一种煤矿提升机盘型闸间隙测量报警仪.doc

一种煤矿提升机盘型闸间隙测量报警仪 滕修建,郑丰隆,桑敏,汤晓伟 山东科技大学信息与电气工程学院,山东青岛266510 摘要以C08051F310单片机为核心,采用电池供电,设计了一套低功耗煤矿提升机盘型闸间隙测量装置。该装置自动检测盘型闸开关状态,提升机停用或盘型闸关闭期间,进入掉电模式;盘型闸开启时,开闸信号使装置自动上电复位并进行测量,若盘型闸间隙超过规定值能发出声光报警。 关键词盘型闸间隙;掉电模式;上电复位;声光报警 中图分类号TP237.23文献标识码A文章编号1001－0874201004－0051－03 An Alarm of Brake Clearance’s Measuremtment of Disk-type Brake of Coal Mine Hoist TENG Xiu-jian,ZHENG Feng-long,SANG Min,TANG Xiao-wei College of Ination and Electrical Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao266510,China AbstractDesignes a low-power brake clearance measuring device of disk-type brake of hoist in coal mine with C08051F310microcontroller as the core and battery-powered.The device automatically detects the condition of disk-type brake on or off,at the period of hoist is power off or turnning off disk-type brack,accesses to power-down mode;starting the disk-type brack,the gate signal enables the device automatic power-on to reset and measurement,the disk-type brake’s clearance exceeding the value of rules,the alarm of sound and light can be issued. Keywordsdisk-type brake’s clearance;power-down mode;power-on reset;alarm of sound and light 盘型闸是煤矿提升系统中非常重要的配套设备,煤矿安全规程对提升机盘型闸与制动盘的间隙明确规定提升装置必须装有闸间隙保护装置,当闸间隙超过规定值2mm时,能自动报警或自动断电。据此,设计了盘型闸间隙测量仪。 1硬件电路 电路主要由微处理器、测量部分、显示部分、电源、蜂鸣器BELL及按键SW组成。其系统原理如图1所示。 1微处理器 选用C8051F310作处理芯片,该单片机是完全集成的高速、高性能混合信号系统芯片SOC,内部集成了一个200ksps的10位逐次逼近寄存器型ADC、电压基准、电压比较器、内部振荡器16kB FLASH存储器。C8051F310单片机众多的复位源使系统在掉电模式下可随意唤醒,可灵活地实现最小功耗系统设计。利用上述各个功能模块,既省略了多个外围设备减小功耗,又简化了硬件电路设计。 2测量部分 将C8051F310的ADC0子系统置为工作在单端方式时负输入选为地GND,最多可用于测量23路模拟输入P1.0 P3.4,本装置设计为测量1个点,电压基准配置为VDD。选用小位移电位器式传感器,供电电压与单片机相同,其信号输出直接连至单片机的ADC输入管脚;传感器满量程12.5 mm,分辨率为0.0122mm。 3显示部分 1由两只八段LED数码管显示盘型闸间隙,显示范围0.0 9.9mm。 2发光二极管LED1为电源指示,LED2为盘型闸关闭指示,LED3为报警指示。 15 2010年第4期煤矿机电 图1系统原理图 4电源 采用3节1.5V电池串联作为电源,维护简单。由MIC29302BT调至3.3V对系统供电。 2低功耗设计思路 1提升机停用或盘型闸关闭期间 切断显示和报警回路电源,置单片机于掉电模式。在掉电模式,C08051F310单片机的CPU停止运行,除时钟丢失检测器外,都处于非活动状态,功率消耗极低,数字电源电流小于0.1μA;比较器0保持在使能状态,最大电流20μA;利用比较器0监测传感器信号,并将比较器0设置为复位源。