生機(jī)械共振，將會(huì)使鋼絲繩及提升容器產(chǎn)生急劇振蕩，破壞運(yùn)行的穩(wěn)定性。并且，還會(huì)使提升鋼絲繩及提升機(jī)的某些機(jī)件出現(xiàn)大大超過(guò)正常情況的危險(xiǎn)應(yīng)力。除此之外，鋼絲繩產(chǎn)生的振蕩特征頻率還會(huì)對(duì)提升機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響， 系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生的振蕩進(jìn)行積分、放大，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。目前，對(duì)鋼絲繩振蕩特征頻率的提取方法有很多，大部分礦井普遍使用的是 Rmrier分析法，然而這種方法只適用于平穩(wěn)漸變的振蕩，對(duì)于非正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生的非特征諧波，F(xiàn)ourier分析法不能很好地了解它的局部特征。因此，采用Fourier分析法不能全面地提取出鋼絲繩的振蕩特征頻率，并且抑制效果不明顯。
發(fā)明內(nèi)容
基于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中鋼絲繩的振蕩特征頻率提取不全面且抑制效果不明顯的技術(shù)問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，包括速度檢測(cè)器，用以檢測(cè)提升機(jī)電機(jī)的運(yùn)行速度；A/D采樣電路，與速度檢測(cè)器連接，用以對(duì)檢測(cè)到的速度值進(jìn)行采樣；數(shù)字濾波器，與A/D采樣電路連接，用以對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波，并將濾波后的速度值送入PLC控制器；PLC控制器，與數(shù)字濾波器連接，用以分析提升機(jī)的速度變化函數(shù)，采用小波分析法計(jì)算出提升機(jī)因鋼絲繩正當(dāng)產(chǎn)生的速度變化量Δη ；反相器，與PLC控制器連接，用以對(duì)速度變化量Δ η取反，并將取反后的值-Δ η作為速度環(huán)補(bǔ)償給定疊加到提升機(jī)控制系統(tǒng)速度環(huán)的速度給定中。一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，其特征在于，其PLC控制器進(jìn)一步包括CPU，用以分析提升機(jī)的速度變化函數(shù)，采用小波分析法計(jì)算出提升機(jī)因鋼絲繩正當(dāng)產(chǎn)生的速度變化量Δη;輸入接口模塊，與CPU連接，用以接收數(shù)字濾波器發(fā)出的速度值，并將接收到的速度值發(fā)送給CPU ；輸出接口模塊，與CPU連接，用以將CPU處理得到的速度變化量Δη發(fā)送至反相器；電源模塊，分別與CPU、輸入接口模塊和輸出接口模塊連接，用以為該些模塊的集成電路提供工作電源；編程設(shè)備，與CPU連接，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC控制器及其所控制的系統(tǒng)的工作狀況；監(jiān)控設(shè)備，與CPU連接，用于直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過(guò)畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)設(shè)備，與CPU連接，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，其速度檢測(cè)器為AVAGO光電編碼-HEDS-5500#A14。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)字濾波器飛為一單頻道RF射頻刪除數(shù)字濾波器。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，其特征在于，PLC控制器為三菱公司的Q25PRH型PLC。在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中，理想情況下空氣的阻力是均勻的，提升機(jī)勻速運(yùn)行。因鋼絲繩的特性所致，在提升過(guò)程中鋼絲繩會(huì)發(fā)生振蕩引起鋼絲繩的張力增加導(dǎo)致提升機(jī)振蕩， 使得提升機(jī)的速度發(fā)生不規(guī)律的變化。因此，本發(fā)明將鋼絲繩的振蕩頻率反映在提升機(jī)的速度變化上，通過(guò)提取分析并抑制提升機(jī)速度變化量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩振蕩特征頻率的提取及抑制，該系統(tǒng)通過(guò)PLC控制器對(duì)濾波后的速度采樣值進(jìn)行小波分析，計(jì)算出提升機(jī)因鋼絲繩振蕩產(chǎn)生的速度變化量Δη，完成鋼絲繩振蕩特征頻率的提取，并將該速度變化量Δη 作用到反向器上，對(duì)Δη取反，取反后的值-Δη作為速度環(huán)補(bǔ)償給定疊加到速度環(huán)的速度給定中，通過(guò)速度環(huán)的閉環(huán)控制對(duì)Δη進(jìn)行抑制，從而實(shí)現(xiàn)抑制鋼絲繩的振蕩特征頻率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以準(zhǔn)確地提取鋼絲繩的振蕩特征頻率，并對(duì)該頻率進(jìn)行有效抑制。
