一种离心机安全监控系统的制作方法

1.本实用新型涉及安全监控技术领域，具体涉及一种离心机安全监控系统。


背景技术：

2.多自由度载人离心机是由主电机驱动主轴承并带动主臂旋转，配合万向架(滚转框与座舱)等其他轴向运动，实现多自由度过载模拟的装备，可对飞行员进行地面高载荷航空医学训练，一般由机械分系统、驱动控制分系统、安全监控分系统、飞行仿真分系统、医学监护分系统和其他辅助设备等组成。离心机庞大的系统、复杂多样的信号、多轴向复合过载等因素，对设备和受试者的安全要求较高。安全监控分系统实时监测系统的各类信号，并以多重保护措施避免故障对设备或受试者造成伤害。多自由度载人离心机在安全信号传输方面较一般设备复杂，离心机各分系统分布于地下室、主机室、控制室等不同楼层的不同地方，存在传输距离长、影响信号整合的问题。


技术实现要素：

3.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有多自由度载人离心机各部分之间信号传输距离过长、信号难以整合的缺陷，从而提供一种离心机安全监控系统。
4.根据第一方面，本实用新型实施例公开了一种离心机安全监控系统，包括：安全主站、主臂从站、座舱从站及电气从站，其中，所述主臂从站，安装于离心机主臂旋转轴心处，用于采集所述离心机的主臂的第一运行参数及第一运行状态，并整合为主臂数据；所述座舱从站，安装于离心机座舱处，用于采集所述离心机的座舱的第二运行参数、第二运行状态及受试者的监测信号，并整合为座舱数据；所述电气从站，安装于离心机地下室处，用于采集所述离心机的电气运行参数，并整合为电气数据；所述安全主站，安装于离心机主控室，用于获取所述主臂数据、座舱数据及电气数据，基于所述主臂数据、座舱数据及电气数据进行分析，得到分析结果。
5.可选地，所述离心机安全监控系统还包括信号滑环和电子限位器，所述信号滑环，安装于主臂从站与座舱从站、电气从站与主臂从站、主臂从站与安全主站之间，用于将所述主臂数据、座舱数据、电气数据传输至所述安全主站；所述电子限位器，安装于所述座舱从站与安全主站之间，用于将所述座舱数据中轴向数据超过预设阈值的数据传输至所述安全主站。
6.可选地，所述主臂从站包括：第一平衡传感器，安装于离心机的主臂平衡系统处，用于采集所述主臂从站的平衡状态数据；轴刹车传感器，安装于离心机的主臂轴刹车部件处，用于采集所述主臂从站轴刹车状态数据；轴电机传感器，安装于离心机的主臂轴电机处，用于采集所述主臂从站轴电机状态数据；第一加速度传感器，安装于离心机的主臂旋转加速度部件处，用于采集所述主臂从站的加速度数据；第一整合模块，用于整合所述主臂从站的平衡状态数据、轴刹车状态数据、轴电机状态数据和加速度数据为所述主臂数据。
7.可选地，所述座舱从站包括：第二平衡传感器，安装于离心机的座舱平衡系统处，
用于采集所述座舱从站的平衡状态数据；第二加速度传感器，安装于离心机的座舱的轴向旋转部件处，用于采集所述座舱从站的轴向加速度数据；压力传感器，安装于离心机的座舱供气压力部件处，用于采集所述座舱从站的供气压力数据；锁定传感器，安装于离心机的座舱门锁处，用于采集所述座舱从站的门锁数据；受试者传感器，安装于离心机的座舱受试者座位处，用于采集所述座舱从站中受试者数据；第二整合模块，用于整合所述座舱从站的平衡状态数据、轴向加速度数据、供气压力数据、门锁数据和受试者数据为所述座舱数据。
8.可选地，所述电气从站包括：配电传感器，安装于离心机的地下室配电系统处，用于采集所述电气从站的配电数据；冷却传感器，安装于离心机的地下室风机冷却系统处，用于采集所述电气从站的冷却数据；压缩传感器，安装于离心机的地下室压缩空气系统处，用于采集所述电气从站的压缩空气数据；供电传感器，安装于离心机的地下室供电系统处，用于采集所述电气从站的供电数据；变频传感器，安装于离心机的地下室变频系统处，用于采集所述电气从站的变频器数据；电机传感器，安装于离心机的地下室主电机处，用于采集所述电气从站的主电机数据；主刹车液压传感器，安装于离心机的地下室主刹车液压站处，用于采集所述电气从站的液压数据；第三整合模块，用于整合所述电气从站的配电数据、冷却数据、压缩空气数据、供电数据、变频器数据、主电机数据和液压数据为所述电气数据。
