一种基于物联网的矿用单轨吊安全运行控制系统

技术领域

本发明属于矿用单轨吊安全运行监测控制领域，涉及到一种基于物联网的矿用单轨吊安全运行控制系统。

背景技术

矿用单轨吊的安全运行决定着运输过程中的人员和设备安全。矿用单轨吊通常用于吊装重量巨大的物品，一旦发生意外事故，可能会造成严重的人员伤亡和设备损坏，因此，对矿用单轨吊的安全运行监测和控制显得尤为重要。此外，安全运行监测控制能够延长设备的使用寿命，定期监测矿用单轨吊的工作状态和负荷情况可以及时发现各种潜在风险，比如结构损坏问题，从而有助于采取相应的维护和保养措施，以减少故障发生并延长设备使用寿命。

目前，现有的矿用单轨吊安全运行监测内容仅限于对滑行轨道结构中的形变位置进行圈定，未考虑形变位置对矿用单轨吊加速运行的阻滞影响，形变位置对单轨吊加速运行的阻滞会导致额外的应力集中在设备关键部位，长期下来会增加设备的磨损和损耗，降低设备的使用寿命，进而增加维护成本。

另一方面，现有的矿用单轨吊安全运行监测内容未考虑形变位置对相邻负载物之间的碰撞影响，若矿用单轨吊在形变位置进行加速行驶，会使得负载物在行驶过形变位置时发生颠簸，从而可能与其相邻负载物发生碰撞。

发明内容

鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种基于物联网的矿用单轨吊安全运行控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供一种基于物联网的矿用单轨吊安全运行控制系统，包括：轨道运行监测模块，用于实时获取滑行轨道结构路径的运输数据，分析滑行轨道结构各形变位置的行驶阻塞系数

轨道结构健康评估模块，用于识别轨道运行结构上是否存在异物，进而分析滑行轨道结构的实时运行健康系数。

滑轮运行监测模块，用于实时检测矿用单轨吊上各滑轮支架的运行温度测量指标，分析滑轮结构的实时运行安全系数。

驻停状态判断模块，用于评估单轨吊滑轮轨道运行过程中的安全系数，进而确认是否启动驻停模式。

碰撞风险评估模块，用于识别各负载物轮廓形状，评估各负载物在各加速点位置的晃动距离，确定各负载物的晃动方向，据此分析各负载物之间是否存在碰撞风险，当存在碰撞风险时，向控制中心发出预警。

数据库，用于存储滑行轨道结构的标准设计参数、滑行轨道结构路径的运输数据、矿用单轨吊的预计负载运输计划，存储滑行轨道结构的参照坡度和参照坡长、各行驶速度范围对应正常温度指标，存储滑行轨道结构形变位置的行驶阻塞系数对应安全值、矿用单轨吊安全运行系数预警值。

优选的，所述滑行轨道结构路径的运输数据包括滑行轨道结构的标准路径轮廓、滑轮支架在运输路径中的各加速点位置及各加速点位置的标准加速度、滑轮支架在运输路径中的实时标准行驶速度。

优选的，所述分析滑行轨道结构各形变位置的行驶阻塞系数，具体为：获取矿用单轨吊的预计负载运输计划，从中提取各负载吊钩的预计负载重量，求和得到矿用单轨吊在运输过程中的合计负载重量

扫描滑行轨道结构的路径轮廓，将其与滑行轨道结构的标准路径轮廓进行重叠对比，统计滑行轨道结构的各形变位置，进而圈定出各形变位置的变形区域面积

提取滑轮支架中的子轮胎直径宽度，将其与各形变位置的变形区域对应轨道截面宽度进行对比，得到滑行轨道结构上各形变位置的标高差值

提取滑轮支架在运输路径中的各加速点位置对应坡度和坡长，分析得到各形变位置的爬坡滞塞度

将各形变位置与各加速点位置进行对比，分析滑行轨道结构各形变位置的行驶阻塞系数

优选的，所述各形变位置的爬坡滞塞度分析方法为：将滑轮支架在运输路径中的各加速点位置对应坡度和坡长分别记为

将滑轮支架在运输路径中的各加速点位置与各形变位置进行匹配，当某形变位置为加速度点位置时，将该加速点位置的爬坡滞塞度记为该形变位置的爬坡滞塞度，反之则将该形变位置的爬坡滞塞度记为0，统计得到各形变位置的爬坡滞塞度

优选的，所述分析滑行轨道结构的实时运行健康系数，内容包括：通过检测器实时扫描滑行轨道结构路径上是否存在异物，当存在异物时，对结构路径上的异物位置进行标记，并将滑行轨道结构的异物影响因子记为