圖1為本發(fā)明礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種A/D采樣電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種PLC控制器的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為應(yīng)用本發(fā)明的提升機(jī)控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，具體說(shuō)明本發(fā)明。以下實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。請(qǐng)參閱圖1至圖4，一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，包括 速度檢測(cè)器101、A/D采樣電路103、數(shù)字濾波器105、PLC控制器107、和反相器109。速度檢測(cè)器101檢測(cè)提升機(jī)電機(jī)201的運(yùn)行速度，其采用AVAGO光電編碼-HEDS-5500#A14。A/D采樣電路103與速度檢測(cè)器101相連，對(duì)檢測(cè)到的速度值進(jìn)行采樣。數(shù)字濾波器105與A/D采樣電路103連接，對(duì)采樣后的速度值進(jìn)行數(shù)字濾波，該數(shù)字濾波器105具體為一單頻道RF射頻刪除數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器105連接至PLC控制器107 的I/O接口，將濾波后的采樣值送入PLC控制器107，PLC控制器對(duì)該采樣值進(jìn)行小波分析， 提取出鋼絲繩振蕩特征頻率。該P(yáng)LC控制器107為三菱公司的Q25PRH型PLC，其根據(jù)軟件程序求出速度隨鋼絲繩振蕩而變化的函數(shù)，采用小波分析法分析提升機(jī)的速度變化函數(shù)， 計(jì)算出的提升機(jī)因鋼絲繩振蕩產(chǎn)生的速度變化量Δη，進(jìn)而提取出鋼絲繩的振蕩特征頻率。 反相器109與PLC控制器107連接，PLC控制器107將計(jì)算出的速度變化量Δη作用到反向器109上，反相器109對(duì)Δ η取反，并將取反后的值-Δ η作為速度環(huán)補(bǔ)償給定疊加到提升機(jī)控制系統(tǒng)速度環(huán)203的速度給定中。如圖4所示，速度環(huán)203再通過(guò)電流環(huán)205和SCR 電路傳遞函數(shù)207對(duì)電機(jī)201的速度進(jìn)行閉環(huán)控制，從而抑制鋼絲繩的振蕩特征頻率。
如圖2所示，其為本發(fā)明實(shí)施例的一種A/D采樣電路的電路結(jié)構(gòu)圖。A/D采樣電路 103 由電阻 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、比較器 Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7 和優(yōu)先編碼器組成。 八個(gè)電阻大小相等串聯(lián)構(gòu)成電阻分壓器，產(chǎn)生不同數(shù)值的參考電壓，形成l/8UKEF-7/8UKEF共 7種量化電平；7個(gè)量化電平分別加在7個(gè)電壓比較器的反相輸入端，模擬輸入電壓U1加在比較器的同相輸入端，當(dāng)U1大于或等于量化電平時(shí)，比較器輸出為1，否則輸出為0，電壓比較器用來(lái)完成對(duì)采樣電壓的量化；比較器的輸出送到優(yōu)先編碼器進(jìn)行編碼，得到3位二進(jìn)制代碼AD1Dtl，進(jìn)而完成對(duì)檢測(cè)到的速度值得采樣，并將采樣值傳送給數(shù)字濾波器105。如圖3所示，其為本發(fā)明實(shí)施例的一種PLC控制器的結(jié)構(gòu)原理圖。PLC控制器107 包括CPU111、輸入接口模塊113、輸出接口模塊115、電源模塊117、編程設(shè)備119、監(jiān)控設(shè)備 121和存儲(chǔ)設(shè)備123。CPUlll用以分析提升機(jī)的速度變化函數(shù)，采用小波分析法計(jì)算出提升機(jī)因鋼絲繩正當(dāng)產(chǎn)生的速度變化量Δη。CPUlll是PLC控制器107的核心，其按PLC控制器107的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。 進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。輸入接口模塊Il3與CPUlll連接，用以接收數(shù)字濾波器發(fā)出的速度值，并將接收到的速度值發(fā)送給CPUlll ；輸出接口模塊115與CPUlll連接，用以將CPUlll處理得到的速度變化量Δη發(fā)送至反相器；PLC控制器107通過(guò)輸入接口模塊113和輸出接口模塊115與外界聯(lián)系，完成對(duì)外功能。按輸入接口模塊113和輸出接口模塊115的點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量。模塊集成了 PLC的I/O電路，其中輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。電源模塊117分別與CPU111、輸入接口模塊113和輸出接口模塊115連接，為PLC 控制器107各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，電源模塊117可以為輸入電路提供MV 的工作電源。編程設(shè)備119與CPUlll連接，有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC控制器107及其所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、 監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但其不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。
