CN100411965C - 防坠器制动性能检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

防坠器制动性能检测装置及方法涉及一种矿井提升容器防坠器制动性能的检测方法及装置，其检测方法为：初始化后按测试键选择测试数据存储位置，等待检测信号，一旦发生断绳，开关量检测到断绳信号即发给制动性能检测装置，该装置即开始自动测量防坠器动作的空行程时间、制动时间、楔块位移、缓冲绳抽出长度、制动距离和制动减速度等性能参数，测试完毕后，在液晶显示屏上显示出相应的曲线以及位移，根据所测曲线，可得出防坠器制动减速度值，空行程时间以及制动时间，结合测得的各位移数据，对照标准对各参数的具体规定，即可判断防坠器的制动性能好坏，同时与计算机进行通讯，利用计算机来分析试验数据。可以测试防坠器动作的空行程时间、制动时间。

Description

防坠器制动性能检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种矿井提升容器防坠器制动性能的检测方法及装置，可以测试防坠器动作的空行程时间、制动时间、楔块位移、缓冲绳抽出长度、制动距离和制动减速度。

背景技术

防坠器是矿井提升系统重要的安全设备之一，其制动性能的好坏直接影响矿工的生命安全及提升容器的正常运行。防坠器必须保证在任何条件下，不论提升速度和终端载荷多大，都要能平稳可靠地制动住下坠的罐笼。防坠器的工作环境差，担负的任务却十分重要，而且经常是处于备用状态，一旦发生断绳又要求其动作灵活可靠，因此其制动性能的检测十分必要。

目前现场主要靠人工用钢尺测量楔块位移、罐笼下降距离和缓冲绳抽出长度，测试手段落后，试验误差较大；由于防坠器动作时间极短，空行程时间和制动时间等都无法测量；计算得到的制动减速度值与真实值往往相差很大，难以判别其是否真正符合要求，但是制动减速度、空行程时间、制动时间是衡量防坠器制动性能的关键技术指标；而且目前现场防坠器制动性能检测都是在罐笼初速为零的情况下进行，只能做静态模拟试验，试验的检测标准不能反映防坠器的动态特性，从而无法从根本上判断防坠器制动性能的好坏。因此针对防坠器制动性能检测方面存在的诸多问题，防坠器制动性能检测方法的研究及装置的研制显得尤为必要。

发明内容

技术问题：本发明旨在解决目前防坠器制动性能检测方面存在的问题，提供一种防坠器制动性能检测装置及方法，使之能够对防坠器静态、动态试验全过程进行检测，精确测量制动距离、楔块位移、缓冲绳抽出长度、制动减速度、空行程时间、制动时间等各参数，从而准确地判定防坠器的制动性能。

技术方案：本发明的防坠器制动性能检测装置包括：传感器、信号调理模块、多路模拟开关、单片机、地址锁存器、程序存储器、数据存储器、并行I/O口、液晶显示器、键盘、光电耦合器、译码器；其中，传感器、信号调理模块、多路模拟开关、单片机顺序串联连接，单片机的输出端分别接地址锁存器、程序存储器、数据存储器、并行I/O接口、译码器的输入端，地址锁存器和译码器的输出端分别接程序存储器、数据存储器、并行I/O接口的输入端，并行I/O接口的输出端接键盘、光电耦合器；采用IC1芯片进行TTL和RS-232C的双向电平转换实现了单片机IC3与计算机的双向通讯，利用计算机来分析试验数据；所述的传感器包括位移传感器、非接触式测距传感器和加速度传感器；量程为±5g加速度传感器水平地安装在罐笼内，用于测量防坠器制动减速度；4个位移传感器安装在楔块底部，用于测量防坠器动作的楔块位移；2个位移传感器安装在缓冲器上，用于测量缓冲绳抽出长度；2个位移传感器安装在罐笼上，用于测量罐笼相对制动绳位移；1个超声波非接触式位移传感器安装在井口，测量罐笼相对井架的位移；所述的光电耦合器用于检测防坠器动作信号的开始。

单片机即单片机电路IC3的“53～60”端分别接地址锁存器即地址锁存器电路IC4的“3、4、5、6、13、14、17、18”端、程序存贮器即程序存贮器电路IC5的“11～19”端、数据存贮器即数据存贮器电路IC6的“11～19”端、并行I/O接口即并行I/O接口芯片IC7的“27～34”端；单片机即单片机电路IC3的“45～52”端分别接地址锁存器即地址锁存器电路IC4的“2、7、8、9、12、15、16、19”端、程序存贮器即程序存贮器电路IC5的“3～10”端、数据存贮器即数据存贮器电路IC6的“3～10”端。