由分析公式

将滑行轨道结构上不是形变位置的实时运行健康系数记为

优选的，所述分析滑轮结构的实时运行安全系数，过程如下：将滑轮支架在运输路径中的实时行驶速度与数据库中存储的各行驶速度范围对应正常温度指标进行对比，筛选出滑轮支架在实时行驶速度运行情况下的正常温度指标。

通过安装在滑轮支架上的检测器实时检测矿用单轨吊上各滑轮支架在实时行驶速度下的运行温度测量指标，将其与滑轮支架在实时行驶速度运行情况下的正常温度指标进行对比，得到矿用单轨吊上滑轮支架的实时运行温度异常指数

对各滑轮支架的运行状态进行实时扫描，获取各滑轮支架中各子轮胎与滑轮轨道的接触面积

分析滑轮结构的实时运行安全系数

优选的，所述确认是否启动驻停模式的方法为：结合滑行轨道结构的实时运行健康系数

优选的，所述评估各负载物在各加速点位置的晃动距离，过程如下：提取滑轮支架在各加速点位置的标准加速度，即为负载物在各加速点位置的标准加速度

获取各加速点位置的形变度

优选的，所述确定各负载物的晃动方向对应分析步骤为：获取各负载物所属的左右两个相邻负载吊钩，以左右两个相邻负载吊钩之间的中点位置为划分点，得到各负载物所属的左右两个相邻负载吊钩对应划分区域，设定左相邻负载吊钩对应划分区域为向前晃动区域、右相邻负载吊钩对应划分区域为向后晃动区域。

对各负载物轮廓进行扫描识别，得到各负载物在左右两个相邻负载吊钩对应划分区域内的轮廓体积，将各负载物在左右两个相邻负载吊钩对应划分区域内的轮廓体积进行相互对比，以轮廓体积最大值的负载吊钩对应划分区域为负载物重心偏移方向，当某负载物重心偏移方向所属划分区域为向前晃动区域时，该负载物的晃动方向为向前晃动，否则为向后晃动，据此确定各负载物的晃动方向。

优选的，所述分析各负载物之间是否存在碰撞风险具体为：将各负载物与其相邻负载物对应轮廓形状进行对比，得到各负载物与其相邻负载物对应轮廓形状的最短距离。

获取向前晃动的各负载物记为各前驱负载物，提取各前驱负载物在各加速点位置的晃动距离、各前驱负载物与其相邻负载物之间的最短距离，对比作差得到各前驱负载物在各加速点位置与其相邻负载物之间的碰撞距离偏差，若某前驱负载物在某加速点位置与其相邻负载物之间的碰撞距离偏差小于0，则该前驱负载物在该加速点位置存在碰撞风险。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：（1）本发明通过分析滑行轨道结构上各形变位置的形变度，并识别各形变位置是否为加速点位置，来分析滑行轨道结构各形变位置的行驶阻塞系数，进而通过识别轨道运行结构上是否存在异物来分析滑行轨道结构的实时运行健康系数，通过分析形变位置和加速点位置的关系，预测了形变位置在加速情况下产生的运行阻塞影响，这有益于及时发现滑行轨道结构的潜在行驶风险问题。

（2）本发明通过实时检测矿用单轨吊上各滑轮支架的运行温度测量指标，分析滑轮结构的实时运行安全系数，进而结合滑行轨道结构的实时运行健康系数，确认是否启动驻停模式，保障了滑轮运行状态监测效果的实时性，同时及时监测滑轮结构的运行温度可以帮助预防滑轮设备因摩擦过热而导致的损坏，有效延长滑轮设备的使用寿命，从而提高设备运行的安全性。

（3）本发明通过识别各负载物轮廓形状，评估负载物在各加速点位置的晃动距离，确定各负载物的晃动区域方向，据此分析各负载物之间是否存在碰撞风险，当存在碰撞风险时，向控制中心发出预警，能够及时感知到负载物之间的潜在碰撞风险，从而采取措施避免碰撞事故的发生，提高工作安全性。此外，通过对负载物晃动区域方向的确定，可以优化负载物的布局，调整运输方案，进而提高运输效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统模块连接示意图。

图2为本发明单轨吊滑行轨道结构布设示意图。

附图标记：1、滑行支架，2、负载吊钩，3、子滑轮，4、负载物所属的左相邻负载吊钩对应划分区域，5、负载物所属的右相邻负载吊钩对应划分区域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明提供了一种基于物联网的矿用单轨吊安全运行控制系统，该系统包括：轨道运行监测模块、轨道结构健康评估模块、滑轮运行监测模块、驻停状态判断模块、碰撞风险评估模块、数据库。所述轨道运行监测模块与轨道结构健康评估模块连接，轨道结构健康评估模块与滑轮运行监测模块连接，滑轮运行监测模块与驻停状态判断模块连接，驻停状态判断模块与碰撞风险评估模块连接，数据库分别与轨道运行监测模块、轨道结构健康评估模块、滑轮运行监测模块、驻停状态判断模块、碰撞风险评估模块连接。