9.可选地，所述离心机安全监控系统还包括：安全监控显示模块，用于显示所述离心机安全监控系统的主臂数据、座舱数据及电气数据，和至少一可操作模式，所述可操作模式用于指示所述安全主站执行与所述分析结果对应的安全操作；驱动模块，用于为所述离心机安全监控系统提供动力。
10.本实用新型技术方案，具有如下优点：
11.本实用新型提供的离心机安全监控系统，该系统包括，包括安全主站、主臂从站、座舱从站及电气从站，主臂从站安装于离心机主臂旋转轴心处，用于采集离心机的主臂的第一运行参数及第一运行状态，整合为主臂数据；座舱从站安装于离心机座舱处，用于采集离心机的座舱的第二运行参数、第二运行状态及受试者的监测信号，整合为座舱数据；电气从站安装于离心机地下室处，用于采集离心机的电气运行参数，整合为电气数据；安全主站用于获取主臂数据、座舱数据及电气数据，基于主臂数据、座舱数据及电气数据进行分析，得到分析结果。通过实施本实用新型，将离心机安全监控系统采用主从结构，主从站模块化程度高，解决了信号传输距离长，信号难以整合的问题。
附图说明
12.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
13.图1为本实用新型实施例中离心机安全监控系统的一个具体示例的原理框图。
具体实施方式
14.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
15.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
16.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
17.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
18.载人离心机是由主电机驱动主轴承并带动主臂旋转，配合万向架(滚转框与座舱)等其他轴向运动，实现多自由度过载模拟的装备，可对飞行员进行地面高载荷航空医学训练。离心机庞大的系统、复杂多样的信号、多轴向复合过载等因素，对设备和受试者的安全要求较高。安全监控分系统实时监测系统的各类信号，并以多重保护措施避免故障对设备或受试者造成伤害。
19.本实用新型实施例公开了一种离心机安全监控系统，如图1所示，该系统包括：
20.主臂从站101，安装于离心机主臂旋转轴心处，用于采集所述离心机的主臂的第一运行参数及第一运行状态，并整合为主臂数据。
21.示例性地，主臂从站101安装在离心机的主臂靠近旋转轴心处，可以由西门子s7－200可编程控制器和相关数据采集的传感器组成。第一运行参数可以是主臂从站101中的运行的参数，例如主旋转加速度、主旋转速度、滚转和俯仰轴电机的运行参数、主刹车运行参数、轴刹车运行参数和系统平衡参数等。第一运行状态为用以表征该离心机的运行状态的数据，例如是俯仰轴电机状态(工作状态、角度位置、温度等)、主刹车和轴刹车状态及系统平衡状态等。相应地，用以采集上述各类运行参数的传感器可以包括：加速度传感器、温度传感器、速度传感器、位移传感器等，本实用新型实施例对主臂从站101的构成、第一运行参数的数据类型和个数不作限定，本领域技术人员可以根据实际需要确定。
22.座舱从站102，该座舱从站，安装于离心机座舱处，用于采集所述离心机的座舱的第二运行参数、第二运行状态及受试者的监测信号，并整合为座舱数据。
23.示例性地，座舱从站102安装在离心机座舱部分，可以由西门子s7-200可编程控制器和相关传感器组成，第二运行参数可以是座舱从站102中座舱的平衡参数、三轴向加速度、供气压力、座舱门锁数据以及对受试者的监测的视频数据(可以包括面部监测音视频和整体监测音视频)和对受试者生理信号的监控。第二运行状态为根据第二运行参数的数据判断对应的数据是否正常。相应地，用以采集上述各类运行参数的传感器可以包括：加速度传感器、温度传感器、速度传感器、位移传感器等，本实用新型实施例对座舱从站102的构成、第二运行参数的数据类型和个数不作限定，本领域技术人员可以根据实际需要确定。
24.电气从站103，该电气从站，安装于离心机地下室处，用于采集所述离心机的电气运行参数，并整合为电气数据。