本发明的防坠器制动性能检测装置的制动性能检测方法为：初始化后按测试键选择测试数据存储位置，等待检测信号，一旦发生断绳，开关量检测到断绳信号即发给制动性能检测装置，该装置即开始自动测量防坠器动作的空行程时间、制动时间、楔块位移、缓冲绳抽出长度、制动距离和制动减速度这些性能参数，测试完毕后，在液晶显示屏上显示出相应的曲线以及位移，根据所测曲线，可得出防坠器制动减速度值，空行程时间以及制动时间，结合测得的各位移数据，对照标准对各参数的具体规定，即可判断防坠器的制动性能好坏，同时与计算机进行通讯，利用计算机来分析试验数据。

防坠器制动性能的检测方法主要是指利用由传感器、单片机等组成的检测装置代替人工测量，实现检测过程的自动化。不但能够精确测得数据，而且可以测出人工无法测量的制动减速度、空行程时间和制动时间。

防坠器制动性能检测装置包括有位移传感器、非接触式测距传感器和加速度传感器：位移传感器用于测量防坠器动作时楔块位移以及缓冲绳抽出长度；非接触式测距传感器用于测量制动距离，通过加速度传感器可以测得罐笼加速度曲线，从而得出防坠器制动减速度、空行程时间和制动时间。传感器检测到的各种模拟信号由信号处理模块转化成电信号，经过多路模拟转换开关送入A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转换成数字信号送给单片机，单片机完成数据采集和分析处理工作。通过键盘可以输入相关的操作命令，检测的有关信息通过液晶显示屏实时显示。另有一路光耦开关量用于检测防坠器动作信号的开始，即实现动态检测。

有益效果：本发明与现有技术相比具有如下优点：

该防坠器制动性能检测方法及装置能实现动态检测，测试参数较全，实时采样，数据精确，运行速度快，能适应现场快速冲击试验的要求。工作性能稳定可靠，抗干扰能力强，测试安全、方便快速，能够对防坠器静态、动态试验全过程进行检测，精确测量制动距离、楔块位移、缓冲绳抽出长度、制动减速度、空行程时间、制动时间等各参数，从而准确地判定防坠器的制动性能。解决了目前防坠器制动性能检测方面存在的诸多问题。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图。

图2是本发明的电路原理图。

图3是本发明检测方法的流程示意图。

以上的图中有：传感器1、信号调理模块2、多路模拟开关3、单片机4、地址锁存器5、程序存贮器6、数据存贮器7、并行I/O接口8、液晶显示器9、键盘10、光电耦合器11、译码器12。

具体实施方式

参照附图1防坠器制动性能检测装置原理框图对本发明作进一步详述：

防坠器制动性能检测装置，包括有加速度传感器、位移传感器、非接触式测距传感器(如图中1所示)，各传感器检测到的模拟信号经信号处理模块2分别转化成单片机4(80C196KB)可接收的电压或电流信号，电信号经过多路模拟开关3进入单片机4的A/D转换接口。单片机通过编程完成数据采集和信号处理工作。单片机3设置成八位数据总线、十六位地址总线方式。由于单片机自身的存储器和I/O口资源有限，不能满足系统设计的需要，因此应进行扩展。地址锁存器5(74LS373)用于单片机系统总线的扩展，程序存贮器6(27256)和数据存贮器7(DS1225)作为系统扩展的片外ROM和RAM。8是并行I/O接口8255，作为扩展I/O口之用。单片机3的数据信号分别缓送至地址锁存器5(74LS373)、程序存贮器6(27256)和数据存贮器7(DS1225)和并行I/O接口8(8255)；地址锁存器5(74LS373)的输出信号分别送到程序存贮器6和数据存贮器7；单片机3的地址信号经译码器12(74LS139)片选程序存贮器6、数据存贮器7和并行I/O接口8(8255)。8255片内有3个8位的并行I/O，分别用作液晶显示器9、键盘10和单片机的接口以及光电耦合器11的输入，光电耦合器11用于检测防坠器动作信号的开始，从而达到自动检测目的。

