绞车提升信号系统优化及应用.pdf

第期(总第 期)年 月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o D e c 文章编号:()绞车提升信号系统优化及应用王敏(山西焦煤西山煤电(集团)有限责任公司 东曲煤矿,山西古交 )摘要:针对绞车提升信号系统存在的抗干扰能力差、传输距离近、实时性低的问题,提出了基于S TM 控制板和C AN总线通讯的绞车提升信号系统优化方案.该方案采用C AN总线通讯替换R S 通讯,增加“慢上”、“慢下”两种执行信号,并设计了信号检测及闭锁电路.搭建了绞车提升信号试验系统简化模型并完成了试验,结果表明:优化后的绞车信号提升系统抗干扰能力强、传输距离远、实时性好,保障了绞车提升系统安全、稳定、高效运行.关键词:绞车;提升信号系统;C AN总线通讯中图分类号:T D T P 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:王敏(),男,山西大同人,助理工程师,中专,从事井下机电设备优化与管理工作.引言绞车是煤矿井下运输系统的一部分,用于井上与井下或各工作面之间运送人或物料,是保障煤矿安全生产和煤矿生产效率的关键环节.山西焦煤西山煤电(集团)有限责任公司东曲煤矿副井提升系统采用J KMD 落地式多绳摩擦式提升机,在实际运行中存在如下问题:通讯抗干扰能力差,采用的R S 通讯在井下狭小有限空间内易受煤壁、支护金属材料屏蔽以及大功率电力电子器件电磁干扰,会出现通讯突然中断现象;远距离传输能力差,且远距离传输时存在音质差、失真现象;信号传输实时性差,为单主从响应通信,信号应答存在滞后现象.本文针对原绞车提升信号系统存在的问题,对其进行优化设计,满足绞车实际工况使用要求,达到安全、稳定、高效运行的目的.绞车提升信号系统总体优化方案绞车提升信号系统优化方案需满足以下点要求:抗干扰能力强,稳定性、可靠性高,当某一通讯节点发生错误时能使其自动脱离而不影响其他节点通讯;远距离传输能力强,通讯距离需大于 m;通讯实时性高,语音信号清晰、音质好、不失真.图为绞车提升信号系统优化方案框图,利用C AN总线通讯将布置的绞车房信号站、井口信号站和水平信号站组成C AN总线通讯局域网,将绞车提升信号系统数据发送至S TM 控制板进行数据处理、分析和控制,同时将数据发送至人机交互平台进行显示.绞车房信号站位于绞车房内,完成绞车工作方式信号(提人信号、提物信号、检修信号)、工作执行信号(上行、下行、慢上、慢下、急停、停车)的显示、记录并执行紧急制动指令.井口信号站位于主副立井井口,完成绞车控制信号的检测、记录、存储和中转发送,同时可进行语音报警.水平信号站位于主副井各水平高度的信号台,根据主副井实际情况并综合考虑通讯距离决定水平信号站个数,完成控制信号的发送、记录、存储及显示.图绞车提升信号系统优化方案框图C A N总线通讯电路将原绞车提升信号系统中的R S 通讯替换为C AN总 线 通 讯,其 硬 件 电 路 如 图所 示,选 用T J A 芯片进行电平转换,以满足C AN总线电平连接S TM 电平的要求.为达到远距离输出的目的,根据通讯传输距离,终端阻值(图中的R)在 之间选择;同时选用抗干扰能力强的C AN总线通讯专用双屏蔽层的双绞线,应用总线型拓扑结构的差分信号传输模式.为达到抗电磁干扰的目的,在通讯线两端布置E P C O S B 双向滤波器,以消除C AN总线通讯的共模电磁干扰,.选用E S D 浪涌保护器件布置在C AN总线通讯端口,进行静电释放和浪涌保护.图C AN总线通讯电路为达到绞车提升信号系统语音信号清晰、不失真的目的,选用AMB E 、C S P 专用语音处理芯片对语音信号进行压缩、编码并发送至C AN通讯总线.信号检测及闭锁电路新增绞车提升信号检测及闭锁电路如图所示,绞车提升信号系统的I/O接口板与绞车提升电控系统的安全回路相连,通过五组继电器实现信号闭锁.当绞车提升系统发生紧急状态并拍下“急停”按钮发送急停信号后,与“急停”信号相连的继电器能够及时切断绞车安全回路,实现紧急制动停车.图绞车提升信号检测及闭锁电路绞车提升信号软件系统优化绞车提升信号软件系统主要完成S TM 控制芯片的初始化、信号检测、信号传输、C AN总线通讯连接的建立和维护及语音报警等功能.在W i n d o w s 操作系统中基于K e i lMD K开发平台,采用C语言进行绞车提升信号系统的程序编写及调试.绞车提升信号系统主流程核心模块为电压A D检测、信号检测以及语音通话三个模块.()电压A D检测模块用于监测绞车提升信号系统的C AN总线式拓扑结构的总线供电电压,保证该电压不低于设定的电压阈值.当监测到的总线供电电压低于设定电压阈值后触发电压异常报警并经C A N总线传送至S TM 控制板.通过S TM 的A D C A D C 通道进行电压A/D转换,在一个采样周期内采集并存储m个电压数据并做算数平均处理,达到采集精确、减小误差的目的.()信号检测模块用于主动轮询三个信号站的工作方式信号、工作执行信号并传送至S TM 控制板.()语音通话模块用于对绞车提升信号系统中的语音进行模数转换、编码、译码并在扬声器中听到清晰、音质好、不失真的语音信号.应用分析 试验平台在山西焦煤西山煤电(集团)有限责任公司东曲煤矿搭建绞车提升信号试验系统简化模型以及C AN总线通讯平台,利用东曲煤矿的绞车实物系统,分别进行C AN总线 传输速率试 验、终端电 阻 匹 配 试 验 以 及C AN总线传输数据准确率试验.