东庞煤矿主井定量装载称重仪的设计.pdf

2 0 0 4年第 2 期 煤矿机械 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 4 0 2 ． 0 0 2 5 ． 0 3 东庞煤矿主井定量装载称重仪的设计 孙福强 2 5 金牛能源股份有 限公司 东庞煤矿 ，河北 邢 台 0 5 4 2 0 1 摘要介绍 了以振弦式压力传感器作称重传感器、 工控计算机作地面主机为主设计的煤矿 主 井 定量斗煤 量 称重仪 的功 能和应 用。 它结构合 理 ， 安装 连 线简单 ， 直观 的动 态模 拟装 卸载 工况 图 和产量 累计等特点非常适合于煤矿应用。 关键词 称重传感器；定量斗；工控计算机 ；单片机 中图号 T H 7 1 5 文献标识码A 1 前 言 东庞煤矿主井为双箕斗提升， 额定每斗提煤 l 6 t 。为安全高效 ， 需控制箕斗中的煤 量。不 宜过多 ， 导致绞车提不动， 甚至箕斗下滑， 发生坠斗事故； 也 不宜过少 ， 降低提煤效率。为此， 需在井下设置定量 仪 ， 以控制提煤量 ， 控制煤量的方法有定容和定重 2 种方式。由于要提升 的煤含有水 ， 有时还含有矸石 等混合物， 靠定容控制很不可靠 ， 采用定重控制最理 想 ， 即不论有多少水或矸石 ， 每次提升重量是一致 的， 从而保证提升安全。通过合理设定重量， 可充分 发挥绞车的提升能力 ， 保证提升效 率。所 以与山东 科技大学仪器仪表研究所合作设计了定量斗煤量称 重仪。 2仪器结构与工作原理 仪器结构如图 1 所示。地面部分主要由工业一 体化计算机、 通信接口组成 ， 井下部分由分机、 电源、 振弦式称重传感器、 设备开停传感器、 磁限位开关传 感器等组成。 普 囱 接点 输出 图 1称 重仪 结构 图 F ． 1 The we i gh i ng i n s t r mne n t s t r uc t ion d i a g r a m 工作原理 先由地面计算机通过通信接 E l 对井 下分机进行初始化操作 ， 即将传感 器常数、 称重满 载、 空载设定值等传输给分机内的单片机 ， 单片机收 到这些数据后将其保存在一只掉电不丢失数据的存 储器中， 随时开机 ， 随时调用， 不需计算机每次送电 后都要初始化， 即分机具有独立工作能力 ， 即使计算 机不开机 ， 井下分机照常称重、 显示 、 控制输出。在 计算机与分机连接情况下 ， 分机将两定量斗中的煤 重及各传感器状态实时传给计算机显示、 累计和存 盘 处理 。 3 硬 件设计 3． 1通信接 口的设 计 由于仪器是用在主井， 敷设专用电缆 比较困难 ， 最好利用原有的井筒信号电缆。井筒电缆用于多种 信号联络， 电磁干扰比较大， 所以设计了具有较强的 抗干扰能力、 只用二芯线的通信接口， 它主要 由如下 3部分电路组成 1 信号转换电路 完成计算机 的 R S 2 3 2信号 电平与标准的 m电平的相互转换。 、 2 光电隔离 电路 是把计算机用 电源与井筒 通信电缆用电源相互隔离。 3 滤波放大电路 是对通信信号 的进一步处 理， 保证计算机与分机的数据通信正确无误。 3 ． 2计 算机 选用了工控一体化工作站计算机为仪器控制主 机 ， 它的特点是计算机主板 、 电源、 键盘 、 显示器等集 成在一个机壳内， 其性能完全同一般 P C机， 而结构 简化为一体 ， 无论运输、 安放 、 使用操作都很方便 ， 正 常使用时只需按一下面板上的固定 的几个键 即可查 看有关数据。 3 ． 3称 重仪分机 该分机为本安型设计并经防爆和性能测试 ， 设 有 8路开关量输入 ， 输入接 E l 全部采用光耦隔离 ， 无 论传感器连线是 4线制 、 3线制还是 2线 制均可使 用。