旁压式钢丝绳受力监控预警装置的研发

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2019年中国电机工程学会年会论文集旁压式钢丝绳受力监控预警装置的研发陈玮雨福建省送变电工程有限公司，福建省福州市晋安区北环中路216号350013；DevelopmentofPressureMonitoringandEarlyWarningDeviceforSidePressureTypeSteelWireRopeCHENWei-yuFujianProvinceTransmissionandTransformationEngineeringCo.,Ltd.,No.216,NorthRingRoad,Jin'anDistrict,FuzhouCity,FujianProvince.摘要：目前，广泛采用直拉式钢丝绳受力监控装置监控钢丝绳受力情况，这种装置不受绳径影响、测量精度高，但也存在故障更换难等不足。为此，本文研发了旁压式钢丝绳受力监控预警装置，它将旁压式侧拉力传感器“并联”在钢丝绳上进行受力信息的采集，再通过无线受力信息采集发送终端对受力信息就地处理并发送，最后由手持式监控主机接收受力信息后经处理推送至显示屏实时显示，当受力超设定值时则声光报警，实现钢丝绳的受力监控与预警。关键词：钢丝绳；受力监控预警；装置ABSTRACT:Atpresent,thestraight-wiretypewireropeforcemonitoringdeviceiswidelyusedtomonitorthestressofthewirerope.Thisdeviceisnotaffectedbytheropediameterandhashighmeasurementaccuracy,butitisalsodifficulttoreplacethefault.Tothisend,thispaperdevelopedasidepressuretypewireropeforcemonitoringandearlywarningdevice,whichwill"parallel"thesidepressuretypesidetensionsensoronthewireropetocollecttheforceinformation,andthenpassthewirelessforceinformationcollectionandtransmissionterminaltotheforceinformation.Itisprocessedandsentlocally.Finally,thehand-heldmonitoringhostreceivestheforceinformationandthenpushesittothedisplayforreal-timedisplay.Whentheforceexceedsthesetvalue,thesoundandlightalarmstorealizetheforcemonitoringandearlywarningofthewirerope.KEYWORD:Wirerope；Forcemonitoringandearlywarning；Device1前言拉式的机械拉力计或拉力传感器“串联”于钢丝钢丝绳是将力学性能和几何尺寸符合要求的绳与挂点间，进行受力信息的采集；再通过人工钢丝按照一定的规则捻制在一起的螺旋状钢丝读取或有线传输至显示设备实现对钢丝绳受力的束，钢丝绳由钢丝、绳芯及润滑脂组成。它强度监控。高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工这种直拉式钢丝绳受力监控设备不受绳径影作可靠，广泛应用于矿山、电力、机械等领域。响，测量精度高，但也存在局限性：当设备出现但在实际应用中，因钢丝绳断裂引起的事故却时故障，需将钢丝绳卸荷后才能处理，耗工耗时，有发生，主因就是钢丝绳受力超载。因此，监控也无法用于钢丝绳无法卸荷的工况；改变了原有钢丝绳使用时的受力情况是否满足安全要求，是钢丝绳系统，若设备损坏断裂，则钢丝绳系统也保障钢丝绳安全使用的关键。视同断裂，增加了安全隐患。2装置的功能需求分析3装置的集成设计目前，为监控钢丝绳受力情况，多数采用直旁压式钢丝绳受力监控预警装置，包括旁压式侧拉力传感器、无线受力信息处理发送终端和-1-

12019年中国电机工程学会年会论文集手持式无线受力信息接收监控主机。它采用旁压式侧拉力传感器“并联”在钢丝绳上进行受力信息的采集，通过无线受力信息采集发送终端实现受力信息的就地处理与无线发送，手持式无线受力信息接收监控主机接收受力信息后经处理推送图2旁压式侧拉力传感器工作原理图至显示屏实时显示，当受力超设定值时则声光报3.2无线受力信息处理发送终端警，实现钢丝绳的受力监控与预警。无线受力信息处理发送终端如图3所示，通3.1旁压式侧拉力传感器过铠装电缆与旁压式侧拉力传感器连接，最多可旁压式侧拉力传感器如图1所示，工作原理同时采集4个传感器的受力信息，并采用如图2所示，采用电桥测量的原理，由无线受力STM32F103VCT6型ARM微控制器进行实现信信息处理发送终端给予+5V～+15V直流激励电息的处理与无线发送。它的无线信息处理发送流源，感应钢丝绳受力下微弱的绳径变化，并转为程如图4所示，将旁压式侧拉力传感器输出的mV3～10mV电压信号输出，从而实现受力信息的采级电压模拟信号通过铠装电缆接入终端的；前置集。实际操作中，将该传感器“并联”在钢丝绳上，将螺栓锁紧到位即可。若传感器故障，可立前置模数信号转换模拟电压信号即拆卸进行维修或更换，无须钢丝绳卸荷，适用处理采样MCU单元单元性强；也不改变既有的钢丝绳系统，不增加安全数字隐。信号处理计算与433M分析无线发射无线校验传输单元图4无线信息采集发送流程图图1旁压式侧拉力传感器微DC12VGND拨动2.4GHz锂天线接口开关控锂电池STM32F103电VCT6XARM微控制器制HPAAM93KORHP416池器区DATA1DATA2DATA3DATA4区传感器1传感器2传感器3传感器4保护旁压式侧拉力传感器铠装钢绳电缆图3无线信息处理发送终端-2-