25.示例性地，电气从站103可以安装在离心机的地下室，可以由西门子s7-200可编程控制器和相关传感器组成，地下室可以安装离心机变压器、主电机、变频器、空气压缩系统等配套设施，电气运行参数可以包括配电系统状态(主变压器开关柜、励磁开关柜等)、风机冷却系统(工作状态、温度等)、压缩空气系统(工作状态、出口压力)、ups系统(电源状态、电池电压、内部温度等)、变频器系统(工作状态、水温等)、主电机(工作状态、定子温度、轴承温度等)、主刹车液压站(工作状态、液压油压力、液压油量状态等)，将采集到的电气运行参数进行整合，统称为电气数据。
26.安全主站104，该安全主站104用于获取所述主臂数据、座舱数据及电气数据，基于所述主臂数据、座舱数据及电气数据进行分析，得到分析结果。
27.示例性地，安全主站104安装在控制间，可以由西门子s7-400可编程控制器和相关的数据传感器组成，安全主站104与各从站之间的数据传输可以由信号滑环传输。所有从站数据以高速以太网作为通信媒介后，通过信号滑环将信号传输到安全主站104进行逻辑判断及综合处理，具体的判断和处理的过程，可以通过查询如表1所示的表格，得到相应的处理措施。例如，表1中，在离心机运行中烟火探测信号监测到的数值大于预设的阈值时，执行停机操作，其中可以根据探测到数值的大小，执行正常停机或紧急停机操作，在监测到的信号数值没有恢复正常范围前，不允许运行；当风机冷却系统在运行前或运行中出现运行数据异常，则发出报警信号。其他的处理措施根据表1中的内容以此类推。
28.具体地，在离心机运行过程中安全主站实时获取各从站的数据，其中多轴向加速度和主旋转加速度信号在正常的运行过程中信号保持稳定，且只有在超限时需要安全主站104进行综合判断，因此可以在信号进入安全主站104前单独引出一路至电子限位器中进行判断，超限值时电子限位器将数据传入安全主站104，可以减少安全主站104的运行负荷。安全主站104一方面将处理后的信号传输至安全监控上位机中实时显示，另一方面直接与离心机的驱动系统进行相连，发送紧急停机等控制信号。安全主站104除了获取各个从站的整合数据之外，还可以通过信号电缆获取安全主站104的主机室视频、门锁、烟火探测信号和离心机的驱动系统的状态。
29.表1
30.[0031][0032]
注：未区分运行前和运行中的，处理结果一致。
[0033]
安全主站104在根据获取到的各从站的信号后得到相应的分析结果，根据分析结果进行对应的处理措施，对应的处理措施，除了上述表1中的部分基本处理措施之外(由于离心机系统的复杂，并未将所有处理措施列出)，还可以根据信号分析得到对应的故障类别，根据故障类别对人或设备产生的危害，进行等级划分，当出现表1中的故障时，系统跳转到对应的保护程序进行防护，等级防护措施可以包括离心机本体保护措施、断电自我保护措施、安全联锁保护措施、运行环境视频监控和烟火探测防护、受试者保护措施、载荷超限保护措施以及操作人员保护措施。
[0034]
其中离心机本体保护措施主要包括：a、带供电的部件或系统增加过流保护装置，防止短路或过载对设备造成损害；b、对有独立功能(ups电源、主电机、空气压缩站、变频器等)的部件充分利用其本身的保护系统和装置，当安全值超过出厂限制时启动自身防护，同时将信号传给对应从站进行综合逻辑判断；c、主要监控点布置传感器，并将信号通过最近的从站发送给安全主站104后，由安全主站104加以逻辑判断，若超限则启动相关流程，即紧急停机或报警。
[0035]
断电自我保护措施主要是指，为防止停电对设备造成的意外伤害、数据丢失、人员安全等，离心机低压供电输入端接入ups电源，可提供主刹车液压控制器、计算机系统、视景
系统、座舱照明和医学监护设备等不低于15min的供电需求，各分系统在ups供电时可进行应急操作，包括由主刹车液压控制系统启动紧急停机流程、撤离受试者、保存试验数据、关闭各分系统等。
[0036]
安全联锁保护措施主要是指，由于离心机是高速旋转装置，为防止运行时人员进出造成的伤害，所有通往主机室的门上都安装了非接触式磁性安全开关监测传感器，全程监测，若运行前门未关闭则不允许运行离心机，运行过程中门锁打开则启动紧急停机流程。
[0037]
运行环境视频监控和烟火探测防护主要包括：安装监控摄像头，全方位无死角监控主机室环境。并且在主机室、控制室、电机间、高压室、低压配电间等装有烟火探测器，探测主机室、控制室、电机间、高压室、低压配电间中可能出现的烟火火情。