该装置包括传感器1、信号调理模块2、多路模拟开关3、单片机4、地址锁存器5、程序存贮器6、数据存贮器7、并行I/O接口8、液晶显示器9、键盘10、光电耦合器11、译码器12；其中，传感器1、信号调理模块2、多路模拟开关3、单片机4顺序串联连接，单片机4的输出端分别接地址锁存器5、程序存贮器6、数据存贮器7、并行I/O接口8、译码器12的输入端，地址锁存器5和译码器12的输出端分别接程序存贮器6、数据存贮器7、并行I/O接口8的输入端，并行I/O接口8的输出端接键盘10、光电耦合器11。

具体组成为：单片机4即单片机电路IC3的“53～60”端分别接地址锁存器5即地址锁存器电路IC4的“3、4、5、6、13、14、17、18”端、程序存贮器6即程序存贮器电路IC5的“11～19”端、数据存贮器(7)即数据存贮器电路IC6的“11～19”端、并行I/O接口8即并行I/O接口芯片IC7的“27～34”端；单片机4即单片机电路IC3的“45～52”端分别接地址锁存器5即地址锁存器电路IC4的“2、7、8、9、12、15、16、19”端、程序存贮器6即程序存贮器电路IC5的“3～10”端、数据存贮器7即数据存贮器电路IC6的“3～10”端。

参照附图2防坠器制动性能检测装置电路原理图对本发明作进一步详述：

附图2防坠器制动性能检测装置电路原理图中各芯片列表：

IC1：MAX232C，用于实现TTL和RS-232C的双向电平转换。

IC2：74LS245，液晶显示器的驱动芯片。

IC3：80C196KB，单片机。

IC4：74LS373，地址锁存器，用于单片机系统总线的扩展。

IC5：27256，程序存贮器。

IC6：DS1225，数据存贮器。

IC7：8255，并行I/O接口芯片，作为扩展I/O口之用。

IC8、IC9：74LS139，二选4全地址译码器，用于片选。

IC10、IC11：ADG508，A/D转换时模拟多路开关。

IC12：521，光电耦合器，用于检测动作信号的开始。

U9A、U9B：74LS14，反向器，由于80C196是高电平复位，而8255是低电平复位。因此在系统复位电路中，必须使用74LS14反向器。

J1：通讯接口。

J2：光电耦合器接口。

J3：液晶显示器接口。

J4：键盘接口。

J5：传感器信号输入接口。

J6：电量隔离模块，A/D转换时用。

防坠器制动性能检测装置，包括有加速度传感器、位移传感器、非接触式测距传感器，各传感器检测到的模拟信号由传感器信号输入接口J5接入经多路模拟开关IC10和IC11和信号处理模块J6进入单片机IC3的A/D转换接口(IC3的6端)。IC3片内附带有一个逐次逼近型的10位A/D转换器，其对模拟信号要求为单极性的0～5V电压，所以需要将输入信号通过信号处理模块变换后送入A/D转换口。

单片机IC3有一个16位分时切换的地址/数据总线AD0-AD15。可工作于标准16位总线方式、8位总线方式和8位/16位动态切换方式。本装置配置成16位地址/8位数据总线工作方式，芯片配置寄存器CCR设置为3DH。由于IC3是高电平复位，而IC7是低电平复位。因此在系统复位电路中，必须将低电平复位信号，经U9A反相成高电平复位，再经U9B反相成低电平复位。

由于单片机IC3自身的存储器和I/O口资源有限，不能满足系统设计的需要，因此应进行扩展。系统外围器件的扩展如下：

扩展IC5程序存贮器27256用于存放程序；

扩展IC6数据存贮器DS1225用于存放数据；

扩展IC7并行I/O接口芯片8255用于键盘、显示器以及光电耦合器的输入；

单片机IC3的程序存储器空间、数据存储器空间及I/O口是统一编址的，因此，它们之间的地址不能重叠；IC5和IC6数据、地址都是通过总线与IC3的总线相连；再将读写线与CPU连接，这样才能正常读写程序和数据。IC3的P3口是分时复用的地址/数据总线。因此在进行程序存储器扩展时，必须利用地址锁存器将地址信号从地址/数据总线中分离开来。用IC4作为地址锁存器时，它的锁存控制端11可直接与CPU的锁存控制信号ALE相连，在ALE下降沿进行地址锁存。片选采用IC8和IC9，二选4全地址译码，IC8的第2脚接地址总线的A14，第3脚接地址总线的A15，第1脚使能端接地，第6脚为IC6的片选信号，第7脚接第15脚选通第二组信号的使能端，第14脚接地址总线的A9，第13脚接地址总线的A10，第11脚为IC7的片选信号，IC5的片选信号直接接地址总线的A15。