控制 输 出采 用 目前 比较 先 进 和实 用 的光 电 MO S 继电器， 其特点是 驱动电流小于 5 m A， 隔离 电 压达 5 k V， 最大负载电流达 3 0 0 m A， 触点耐压达 4 0 0 v， 主要用来输出空载、 满载、 超载接点 ， 用于 自动控 制装载系统。 分机还有 2路模拟量输入电路 ， 即左 、 右 2路称 重传感器频率信号输入。单片机采用脉冲周期测量 法 ， 循环测出 2只传感器的工作频率 ， ， 由专用公式 计算出称重传感器承受的重量 P。 维普资讯 鱼 廑 圭 塞量 装载赘重仪的设计孙福强 2 0 0 4 年第2 期 其他功能 电路 1 数字显示 电路 2组 四位数码管实时显示 两定量斗中的煤重 ， 分辨率为 0 ． 0 1 t ， 还可通过专用 拨码开关选择显示煤重或传感器工作频率。 2 通信转换电路 该电路是将单片机的 1 T r L 电平转换 为地面 K J J 1 2通 信接 口能识别 的通信信 号， 实现与地面计算机的通信。 3 信号指示电路 通过灯光指示定量斗 闸门 开闭、 给煤机或带式输送机开停、 箕斗是否到位等状 态 ， 同时单片机将该状态传给地面计算机 ， 再通过计 算机模拟显示画面给出相应指示。 4 自动复位电路防止单片机死机 ， 提高分机 工作的可靠性和稳定性。 5 模拟调试 电路用于模拟称重传感器频率 输入来调试称重仪 的其他功能 ， 如计算、 显示、 通信 传输 、 提升钩数、 吨数 累计和控制接点输出等。它是 由一个频率发生器和模拟转换开关组成， 频率发生 器产生的频率在称重传感器的工作频率范围内， 通 过调整振荡频率就等同于调整定量斗中的煤重。 3 ． 4传感器 本称重仪除具 有对定量斗中的煤量定量称重 外， 还具有模拟装、 卸载工况状态功能 ， 所 以除振弦 式称重传感器外， 还有检测给煤机或带式输送机开 停、 定量斗闸门开闭等开关量的传感器。 1 振弦式称重传感器 传感器结构如图 2所示 ， 它的工作原理 两端 固 定的弦 金属丝 在外部干扰下具有固定的驻波振荡 频率 ， 当只有一个驻 波时 ， 弦振动最稳定 ， 频率也最 低。振弦的频率 ，只与弦所受的张力有关 ， 对传感 器施加压力 P， 使振弦的张力变化时， 则其振动频率 厂 亦发生变化， 外力 P与 ．厂的变化关系为 PA F 一F 一日 ，一 厂 0 其 中 A、 B、 均为标定常数。 9 1 0 ll 图 2 振 弦式 称重传感器结构图 Fi g． 2 Th ewe i g h i ngmr s t r u c fi o n d i a 锄f o r订b I 咄g c o r d 1 ． 钢球2 ． 大活塞3 ． 液体油4 ． 壳体5 ． 小活塞6 ． 弹性模 7 ． 磁头板8 ． 振弦柱9 ． 振弦l O ． 线圈1 1 ． 出线嘴 传感器内的 2只线圈， 一只为激发线圈， 一只为 感应线 圈。激发线圈的作用是通过一定的激发电流 产生电磁场激发振弦振荡 ， 感应线圈是通过振弦振 荡产生的磁场感应 出振荡电流， 然后放大检测。从 电气上来看 ， 传感器内部几乎没有 电子元件 。 只有 2 个线圈的4根引线引出， 每个线圈的工作 电流仅几 m A， 所以决不会 出现烧坏线圈的现象。只要传感器 在出厂时做好密封 ， 一只振弦式传感器 的使用寿命 可达近 1 0 a ， 其工作可靠性和长期稳定性是经过多 年证明了的 ， 所以本型号的称重仪非常适合煤矿井 下恶劣条件下长期使用。 2 限位开关传感器 此限位开关传感器可提供一组常闭、 一组常开 无源接点 ， 用于检测定量斗闸门开、 关和箕斗到位等 状态。 是本称重仪 的配套产品。 3 设备开停传感器 此传感器用来检测给煤 电机或输送带电机的开 停状态 ， 是本称重仪的配套产品。 