试验及数据分析 C AN总线传输速率试验保持与原系统相同的网络拓扑结构,终端电阻为 ,设 置S TM 控 制 板 计 数 器 时 钟 频 率 为 MH z.S TM 控制板检测到C AN总线电平信号由隐性电平转换为显性电平时开始计时,由显性电平转换为隐性电平时停止计时,同时利用计数器累加电平转换次数.通过S TM 控制板内置的运算器计算通讯传输速率.绞车提升信号系统优化前、后通讯传输速率对比如表所示.由表可知:优化后的绞车提升信号系统C AN总线传输速率较高,达到了远距离传输的目的.表绞车提升信号系统优化前、后通讯传输速率对比传输距离(m)优化前传输速率(k b/s)优化后传输速率(k b/s)传输速率优化值(k b/s)终端电阻匹配试验设置不同C AN总线传输距离,统计不同终端电阻阻值时的传输速率,如图所示.终端电阻阻值为 时为最优选,应将 作为终端电阻匹配值的中心范围.图传输速率与终端电阻阻值匹配曲线 C AN总线传输数据准确率试验机 械 工 程 与 自 动 化 年第期设置传输距离为 m m共种C AN通讯节点温度模拟量,步距为 m.通过检测C AN通讯节点处温度的失真程度,间接衡量数据准确率.表为种传输距离下C AN通讯节点处实测温度、理论温度数据.由表可知:C AN总线通讯距离逐渐增加时,信号的偏差率逐渐加大.在实际应用中,需增加C AN中继设备,减小通讯数据偏差率,增加信号强度.结论()采用C AN总线通讯,根据通讯距离匹配最优终端电阻、使用专用双屏蔽层的双绞线,采用差分信号传输和总线型拓扑结构,提高了绞车提升信号系统的远距离传输能力,提升了数据传输的实时性.()采用E P C O S B 双向 滤波器、E S D 浪涌保护器解决了绞车提升信号系统电磁干扰问题.()采 用AMB E 专 用 语 音 处 理 芯 片 和C S P 模数转换芯片,解决了绞车提升信号系统语音音质不清晰、失真的问题.表C AN总线传输数据准确率对比传输距离(m)实测温度()理论温度()参考文献:郭佳,李朋伟基于C AN总线的绞车提升信号系统设计J煤炭技术,():鲁卿现代矿井提升机信号系统的设计与研究J金属矿山,():李丽鹏矿井提升机自动控制系统的设计与实现J机电工程技术,():张红庆副井提升机自动控制技术的研究与应用J矿山机械,():孟晓兰提升机自动控制系统在梧桐庄矿主井的应用J工矿自动化,():王琛玮基于P L C对煤矿提升机控制系统改造与优化J山西能源学院学报,():O p t i m i z a t i o na n dA p p l i c a t i o no fW i n c hL i f t i n gS i g n a l S y s t e mWA N G M i n(D o n g q uC o a lM i n e,S h a n x iC o k i n gC o a lX i s h a nC o a lE l e c t r i c i t yG r o u pC o,L t d,G u j i a o ,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h ev i e wo f t h ep r o b l e m so fp o o ra n t i i n t e r f e r e n c ea b i l i t y,s h o r t t r a n s m i s s i o nd i s t a n c ea n d l o wr e a l t i m ep e r f o r m a n c eo fw i n c hl i f t i n gs i g n a ls y s t e m,a no p t i m i z a t i o ns c h e m eo fw i n c hl i f t i n gs i g n a ls y s t e mb a s e do nS TM c o n t r o lb o a r da n dC ANb u sc o mm u n i c a t i o n i sp r o p o s e d I nt h i ss c h e m e,C ANb u sc o mm u n i c a t i o ni su s e dt or e p l a c eR S c o mm u n i c a t i o n,a n dt w oe x e c u t i o ns i g n a l so f s l o wu p a n d s l o wd o w n a r ea d d e d S i g n a l d e t e c t i o na n d l o c k i n gc i r c u i t sa r ed e s i g n e d,a n das i m p l i f i e dm o d e l o fw i n c hl i f t i n gs i g n a lt e s ts y s t e mi sb u i l ta n dt e s t e d T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m i z e d w i n c hs i g n a ll i f t i n gs y s t e m h a ss t r o n ga n t i i n t e r f e r e n c ea b i l i t y,l o n gt r a n s m i s s i o nd i s t a n c ea n dg o o dr e a l t i m ep e r f o r m a n c e,w h i c hg u a r a n t e e st h es a f e,s t a b l ea n de f f i c i e n to p e r a t i o no fw i n c hl i f t i n gs y s t e mK e y w o r d s:w i n c h;l i f t i n gs i g n a l s y s t e m;C ANb u sc o mm u n i c a t i o n(上接第 页)()智能识别气泡.