钢丝绳在线自动监测系统研究- TCK.W

钢丝绳在线自动监测系统研究 -毕可仁

　　摘要：介绍了洛阳TCK.W公司开发的钢丝绳在线自动监测系统的原理、组成、性能特点和应用实例。从双矿集团现场实际应用效果来看，该自动监测系统能较好地解决对重大装备提升钢丝绳在线监测，实时管理的难题。

　　关键词：钢丝绳检测;在线自动监测;弱磁检测技术;断绳事故;安全生产

　　中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1002–6029(2008)

　　钢丝绳作为起重、运输、提升及承载等重大装备与重要设施中的主要组件，广泛应用于矿山、冶金、建筑、水利、旅游、港口码头、交通运输、航空航天、石油钻探、军事工业等国民经济各个领域。

　　1 弱磁检测技术及钢丝绳在线自动监测系统的诞生

　　钢丝绳作为起重吊装设备中的核心构件和高危构件，其安全性备受关注。美国某权威部门曾对全世界8000家钢丝绳实验站和应用现场做过统计，结果是有10%的在用钢丝绳强度损失超过15%，处于危险状态;有2%的在用钢丝绳强度损失超过30%，处于极度危险状态。

　　在国内，由于钢丝绳安全管理方面的手段不完善导致的断绳事故时有发生。以煤炭行业为例：据统计，1949—1995年，在全国发生的煤矿运输提升事故中，总计死亡19871人，占煤矿死亡总人数的15.06%，仅次于瓦斯和顶板事故，是煤炭系统第三大灾难事故[1]。在此期间，国有重点煤矿共发生1次死亡3人以上的运输提升事故91起，死亡421人。其中钢丝绳断绳事故34起，占37.36%;死亡193人，占45.84%;钢丝绳的安全使用也因此而备受关注。

　　弱磁检测技术是我国科学家在成功发现空间磁场矢量态势的变化和运动规律后，在钢丝绳检测领域建树的重大创新成果。这项世界首创的检测技术有三大创新和两大突破。三大创新是：① 创立了空间磁场矢量合成新理论;②发现了弱磁检测新方法;③发明了窦氏元件传感器新技术。

　　在三大创新成果基础上开发的TCK.W便携式钢丝绳无损探伤产品，一举攻克了钢丝绳无损检测领域的两大技术难题，实现了两大突破：一是可以对在用钢丝绳断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种损伤进行定量检测，二是可以正确评估被测钢丝绳的剩余承载能力和使用寿命。为了进一步满足用户对安全、节约和效率的日益增长的需求，TCK.W公司新近又成功地推出了一种更先进、更方便、更智能化的钢丝绳在线自动监测系统。与传统的人工检测相比，这种钢丝绳在线自动监测系统极大地提高了检测人员的安全性、检测数据的稳定性和检测效率。

　　检测人员的安全性是所有重大装备钢丝绳用户最为关注的问题。澳大利亚采矿行业规定，人员不能进入距运转钢丝绳4m以内的区域内。国内矿山行业人工检测安全绳速范围为0.3m/s以下;起重行业很多需要检测的点都是人员难以到达的位置。钢丝绳在线自动监测系统具有良好的自动运行能力，无须检测人员靠近钢丝绳，并且能适应各种恶劣的环境，能安装在人员难以到达的位置。

　　检测人员对仪器的了解及操作熟练程度直接影响检测结果的可靠性和稳定性。每次操作是否规范，标定是否成功，参数设置是否正确都成为检测是否成功的关键因素，所以在人工检测或用手持设备检测过程中，人为因素对检测结果有很大影响。钢丝绳在线自动监测系统最大程度地排除了人为因素的影响，系统经技术人员预先调试好后，便进入自动标定、自动检测的运行状态，检测结果稳定可靠。

　　人工检测的一大难题是检测效率低下。以双矿集团东荣三矿为例：副井为6绳摩擦式提升机，提升高度568m;按绳速为0.3m/s计算，人工检测1根钢丝绳需32min，6根绳共需192 min。即使采用手持式无损检测设备，按绳速为2m/s计算，检测6根钢丝绳也需30min左右。钢丝绳在线自动监测系统有着24h在线不间断检测的独特优势，极大地提高了重大装备钢丝绳的检测效率。