4 软件设 计 称重仪计算机软件 是在 中文 Wi n d o w s 9 5 ／ 9 8操 作系统平台上采用 B C 4 - 4 - 语言 自主开发的 ， 主要功 能有主显示图、 参数输入 、 查看产量等。 4． 1主显 示 图 显示内容 通信是否正常指示 、 两定量斗中煤量 的数字和模拟图显示、 给煤机或带式输送机开停和 定量斗闸门开关 等， 计算机不断地通过串行 口与井 下分机通信索要数据 ， 并显示到屏幕上。通过屏幕 画面， 绞车司机可全面了解井下装载工作状况。 4 ． 2 参数输入 要输入的参数或常数有 2只称重传感器的 A、 B、 常数 ， 左 、 右定量斗校正系数 ， 定重装载系统 需要的空载、 满载、 超载重量设定值和 1 天 3班的交 接班时间等。 1 传感器常数前面已介绍 ， 传感器常数是用 于计算煤重 传感器所受压力 必不可少 的常数 ， 不 能丢失 或缺少 。 2 校正系数一方面定量斗在设计时 ， 重心并 不完全在所设定 的支点上 ， 总会存在误差 ； 另一方 面 。 在安装定量斗时 ， 也会带来一定的重心偏差 ， 只 要重心有偏差 ， 所称煤重肯定有偏差 偏小 。所以， 为解决定量斗的偏心问题 ， 该称重仪设有 2个可调 整的校正系数 ， 分别校正两定量斗 ， 即称重仪计算 出 传感器承受的煤重后 ， 再乘 以为该斗设定的校正系 数 ， 才为计算机显示 的数值。校 正系数可在 0 ． 1 9 ． 9之间任意调整 ， 实际的系数必定大于 1 ． 0 。 3 空、 满、 超载设定值 当称重仪计算出的煤 重小于空载设定值时， “ 空载” 接点闭合 。当煤重 大 于或等于满载设定值时 ， “ 满载” 接点闭合 ； 超载接点 维普资讯 2 0 0 4年第 2 期 堡 文章 编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 4 } 0 2 ． 0 0 2 7 0 4 临时护顶机伸缩式主臂的计算 梁伯图 煤 炭科学研究总院 南京研 究所 ，江苏 南京 2 1 0 0 1 8 摘要 对临时护顶机的伸缩式主臂的设计计算方法进行 了探讨。结合伸缩式主臂的结构特 占 、 ， 进行受力分析 ， 尤其对搭接部分与非搭接部分的强度进行 了分析与计算。 关键词 临 时护顶 机 ；伸缩 式主臂 ；搭 接部 分 ；非搭 接部 分 ；强度 中 图号 T D 3 5 2 文献标 识码 A 1 前言 临时护顶机是安装在巷道掘进机上， 并与掘进 机、 锚杆机一起共同完成巷道掘进与锚杆支护作业 的一种机械化快速护顶装置。为当前机掘巷道迎头 使用单体风动锚杆钻机提供安全作业保证。该机主 要有护顶架 、 主臂 、 滑 台、 滑道四大结构部件及外配 套电气设备 等组成 见 图 1 。具有独 立的液压 系 统、 相对于掘进机有独立的运动和临时支护功能。 与此类同。在称重仪用于 自动装载系统时 ， 该组接 点非常有用。 4 交接班时间 根据此设定的时间， 计算机可 统计 出每班提升的钩数和吨数 ， 并有每 日、 每月、 每 年的累计值 ， 给煤矿提供一个 比较真实可靠的煤炭 产量。 4 ． 3查 看产量 产量包括总累计 ， 月累计 ， 日累计， 早班、 中班、 夜班累计提升的钩数和吨数 ， 通过在计算机键盘上 按一下相应 的功能键 即可查看 出各种所需要的数 据。 一 5 主要技术参数 计算机 P 5 8 6以上工业控制计算机， Wi n d o w s 9 5 ／ 9 8 操作系统 ， 显示器分辨率 8 0 0 6 0 0 。 通信波特率／ B t 2 4 0 0 通信距离／ k in ≥1 通信电缆两芯井筒信号电缆 仪器分辨率／ H z 0 ． 0 1 称重分辨率／ t 0 ． 