实时监测结构图

矿井提升机监控系统的设计(图文)

时间：2011-04-24 11:18:46 来源：论文格式范文作者：秩名

论文导读：1引言矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着矿石、物料、人员等的重要运输责任。对提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要的。

关键词：矿井，提升机，硬件设计

1 引言矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着矿石、物料、人员等的重要运输责任。对提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要的。论文发表。长期以来，我国矿用提升机盘形闸制动间隙监测都是用非常原始的方法，即用两个限位开关来控制制动间隙和闸皮摩损，该方法误差大，操作起来费时费力，存在着极大的安全隐患。随着单片机技术的不断发展，采用单片机控制电液比例阀来调节闸瓦间隙可以使矿井提升机的闸瓦间隙监控性能得到极大的改善，其自动化水平、安全性、可靠性都达到了新的高度。

本文对矿井提升机制动系统工作原理进行分析，给出系统控制方案设计，并对其部分硬件电路进行了设计，保证提升机可靠、准确地运行，实现了闸间隙的自动控制。论文发表。

2 矿井提升机制动系统工作原理

在煤矿生产中，提升机的制动系统是保证提升机安全运行以及实现提升机正常减速停车或者执行紧急制动的最终手段。盘形闸如图1 所示，其作用是：在提升机正常停车或工作制动发生故障时，能迅速而合乎要求地闸住提升机，即安全制动；当提升机检修时，使之保持静止不动。为了确保制动装置正常工作，制动器上应设有闸瓦间隙和碟簧疲劳指示器。当闸瓦磨损超过规定值和当碟形弹簧疲劳或断开时，可分别发出故障信号输入电保护回路，导致本次提升结束后，下一次提升不能开始，而必须进行闸瓦间隙调整或更换碟形弹簧后，才能恢复工作。

图1 多绳摩擦式矿井提升机盘型闸

盘形制动器是由蝶形弹簧产生制动力，靠油压松闸。制动状态时，闸瓦压向制动盘的正压力的大小决定于液压缸内工作油的油压，即盘形制动器松闸的动力来源是高压油。

3 系统控制方案设计根据《煤矿机电设备完好试行标准》中要求：盘式闸间隙不大于2mm。所以在矿井提升机的盘型闸闸瓦监控系统中，间隙给定值为2mm，通过传感器检

测闸瓦间隙，形成闭环反馈，输入到控制器，并且由控制器来控制电液比例阀，通过比例阀阀门开度来调节进油油压，再通过蝶形弹簧，来调节闸瓦间隙，其控制系统方案图如图2 所示：

图2 控制系统方案图

对闸瓦间隙控制系统工作原理图图3 分析可以得到：

图3 闸瓦间隙控制系统工作原理图

（1）输入：红外传感器将闸瓦间隙信号转换成模拟电压信号，模拟信号通过ADC0809模数转换器变成数字信号输入单片机。

（2）控制：单片机读取后，显示当前的工作间隙，根据相关的分段拟合算法，输出控制量，调节闸瓦间隙，使之处于正常间隙。

（3）输出：单片机输出控制量用于控制电液比例阀，调节电液比例阀的阀门开度，进而控制进油油压，油压缩蝶形弹簧带动连杆式闸瓦移动，达到控制闸瓦间隙的目的。

根据现场噪声大、干扰信号强、条件恶劣的实际情况，面对所需要解决的实际问题，确定方案的原则：系统能适应持续工作，实时准确测量，在恶劣环境条件下声光报警仍然非常明显，具备远距离观测和控制功能，系统可靠性高，具备较好的性价比。

基于以上原则，系统由两部分组成：上位机和下位机。上位机由计算机和通信接口组成，系统监测软件借用计算机的强大功能实现远程实时观测和控制，通信接口则完成通信电平的转换和数据通信。下位机则以微控制器为核心，辅以相关外围电路完成工作间隙实时监测，进行数据显示，声光报警，远距离通信。

上位机由计算机和通信接口组成，计算机利用专用的软件实现上位机的检测和控制功能，通信接口则负责实现数据的双向传输。论文发表。上位机可以远距离放置在其他调度室或办公室，实现远距离监测和控制。

下位机是整个监控系统的核心，由电源变压器、主机板和显示板组成。主机板的核心采用了高性能低功耗的微控制器，主机板由微控制器，传感器信号放大电路，AD 转换电路，显示器电路，存储器电路，传感器调零电路，通信电路，报警电路，电源等组成。

4 系统硬件电路的设计（1）控制系统电路

在本系统中AT89S52 作为系统控制核心完成所有检测显示和通信的功能，系统上电后，AT89S52 首先要对相关外围器件进行初始化设置，然后循环检测传感器信号，将检测数据由数码管显示，并在检测到间隙距离大于报警值时进行声光报警，同时发出指令信号控制电机转动，直到间隙距离回到标准范围内。选用外时钟频率低的微控制器可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。

图4 最小系统电路图

（2）电机驱动电路

电机驱动模块主要功能是将主控芯片发出的指令通过L298 电机控制芯片转化为电机带动活动杆的实际动作。L298 芯片有两个电源引脚，VSS 引脚和VS 引脚。VS 引脚接+12V 电源用来给电机供电，VSS 引脚接+5V 电源用来给芯片供电，并作为逻辑高电平标准。由于本系统设计中只用到一个电机，我们选用ENA 接高电平，使电机使能控制有效，IN1 和IN2 接收微控制器输出的电机动作的指令信号，并通过OUT1 和OUT2来控制电机的正转和反转，最终实现活动杆的前进和后退，改变间隙距离。

图5 电机驱动电路

（3）显示电路

本文中使用的BC7281A 价格低廉，功能强大，外围电路少，软件控制简单，使用方便。其应用电路设计中，显示位数为4 位，外接移位寄存器74HC164。电路如图6所示。

图6 显示电路

5 总结矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着矿石、物料、人员等的重要运输责任。对提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要的。长期以来，我国矿用提升机盘形闸制动间隙监测都是用非常原始的方法，即用两个限位开关来控制制动间隙和闸皮摩损，该方法误差大，操作起来费时费力，存在着极大的安全隐患。随着单片机技术的不断发展，采用单片机控制电液比例阀来调节闸瓦间隙可以使矿井提升机的闸瓦间隙监控性能得到极大的改善，其自动化水平、安全性、可靠性都达到了新的高度。

本文对矿井提升机制动系统工作原理进行分析，给出系统控制方案设计，并对其部分硬件电路进行了设计，保证提升机可靠、准确地运行，实现了闸间隙的自动控制。

参考文献[1] 冯树旭.矿井提升机控制系统设计: [D].中南大学,2005

[2] 沈辉.精通SIMULINK 系统仿真与控制[M].北京:北京大学出版社,2003

[3] 胡寿松.自动控制原理[M]. 北京:北京大学出版社,2001

[4] Beus.M.J.;Ruff,T.M.Lverson,S.Mccoy,W.G Mine-shaft conveyancemonitoring Mining Engineering (Littleton, Colorado), v 52, n 10, Oct, 2000

[5] 陈建铎.单片机原理与应用[M].北京:科学出版社,2005.02

[6] Jiang,Jianguo Full digital computer automatic implement of faultinspection and intelligent monitoring for mine hoist Computer Applications inthe Minerals Industries, 2001, p 445-448

[7] Anon,Remote elevator monitoring,Elevator WorldInc.2003(8):104-113

[8] 煤矿安全规程(2005 版)