監(jiān)控設(shè)備121與CPUlll連接，有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器，用于直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過(guò)畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)設(shè)備123與CPUlll連接，有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。在礦井提升機(jī)系統(tǒng)中，理想情況下空氣的阻力是均勻的，提升機(jī)勻速運(yùn)行。因鋼絲繩的特性所致，在提升過(guò)程中鋼絲繩會(huì)發(fā)生振蕩引起鋼絲繩的張力增加導(dǎo)致提升機(jī)振蕩， 使得提升機(jī)的速度發(fā)生不規(guī)律的變化。因此，本發(fā)明將鋼絲繩的振蕩頻率反映在提升機(jī)的速度變化上，通過(guò)提取分析并抑制提升機(jī)速度變化量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩振蕩特征頻率的提取及抑制，該系統(tǒng)通過(guò)PLC控制器對(duì)濾波后的速度采樣值進(jìn)行小波分析，計(jì)算出提升機(jī)因鋼絲繩振蕩產(chǎn)生的速度變化量Δη，完成鋼絲繩振蕩特征頻率的提取，并將該速度變化量Δη 作用到反向器上，對(duì)Δη取反，取反后的值-Δη作為速度環(huán)補(bǔ)償給定疊加到速度環(huán)的速度給定中，通過(guò)速度環(huán)的閉環(huán)控制對(duì)Δη進(jìn)行抑制，從而實(shí)現(xiàn)抑制鋼絲繩的振蕩特征頻率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以準(zhǔn)確地提取鋼絲繩的振蕩特征頻率，并對(duì)該頻率進(jìn)行有效抑制。以上公開(kāi)的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，其特征在于，包括 速度檢測(cè)器，用以檢測(cè)提升機(jī)電機(jī)的運(yùn)行速度；A/D采樣電路，與所述速度檢測(cè)器連接，用以對(duì)檢測(cè)到的速度值進(jìn)行采樣； 數(shù)字濾波器，與所述A/D采樣電路連接，用以對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波，并將濾波后的速度值送入PLC控制器；PLC控制器，與所述數(shù)字濾波器連接，用以分析提升機(jī)的速度變化函數(shù)，采用小波分析法計(jì)算出提升機(jī)因鋼絲繩正當(dāng)產(chǎn)生的速度變化量Δη ；反相器，與所述PLC控制器連接，用以對(duì)所述速度變化量Δη取反，并將取反后的值-△ η作為速度環(huán)補(bǔ)償給定疊加到提升機(jī)控制系統(tǒng)速度環(huán)的速度給定中。
2.如權(quán)利要求1所述的一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述PLC控制器進(jìn)一步包括CPU,用以分析提升機(jī)的速度變化函數(shù)，采用小波分析法計(jì)算出提升機(jī)因鋼絲繩正當(dāng)產(chǎn)生的速度變化量Δη;輸入接口模塊，與所述CPU連接，用以接收數(shù)字濾波器發(fā)出的速度值，并將接收到的速度值發(fā)送給CPU ；輸出接口模塊，與所述CPU連接，用以將CPU處理得到的速度變化量△ η發(fā)送至反相器；電源模塊，分別與所述CPU、輸入接口模塊和輸出接口模塊連接，用以為所述該些模塊的集成電路提供工作電源；編程設(shè)備，與所述CPU連接，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC控制器及其所控制的系統(tǒng)的工作狀況；監(jiān)控設(shè)備，與所述CPU連接，用于直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過(guò)畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)； 存儲(chǔ)設(shè)備，與所述CPU連接，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失。
3.如權(quán)利要求1所述的一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述速度檢測(cè)器為AVAGO光電編碼-HEDS-5500#A14。
4.如權(quán)利要求1所述的一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字濾波器飛為一單頻道RF射頻刪除數(shù)字濾波器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，其特征在于，PLC控制器為三菱公司的Q25PRH型PLC。
全文摘要
一種礦井提升機(jī)鋼絲繩振蕩特征頻率提取及抑制系統(tǒng)，包括速度檢測(cè)器、A/D采樣電路、數(shù)字濾波器、PLC控制器和反相器，速度檢測(cè)器用以檢測(cè)提升機(jī)電機(jī)的運(yùn)行速度；A/D采樣電路用以對(duì)檢測(cè)到的速度值進(jìn)行采樣；數(shù)字濾波器用以對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波，并將濾波后的速度值送入PLC控制器；PLC控制器分析提升機(jī)的速度變化函數(shù)，采用小波分析法計(jì)算出提升機(jī)因鋼絲繩正當(dāng)產(chǎn)生的速度變化量Δn；反相器對(duì)速度變化量Δn取反，并將取反后的值-Δn作為速度環(huán)補(bǔ)償給定疊加到提升機(jī)控制系統(tǒng)速度環(huán)的速度給定中。本發(fā)明可以準(zhǔn)確地提取鋼絲繩的振蕩特征頻率，并對(duì)該頻率進(jìn)行有效抑制。
文檔編號(hào)B66B1/28GK102295215SQ201110237998
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者吳瑋, 姜建國(guó), 左東升, 徐亞軍, 戴鵬, 王貴峰, 羅* 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)