0 1 称重仪精度优于 0 ． 5 ％F s 通信接 口隔离电压／ V 2 5 0 0 称重仪分机 两路模 拟量输入 ， 8路开关 量输 入 ， 8 路开关量输出 称重传感器 量程 ， t 1 0 6 0 6结语 称重仪安装调试完毕正式运转后 ， 安排人员现 场称量 1 6 t 煤放入定量斗中， 称重仪显示 1 6 ． 0 7 t ， 误差为 0 ． 0 7 t ， 可见称重仪完全可以满足现场需要 ， 且非常准确。称重仪能动态显示装煤量 ， 能对提煤 吨数、 钩数进行累计， 并 有年月 日板 累计和历史查 询， 为煤矿提供准确可靠的煤炭产量。 整套仪器全部采用高新技术 ， 工作稳定可靠， 抗 干扰能力强。工控机可长期连续 工作 ； 分机 内部元 件均采用 C O S集成 电路 ， 具有很高的稳定性 、 可靠 性 ； 称重传感器采用了液压转换技术 ， 传感体部分受 力很小， 不会疲劳 ， 可长期负载而不变形和漂移， 传 感器体内无易损 电子元件 ， 保证长期可靠工作。实 践证明这种煤量称重仪非常适于在煤炭冶金行业中 推广使用。 作者简介 孙 福强 1 9 7 4一 ， 河 北石家庄 人 ， 电气 工程 师， 1 9 9 7 年毕业于中国矿业大学机电学院机械 电子工程专业 ， 现 在金牛能 源 股份有限公 司东庞煤矿动力科工作 ， 专 门从 事称重仪 及提升机控 制 系统的安装维护工作 ． 收稿 日期 2 0 0 3 1 1 - 0 8 De s i g n i n g o f t h e we i g h i n g i n s t r u me n t wi t h q u a n t i t a t i v e l o a d i n g i n Do n g p a n g Co a l M i n e ma i n we l l S UN Fu - q i a ng J i n n i u E n e r g y C o ． 。 L t d ． ， D o n g p a n g C o a l M i n e 。 X i n g t a i 0 5 4 2 0 1 。 C h i n a Abs t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s we i g h i n g s e n s o r wi t h v i b r a t i n g c o r d p r e s s u r e 8 r l s o r a n d t h e f u n c t i o n an d a p p l i c a t i o n o f t h e c o a l m i n e m a i n w e l l ’ s w e i 出 n g i n s t r u m e n t ． I t ’ s c o n s t ruc t i o n e q u i t a b l e fi x i n g and l i g a t u re s i m p l e ． I t ’ s c h a r a c t e r i s t i c t ha t a re l o a d i n g o p e r a t i n g mo d e an d o u t p u t a d d u p a p p r o p r i a t e f o r c o a l mi n e． Ke y wo r d s we i g h i n g s e n s o r ；q u an t i t a t i v e d o u；i n d u s t r y c o n t r o l c o mp u t e r ；o n e c h i p c o mp u t e r 维普资讯