[0038]
受试者保护措施主要是指，通过座舱从站102中的受试者模块对受试者实时监测受试者心电、耳脉搏、呼吸等生理信号和语音、面部表情等音视频信号，避免受试者因高载荷晕厥带来的伤害。
[0039]
载荷超限保护措施主要是指，在离心机高过载试验中，防止载荷超限是保证受试者安全的重要措施。离心机安全监控系统通过两层保护实现。其中第一层为软件保护，每条过载曲线附加设置载荷包线和载荷增长率包线，离心机运行时，实时采集位于座舱眼水平位置的三轴向加速度传感器，当实际过载超包线设置值时自动限制至限值，该包线值可由操作人员根据受试者耐力水平和训练曲线修改。第二层保护为硬件保护，采用电子限位器，通过串口将各方向载荷告警值和限值(一般为人体穿戴抗荷装备后能耐受的极限载荷值)和离心机平台转速(加速度传感器安装在主臂末端，与座舱三轴向加速度传感器在同一水平面上，同时距离主旋转中心距离相等)写入限位器中，连接传感器数值至电子限位器输入端，当载荷超过告警值时提示，超过限值时启动紧急停机程序。多重防护有效避免因载荷超限导致人员受伤。
[0040]
操作人员保护措施主要包括：采用接地、设置漏电开关等方式降低操作人员触电危险。
[0041]
本实用新型提供的离心机安全监控系统，该系统包括，安全主站104、主臂从站101、座舱从站102及电气从站103，其中，主臂从站101用于采集离心机的主臂的第一运行参数及第一运行状态，并整合为主臂数据；座舱从站102用于采集离心机的座舱的第二运行参数、第二运行状态及受试者的监测信号，并整合为座舱数据；电气从站103用于采集离心机的电气运行参数，并整合为电气数据；安全主站104用于获取主臂数据、座舱数据及电气数据，基于主臂数据、座舱数据及电气数据进行分析，得到分析结果。将离心机安全监控系统采用主从结构，各从站对最近的监控信号进行分析处理在传入主站进行整合，主从站模块化程度高，可扩充性强，解决了信号传输距离长，信号难以整合的问题。
[0042]
作为本实用新型一个可选实施方式，所述离心机安全监控系统还包括信号滑环和电子限位器，所述信号滑环，安装于主臂从站101与座舱从站102、主臂从站101与电气从站103、主臂从站101与安全主站104之间，用于将所述主臂数据、座舱数据、电气数据传输至所述安全主站104；所述电子限位器，安装于所述座舱从站102与安全主站104之间，用于将所述座舱数据中轴向数据超过预设阈值的数据传输至所述安全主站104。
[0043]
示例性地，由于离心机安全监控系统的各从站都位于不同地方，传输距离长，影响数据整合，而且为实现多轴向过载模拟，离心机需具备座舱滚转和俯仰方向360度旋转，主
轴连续旋转等功能，因此信号从不同从站传输至安全主站104需经过信号滑环，从而保证了数据传输的完整性和实时性。由于座舱从站102中需要采集座舱的多轴向加速度数据和主旋转加速度数据等，电子限位器为避免座舱超负荷运行的保险装置，当相应的数据超过额定阈值时，它能自动地触发紧急停车程序或发出警报。
[0044]
作为本实用新型一个可选实施方式，所述主臂从站101包括：第一平衡传感器，用于采集所述主臂从站101的平衡状态数据；轴刹车传感器，用于采集所述主臂从站101轴刹车状态数据；轴电机传感器，用于采集所述主臂从站101轴电机状态数据；第一加速度传感器，用于采集所述主臂从站101的加速度数据；第一整合传感器，用于整合所述主臂从站101的平衡状态数据、轴刹车状态数据、轴电机状态数据和加速度数据为所述主臂数据。
[0045]
示例性地，主臂从站101通过第一平衡传感器采集主臂从站101的平衡状态数据，其中平衡状态数据可以是系统运行时的平衡参数是否超过预设阈值；通过轴刹车传感器采集轴电机的运行状态数据，轴电机的运行状态数据为轴电机的刹车功能是否正常，例如可以是在进行刹车操作时对应的刹车时间，以及刹车生热以及散热等参数；通过轴电机传感器采集轴电机状态数据，轴电机的状态数据可以是轴电机的角度数据，工作时的温度是否异常，轴接触零件之间的润滑度等；通过加速度传感器采集加速度数据，加速度数据可以是在运行过程中离心机可以达到的最大加速度，加速度的持续时间，在进行安全判断时，根据加速度数据和其他数据的综合可以判断当前离心机的运行状态是否正常。第一整合传感器将主臂从站101采集到的各种数据进行整合，本实用新型实施例对各参数类型、数据整合方法不作限定，本领域技术人员可以根据实际需要确定。