所述轨道运行监测模块用于获取滑行轨道结构路径的运输数据，分析滑行轨道结构各形变位置的行驶阻塞系数

在本发明的具体实施方式中，所述滑行轨道结构路径的运输数据包括滑行轨道结构的标准路径轮廓、滑轮支架在运输路径中的各加速点位置及各加速点位置的标准加速度、滑轮支架在运输路径中的实时标准行驶速度。所述滑行轨道结构路径的运输数据存储于数据库中，其中滑行轨道结构的标准路径轮廓包括各加速点位置对应坡度和坡长。

在本发明的又一具体实施方式中，所述分析滑行轨道结构各形变位置的行驶阻塞系数，具体为：从数据库中获取矿用单轨吊的预计负载运输计划，从中提取各负载吊钩的预计负载重量，求和得到矿用单轨吊在运输过程中的合计负载重量

通过安装在滑行轨道结构侧上的激光扫描仪器实时扫描滑行轨道结构的路径轮廓，将其与滑行轨道结构的标准路径轮廓进行重叠对比，在滑行轨道结构的路径轮廓上圈定出与标准路径轮廓不重叠的各位置点，即为滑行轨道结构的各形变位置，进而圈定出各形变位置的不重叠区域面积，即为各形变位置的变形区域面积

从数据库中存储的滑行轨道结构的标准设计参数中提取滑轮支架中的子轮胎直径宽度，将其与各形变位置的变形区域对应轨道截面宽度进行对比，得到滑行轨道结构上各形变位置的标高差值

基于滑行轨道结构的标准路径轮廓、滑轮支架在运输路径中的各加速点位置，得到滑轮支架在运输路径中的各加速点位置对应标准路径轮廓，从中提取滑轮支架在运输路径中的各加速点位置对应坡度和坡长，分析得到各形变位置的爬坡滞塞度

将各形变位置与各加速点位置进行对比，分析滑行轨道结构各形变位置的行驶阻塞系数

在本发明的另一具体实施方式中，所述各形变位置的爬坡滞塞度分析方法为：将滑轮支架在运输路径中的各加速点位置对应坡度和坡长分别记为

将滑轮支架在运输路径中的各加速点位置与各形变位置进行匹配，当某形变位置为加速度点位置时，将该加速点位置的爬坡滞塞度记为该形变位置的爬坡滞塞度，反之则将该形变位置的爬坡滞塞度记为0，统计得到各形变位置的爬坡滞塞度

本发明通过分析滑行轨道结构上各形变位置的形变度，并识别各形变位置是否为加速点位置，来分析滑行轨道结构各形变位置的行驶阻塞系数，进而通过识别轨道运行结构上是否存在异物来分析滑行轨道结构的实时运行健康系数，通过分析形变位置和加速点位置的关系，预测了形变位置在加速情况下产生的运行阻塞影响，这有益于及时发现滑行轨道结构的潜在行驶风险问题。

所述轨道结构健康评估模块用于识别轨道运行结构上是否存在异物，进而分析滑行轨道结构的实时运行健康系数。

在本发明的具体实施方式中，所述分析滑行轨道结构的实时运行健康系数，内容包括：通过检测器实时扫描滑行轨道结构路径上是否存在异物，当存在异物时，对结构路径上的异物位置进行标记，并将滑行轨道结构的异物影响因子记为

从数据库中提取滑行轨道结构形变位置的行驶阻塞系数对应安全值，由分析公式

将滑行轨道结构上不是形变位置的实时运行健康系数记为

所述滑轮运行监测模块用于实时检测矿用单轨吊上各滑轮支架的运行温度测量指标，分析滑轮结构的实时运行安全系数。

在本发明的具体实施方式中，所述分析滑轮结构的实时运行安全系数，过程如下：将滑轮支架在运输路径中的实时行驶速度与数据库中存储的各行驶速度范围对应正常温度指标进行对比，筛选出滑轮支架在实时行驶速度运行情况下的正常温度指标。