比较器0的异步输出信号CP0A在系统时钟停止时仍然可用,这允许比较器0在器件处于掉电模式时工作并产生输出。 2盘型闸开启 信号电压接CP0-管脚大于零点电压接CP0 管脚,单片机被比较器0复位而退出掉电模式,执行测量功能。 3系统时钟 为进一步降低功耗,减少分立元件,利用C08051F310可编程内部振荡器分频后提供系统时钟。系统时钟频率越高,则功耗越大,C08051F310微控制器内核采用流水线指令结构,70的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期,选用内部振荡器8分频作为系统时钟,即能满足现场要求。 本装置利用比较器0实现了3个功能闭闸时监测传感器信号、利用其异步输出驱动发光二极管LED2指示盘型闸关闭、作为复位源在开闸时复位单片机。3软件设计 1程序初始化时对比较器零回差电压的配置 1正向回差电压配置为零。系统上电后,进行调零此时盘型闸应处于关闭状态,调零值由调零子程序存入C8051F310程序存储器;然后调节R3的触头,使比较器0正端对于负端的电压值在0 1 mV之间,盘型闸关闭时比较器0的异步输出信号CP0A为高电平,LED2亮。 2负向回差电压的配置。为解决低功耗可靠性与比较器零复位灵敏性之间的矛盾,此处配置为5mV。对应5mV的位移量为0.0189mm,其分辨率等于0.0122mm,也即0.0189ʃ0.0122mm。 a.即位移量最大不超过0.031mm装置就复位,能满足现场对灵敏度的要求。 b.即位移量小于0.0067mm时,装置能可靠地处于低功耗状态。 2调零常数的存储 C8051F310在程序存储器空间中实现了16kB 可在系统编程的FLASH存储器,可以通过设置程序存储写允许位PSCTL.0用MOVX指令对程序存储器写入,这一特性提供了将程序存储器空间用于非易失性数据存储的机制。在硬件设计中省掉了外部非易失性FLASH存储器,将传感器的调零值存储在C8051F310的程序存储器空间。FLASH存储器是以512字节的扇区为单位组织的,尽管FLASH 存储器可以每次写一个字节,但必须首先擦除整个扇区。传感器的调零值占用2个字节,用汇编语言编写的调零子程序略。 下转第54页 图1 传动及结构示意图 图2切割工艺步骤图 化分析。计算模型如图3所示。优化了传动比与切 割滚筒直径之间的匹配关系,以达到最优切割力和切割速度,将切割粉尘和截齿磨损降到最低,提高产 品的使用适应性[3] 。4 实际应用 该切割机构已经应用到天地科技股份有限公司上海分公司研究开发的国内第一台MLE250/500－M 型掘锚连续采煤机组上, 并在平朔煤炭工业公司 图3 Solid Edge 结构设计模型 安家岭二号井B907 辅运顺槽巷道施工中验证,切割5m 宽ˑ3.6m 高断面巷道,局部含矸10 30,坚硬度f ≤6,每米进尺平均用时7 8min 。本文研究的切割机构和巷道掘进成形工艺较传 统掘进机更为简易、 快速,电动机和切割减速器对称布置, 结构紧凑、工作性能可靠,切割电动机容易拆卸。由于整体结构对称性好,工作受力状态较好,圆弧锥齿轮传动平稳性高,两级行星轮传动减速比大,工作效率高。整体减速器滚筒内置方式节省了大量空间,十分有利于对传动系统以及液压系统的保护,使设备工作寿命得到延长。 参考文献 [1]李晓豁.掘进机截割的关键技术研究[M ].北京机械工业出 版社, 2007.[2]李晓豁.横轴式掘进机横向截割的动力学行为研究[J ].中国 工程机械学报, 20051.[3]张守柱,张佳伟.采煤机螺旋滚筒参数的优选[ J ].煤矿机械,20004. 作者简介郭强1981－,男,助理工程师。2004年毕业于中国矿业大学,现从事煤矿掘进机械的设计研究工作。 收稿日期2010－04－06;责任编辑陶驰东檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿上接第52页 3主程序中对盘型闸间隙值的数据运算数据运算精确到小数点后第三位,运算结果小 于0.005mm , 判断间隙值等于0,即盘型闸为关闭状态。主程序流程图如图2所示。 电池供电的提升机盘形闸间隙测量装置,不受安装现场电源因素的制约,安装位置灵活,适应性强,又能自动测定,间隙超过规定值能发出声光报 警, 效果良好。参考文献 [1]胡汉才.单片机原理及其接口技术第二版[M ].北京清华 大学出版社, 2004.[2]潘琢金.C8051FXX 高速SOC 单片机原理及应用[M ].北京 北京航空航天大学出版社, 2002.作者简介滕修建1975－,男,在读硕士研究生。1996年毕业于中国地质大学北京自动控制专业,现主要从事单片机的应用设计工作 。 图2主程序流程图 收稿日期2010－04－03;责任编辑姚克