　　2 钢丝绳在线自动监测系统的原理及组成

　　TCK.W钢丝绳在线自动监测系统的原理是：在指定设备在用钢丝绳的运行路径中，适当选择监测点，完成工作状态下最大行程的实时监测;监测中遇危险信号时，第1时间传送至设备操作系统，报警并采用自动断电停机或人工操作停机等应急处理方式，以确保设备安全运行。

　　TCK.W钢丝绳在线自动监测系统主要由模式组合检测系统、多功能数采转换工作站、声光预警系统和终端程序主令控制主站等四大部分组成。

　　将TCK.W高性能模式组合检测系统安装在钢丝绳需要监测的重点部位，在钢丝绳正常运行过程中，自动完成对钢丝绳的检测。检测过程：首先由TCK.W弱磁加载组件完成对被测钢丝绳的弱磁规划，使其处于稳定的待测状态;其次由高性能传感器检测组件完成对被测钢丝绳全程状态信息的提取，并输出原始检测信息。

　　多功能数采转换工作站接收到原始检测信息后，完成规定的数模和信息制式转换，实现对原始数据的初步处理和信息存储;并通过有线或无线通讯传输方式，将运行中的钢丝绳损伤信号实时传输到主控中心。

　　声光预警系统根据多功能数采转换工作站的处理结果提供预警信号;并按照国家经贸委发布的《钢丝绳(缆)在线无损定量检测方法和判定规则》的规定，根据损伤程度的不同，对钢丝绳的安全状态进行判断。

　　终端程序主令控制主站是整个监测系统的神经中枢，由中央处理组件、计算机硬件和软件系统、现代网络通讯系统和显示终端等部分组成，能够对接收到的检测信息进行综合分析，为用户提供每日的分析处理结果及钢丝绳的损伤变化趋势。用户也可以随时检索查询被测钢丝绳当前或过去某个时间的损伤状态、损伤量值、损伤点位置、损伤类型、损伤曲线、损伤点发展趋势等，并通过终端显示或打印出检测报告。检测报告清晰明确，使用户对钢丝绳的安全状态一目了然。

　　3 钢丝绳在线自动监测系统性能特点

　　钢丝绳在线自动监测系统是基于网络技术的分布固定安装式钢丝绳无损定量检测系统，具有以下特点：

　　(1)适应性好。充分考虑了使用环境的温度(-30—+55℃)、湿度、淋水、结冰等自然环境因素的影响，并已完成了各项耐受性能和型式试验。

　　(2)架设便捷。高灵敏传感器、大容量数据采集装置及其他附属设施一次安装于各适当位置，精度高、实用性强。

　　(3)操作简单。整个系统自动标定、自动运行，无须在每次检测时对系统参数进行调整，且整个结构易拆装、易维护，操作简单。

　　(4)针对性强。针对提升设备上使用的钢丝绳在运行中存在不同程度的跳抖或有限平移运动的问题，设计了弹性安置机构及滑动平移跟随装置来加以解决，保证了监测结果准确、稳定、可靠。

　　(5)兼容性强。可轻松实现与目前各行业重大设备及装备中已使用的多功能控制系统入并和兼容。

　　4 钢丝绳在线自动监测系统应用实例

　　钢丝绳在线自动监测系统可根据监测环境和现场工况的不同需求，灵活进行组合配置。

　　双矿集团推广应用TCK.W钢丝绳在线自动监测系统后，彻底消除了钢丝绳断绳造成的机毁人亡等灾难性事故，对安全生产起到了十分重要的保障作用。

　　同时，该自动监测系统也为双矿集团带来了可观的经济效益。双矿集团以前每年的钢丝绳用量为1240t，成本1050万元。采用钢丝绳自动检测技术后，每年的钢丝绳用量减少了1/3，节约成本350万元;减少停机检测时间4/5，创造利润4000万元;降低检测能耗节约的成本达百万元以上。附表是双矿集团1根6×34-28钢丝绳检测和系统分析实例。附表钢丝绳检测和系统分析实例。

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