运用先进的机器视觉图像识别技术,自动记录整个过程中液面的状态,随时调取查看,无需人工进行实时观察,减少了实验的失误率.()操作便捷.装样后可一键操作实现自动测试、自动读数;测试完成后,机械机构自动复位,方便操作人员取出样品.减少了测试过程过多的人为操作,从而保证了每次测试过程的一致性.()循环水路具有过滤功能.水作为工作介质,其使用寿命能明显延长,并保护整个回路中的电磁阀、泵等关键控制元件和执行元件,使其能够长期可靠地工作.()运行稳定、安全.采用低噪声低抖动元器件,减震性能良好,整个仪器运行平稳.同时考虑到操作人员的人身安全,气缸操作按钮采用双按钮双手操作,避免单手操作设备可能造成的危险后果.结语智能织物气密性测试仪为一键自动运行仪器,创新应用机器视觉图像识别技术于织物防水透气性测试中,使得测试工作更可靠、便捷,改变了传统手动设备体积大、安全性低、运行不稳定的现状.同时,创新应用了悬臂式结构,开放式的外观使装样和取样更方便、更安全.采用专用样品夹持器,基本杜绝了装、取样时对于手部的伤害.智能织物气密性测试仪是目前市场上较为先进的新产品,目前已得到多家使用单位的好评,并一致认为其运行稳定,测试结果可靠,在纺织行业中具有一定的推广应用价值.参考文献:何 翔,施 赛 杰,信 永 丽一 种 气 密 性 测 试 仪:中 国,Z L P 黄 华,何 翔,信 永 丽,等一 种 气 密 性 测 试 仪:中 国,C N P D e v e l o p m e n t o f I n t e l l i g e n tF a b r i cA i r T i g h t n e s sT e s t e rH EX i a n g(Z h u n b a n gT e s t i n gI n s t r u m e n t(Y a n g z h o u)C o,L t d,Y a n g z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:A n i n t e l l i g e n t f a b r i ca i r t i g h t n e s s t e s t e rw a sd e v e l o p e dt ot e s t t h ew a t e r p r o o fa n db r e a t h a b i l i t yo f f a b r i c s C o m b i n e dw i t ht h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dm a i ns t r u c t u r eo f t h e i n s t r u m e n t,s e v e r a lm a i nf u n c t i o n so f t h e i n s t r u m e n ta r ed e s c r i b e d:w a t e ra d d i t i o na n dd r a i n a g e,s a m p l ec o m p a c t i o n,i m a g ep r o c e s s i n g,a n dd a t aa n a l y s i s A t t h es a m et i m e,t h ei m a g ep r o c e s s i n ga n dd a t aa n a l y s i sm e t h o d so f t h ei n s t r u m e n ta r ed e s c r i b e di nd e t a i l F i n a l l y,t h ep e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ea c t u a le c o n o m i cv a l u eo ft h ei n s t r u m e n t a r ee x p l a i n e dt h r o u g ht h ea c t u a l t e s t r e s u l t s K e y w o r d s:w a t e ra d d i t i o na n dd r a i n a g e;s a m p l ec o m p a c t i o n;i m a g ep r o c e s s i n g;d a t aa n a l y s i s;i n t e l l i g e n t f a b r i ca i r t i g h t n e s s t e s t e r 年第期机 械 工 程 与 自 动 化