22019年中国电机工程学会年会论文集信号处理单元对输入信号进行隔离、滤波处理；模LCD显示区数转换采样单元将旁压式侧拉力传感器输入的mV无线信息接收处理区级电压模拟信号进行放大，并转换成数字量；MCU锂电池区单元完成数字信号的处理计算与分析校验后，将结亮灯警示（绿、黄、红）果按照通信规约的要求组包，并将数据包推送至LCD显示区监测编号kN433M无线传输单元与无线发射，通过433M无线拉力监测10.00拉力监测10.00频段将测量信息发送至手持式无线受力信息接收监拉力监测10.00人机交互区拉力监测10.00控主机。工作电池状态通信状态配置该发送终端将钢丝绳受力信息就地数字化，并无线信息接收处理区进行采样计算与无线发送至监控主机，不需要通过2.4GHzSFA天线接口接信号电缆的方式传回监控主机，大大提高了装置的口ZIGBEE_12V_1.0安装效率和重复利用率。同时，终端采用全封闭防VCC12V蜂鸣警示雨机箱设计，搭配高效锂电池，功耗低，一次充电可持续使用30天以上。锂电池区3.3手持式无线受力信息接收监控主机锂电池手持式无线受力信息接收监控主机如图5所示，配置高效锂电池供电，采用ZIGBEE_12V_1.0图5手持式无线信息接收监控主机开发板进行二次开发，实现受力信息的无线接收与数据处理，并推送至5寸的LCD液晶显示屏实时4应用情况显示。它的无线信息接收流程如图6所示，无线接旁压式钢丝绳受力监控预警装置现场应用如图收和433M无线传输单元，接收来自无线受力信息7所示，目前已广泛应用于输电线路工程组立塔施处理发送终端发射来的数据，并推送至MCU单元；工现场，用于监控起吊绳、外拉线等受力钢丝绳的MCU单元，完成接收数据的分析分析校验，并将受力情况。经应用表明，旁压式钢丝绳受力监控预数据推送至监控主机实时显示；若数据超过预警或警装置具有待机时间长、安装拆卸方便、操作使用报警值，则触发蜂鸣报警器发出提示音，并在显示简单、监控数据准确、预警报警及时等优点，可有屏上相应的监测栏会有黄色预警或红色报警标志闪效提高施工现场的本质安全，经济效益和社会效益烁。同时，监控主机设有人机交互区实现整套装置显著。的开关、电池与通信状态的查看、受监测钢丝绳的绳径以及预警、报警值的设置等。MCU433M无线数字无线接收监控主机传输信号单元分析校验图6无线信息接收流程图图7旁压式钢丝绳受力监控预警装置监控内悬浮双摇臂抱杆组立塔时的吊装重量

32019年中国电机工程学会年会论文集5结语本文针对“串联”式直拉式的机械拉力计或拉力传感器存在的故障更换难、影响原绳系安全等不足开展技术攻关，采用了旁压式侧拉力传感器并基于ARM、ZIGBEE等技术，应用集约化的设计理念，研制出旁压式钢丝绳受力监控预警装置。该装置实现了对钢丝绳受力状态全过程的安全监控预警，具有安装拆卸方便、监控数据可靠、预警报警及时、人机交互界面友好等特点。可推广应用于各个领域的钢丝绳受力监控，有效降低因钢丝绳超载断裂引发的事故，是现场作业指挥人员安全管控的利器。参考文献[1]JGJ332-2014，建筑塔式起重机安全监控系统应用技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.[2]Q/GDW346-2009，架空输电线路钢管塔组立施工工艺导则[S].北京：国家电网公司，2009.[3]谭浩强.C程序设计（第三版）[M].北京:清华大学出版社,2014.作者简介：陈玮雨（1987-），男，福建莆田，硕士研究生，高级工程师、高级技师，送电线路工程施工