通过安装在滑轮支架上的检测器实时检测矿用单轨吊上各滑轮支架在实时行驶速度下的运行温度测量指标

通过安装在滑轮支架上的激光扫描仪器对各滑轮支架的运行状态进行实时扫描，获取各滑轮支架中各子轮胎与滑轮轨道的接触面积

从数据库中存储的滑行轨道结构的标准设计参数中提取滑轮支架中子轮胎的规格设计面积，分析滑轮结构的实时运行安全系数

所述驻停状态判断模块用于评估单轨吊滑轮轨道运行过程中的安全系数，进而确认是否启动驻停模式。

在本发明的具体实施方式中，所述确认是否启动驻停模式的方法为：结合滑行轨道结构的实时运行健康系数

本发明通过实时检测矿用单轨吊上各滑轮支架的运行温度测量指标，分析滑轮结构的实时运行安全系数，进而结合滑行轨道结构的实时运行健康系数，确认是否启动驻停模式，保障了滑轮运行状态监测效果的实时性，同时及时监测滑轮结构的运行温度可以帮助预防滑轮设备因摩擦过热而导致的损坏，有效延长滑轮设备的使用寿命，从而提高设备运行的安全性。

所述碰撞风险评估模块用于识别各负载物轮廓形状，评估各负载物在各加速点位置的晃动距离，确定各负载物的晃动方向，据此分析各负载物之间是否存在碰撞风险，当存在碰撞风险时，向控制中心发出预警。

在本发明的具体实施方式中，所述评估各负载物在各加速点位置的晃动距离，过程如下：提取滑轮支架在各加速点位置的标准加速度，即为负载物在各加速点位置的标准加速度

所述滑轮支架在运输路径中各加速点位置开始加速时刻的标准行驶速度是从滑轮支架在运输路径中的实时标准行驶速度中提取得到。

获取各加速点位置的形变度

滑轮支架在各加速点位置的单位时间行驶距离与吊钩负载物的不稳定晃动距离之间存在着直接关系。具体而言，当滑轮支架经过加速点时，单位时间行驶距离会影响吊钩上负载物不稳定晃动距离，如果滑轮支架在单位时间行驶距离较大，那么相应地，吊钩负载物的不稳定晃动距离也可能会增加。

请参阅图2所示，在本发明的又一具体实施方式中，所述确定各负载物的晃动方向对应分析步骤为：获取各负载物所属的左右两个相邻负载吊钩，以左右两个相邻负载吊钩之间的中点位置为划分点，得到各负载物所属的左右两个相邻负载吊钩对应划分区域，设定左相邻负载吊钩对应划分区域为向前晃动区域、右相邻负载吊钩对应划分区域为向后晃动区域。

对各负载物轮廓进行扫描识别，得到各负载物在左右两个相邻负载吊钩对应划分区域内的轮廓体积，将各负载物在左右两个相邻负载吊钩对应划分区域内的轮廓体积进行相互对比，以轮廓体积最大值的负载吊钩对应划分区域为负载物重心偏移方向，当某负载物重心偏移方向所属划分区域为向前晃动区域时，该负载物的晃动方向为向前晃动，否则为向后晃动，据此确定各负载物的晃动方向。

在本发明的另一具体实施方式中，所述分析各负载物之间是否存在碰撞风险具体为：将各负载物与其相邻负载物对应轮廓形状进行对比，得到各负载物与其相邻负载物对应轮廓形状的最短距离。

获取向前晃动的各负载物记为各前驱负载物，从各负载物在各加速点位置的晃动距离中提取各前驱负载物在各加速点位置的晃动距离、从各负载物与其相邻负载物对应轮廓形状的最短距离中提取各前驱负载物与其相邻负载物之间的最短距离，对比作差得到各前驱负载物在各加速点位置与其相邻负载物之间的碰撞距离偏差，若某前驱负载物在某加速点位置与其相邻负载物之间的碰撞距离偏差小于0，则该前驱负载物在该加速点位置存在碰撞风险。

本发明通过识别各负载物轮廓形状，评估负载物在各加速点位置的晃动距离，确定各负载物的晃动区域方向，据此分析各负载物之间是否存在碰撞风险，当存在碰撞风险时，向控制中心发出预警，能够及时感知到负载物之间的潜在碰撞风险，从而采取措施避免碰撞事故的发生，提高工作安全性。此外，通过对负载物晃动区域方向的确定，可以优化负载物的布局，调整运输方案，进而提高运输效益。

所述数据库用于存储滑行轨道结构的标准设计参数、滑行轨道结构路径的运输数据、矿用单轨吊的预计负载运输计划，标准设计参数包括滑行轨道结构的标准设计宽度、滑轮支架中的子轮胎直径宽度，存储滑行轨道结构的参照坡度和参照坡长、各行驶速度范围对应正常温度指标，存储滑行轨道结构形变位置的行驶阻塞系数对应安全值、矿用单轨吊安全运行系数预警值。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本发明所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。