[0046]
作为本实用新型一个可选实施方式，所述座舱从站102包括：第二平衡传感器，用于采集所述座舱从站102的平衡状态数据；第二加速度传感器，用于采集所述座舱从站102的轴向加速度数据；压力传感器，用于采集所述座舱从站102的供气压力数据；锁定传感器，用于采集所述座舱从站102的门锁数据；受试者传感器，用于采集所述座舱从站102中受试者数据；第二整合传感器，用于整合所述座舱从站102的平衡状态数据、轴向加速度数据、供气压力数据、门锁数据和受试者数据为所述座舱数据。
[0047]
示例性地，座舱从站102通过第二平衡传感器采集座舱的平衡状态数据，其中座舱的平衡状态数据为座舱的在运行过程中的平衡参数，可以是在运行过程中座舱的角度数据等；通过第二加速度传感器采集所述座舱从站102的轴向加速度数据，座舱的加速度数据为离心机在运行过程中，受试者所受的离心加速度等数据；通过压力传感器采集座舱从站102中空气气体的压力(受试者在进行离心训练时，需要添加一定的气压)；通过受试者传感器采集受试者在进行离心训练时的生理数据(心电、耳脉搏、呼吸等)、以及生理状态数据(语音、面部表情)，以保证受试者在进行离心训练时因高载荷晕厥带来的伤害。第二整合传感器为根据采集到数据按照一定的方式进行数据整合，具体整合方式可以是按时间进行整合或者按数据类型进行整合。本实用新型实施例对各数据参数类型和数据的整合方法不作限定，本领域技术人员可以根据实际需要确定。
[0048]
作为本实用新型一个可选实施方式，所述电气从站103包括：配电传感器，用于采集所述电气从站103的配电数据；冷却传感器，用于采集所述电气从站103的冷却数据；压缩传感器，用于采集所述电气从站103的压缩空气数据；供电传感器，用于采集所述电气从站103的供电数据；变频传感器，用于采集所述电气从站103的变频器数据；电机传感器，用于
采集所述电气从站103的主电机数据；主刹车液压传感器，用于采集所述电气从站103的液压数据；第三整合传感器，用于整合所述电气从站103的配电数据、冷却数据、压缩空气数据、供电数据、变频器数据、主电机数据和液压数据为所述电气数据。
[0049]
示例性地，电气从站103通过配电传感器采集配电数据，其中配电数据可以是各变压器的运行数据和开关数据等；通过冷却传感器采集电气从站103的冷却系统(风机冷却系统)工作状态时对应的温度数据等；通过压缩传感器采集电气从站103中空气压缩传感器对应的数据，可以是设定的空气压缩值和出口压力数据等；通过供电传感器采集供电设备的数据，其中供电设备的数据可以是输出的额定电压，电流数据等；通过变频传感器采集相应的变频器的状态以及水温等；通过主刹车液压传感器采集电气从站103的液压数据，液压数据可以是液压油压力、液压油量等数据。第三整合传感器为根据采集到数据按照一定的方式进行数据整合，具体整合方式可以是按时间进行整合或者按数据类型进行整合。本实用新型实施例对各数据参数类型和数据的整合方法不作限定，本领域技术人员可以根据实际需要确定。
[0050]
作为本实用新型一个可选实施方式，所述离心机安全监控系统还包括：安全监控显示模块，用于显示所述离心机安全监控系统的主臂数据、座舱数据及电气数据，和至少一可操作模式，所述可操作模式用于指示所述安全主站104执行与所述分析结果对应的安全操作；驱动模块，用于为所述离心机安全监控系统提供动力。实际应用中，该安全监控显示模块可以通过一显示器来实现其功能。
[0051]
示例性地，安全监控显示模块可以显示各从站中模块的组成与连接、安全监控系统网络连接，方便工程操作人员随时掌握各从站运行状况、快速定位故障点。将关键监控数据集成到一个主页面上，更加清晰，方便操作人员重点监控，离心机上电后即可实时采集数据，显示各监测点状态，出现报警或故障时及时以红灯显示并进入相应处理流程，故障和报警数据以列表方式存储并显示，方便调入查询。可操作模式为提供手动操纵离心机模式，当需要维修时，可切换该模式快速进行相关操作，如开关刹车系统、开关压缩空气系统、开关投影、复位滚转俯仰轴等，提高安全系统的工作效能。本实用新型实施例对可操作模式的具体形式不作限定，本领域技术人员可以根据实际需要确定。