并行I/O接口芯片IC7的并行I/O端口，包括A口、B口、C口。A口用于键盘J4输入，B口用于控制多路模拟开关IC10和IC11，C口用于控制液晶显示器接口J3以及输入光电耦合器IC13。液晶显示器接口J3与IC7的C口连接，单片机通过对该I/O接口的操作间接的实现对液晶模块的控制。该口的14端与模块的数据线连接，作为数据总线，IC7的15、16、17这3端作为时序控制信号线C/D，WR和RD。由于使用了专用的并行接口连接模块，而且该并行接口自身在计算机系统中有相应的片选地址，所以模块的片选信号可以直接接地作选通态，间接控制方式的接口电路与时序无关，时序完全靠软件编程实现。液晶显示器接口J3的4端所接的电位器RP4是作为液晶驱动电源的调节器，调节显示的对比度。由于IC3的负载能力有限，因此需增加IC2作为液晶显示器的驱动。

为了对所测数据作进一步分析处理，本装置实现了单片机IC3与计算机的双向通讯。由于单片机IC3采用的是TTL电平，而PC机的串行口是RS-232C的电平，两者电平不同，不能直接连接，需要外接接口进行电平匹配。本系统采用IC1芯片来实现TTL和RS-232C的双向电平转换。IIC3的17、18脚分别接IC1的11、9脚实现数据的双向传输。

防坠器制动性能检测方法

一、安装各传感器：

1、)将量程为±5g加速度传感器安装在罐笼内，用于测量防坠器制动减速度；

2、)四个位移传感器安装于楔块底部，用于测量防坠器动作时楔块位移；

3、)两个位移传感器安装于缓冲器上，用于测量缓冲绳抽出长度；

4、)两个位移传感器安装于罐笼上，用于测量罐笼相对于制动绳位移；

5、)将一个超声波非接触式位移传感器安装于井口，测量罐笼相对井架的位移。

二、当各传感器安装完毕后，即可用防坠器制动性能检测装置进行测试。

打开装置电源，按测试键选择测试数据存储位置，等待检测信号。一旦发生断绳，开关量检测到断绳信号即发给制动性能检测装置，装置即开始自动测量各性能参数。测试完毕后，可以在液晶显示屏上显示出相应的曲线以及位移。同时，可以与计算机进行通讯，利用计算机来分析试验数据。检测装置测试流程图如下：

三、根据所测曲线，可得出防坠器制动减速度值，空行程时间以及制动时间，结合测得的各位移数据，对照煤炭行业标准对各参数的具体规定，即可判断防坠器的制动性能好坏。

初始化后按测试键选择测试数据存储位置，等待检测信号，一旦发生断绳，开关量检测到断绳信号即发给制动性能检测装置，该装置即开始自动测量防坠器动作的空行程时间、制动时间、楔块位移、缓冲绳抽出长度、制动距离和制动减速度等性能参数，测试完毕后，在液晶显示屏上显示出相应的曲线以及位移，根据所测曲线，可得出防坠器制动减速度值，空行程时间以及制动时间，结合测得的各位移数据，对照标准对各参数的具体规定，即可判断防坠器的制动性能好坏，同时与计算机进行通讯，利用计算机来分析试验数据。

Claims (3)

1. 一种防坠器制动性能检测装置，其特征在于该装置包括：传感器(1)、信号调理模块(2)、多路模拟开关(3)、单片机(4)、地址锁存器(5)、程序存储器(6)、数据存储器(7)、并行I/O口(8)、液晶显示器(9)、键盘(10)、光电耦合器(11)、译码器(12)；其中，传感器(1)、信号调理模块(2)、多路模拟开关(3)、单片机(4)顺序串联连接，单片机(4)的输出端分别接地址锁存器(5)、程序存储器(6)、数据存储器(7)、并行I/O接口(8)、译码器(12)的输入端，地址锁存器(5)和译码器(12)的输出端分别接程序存储器(6)、数据存储器(7)、并行I/O接口(8)的输入端，并行I/O接口(8)的输出端接键盘(10)、光电耦合器(11)；采用IC1芯片进行TTL和RS-232C的双向电平转换实现了单片机IC3与计算机的双向通讯，利用计算机来分析试验数据；所述的传感器包括位移传感器、非接触式测距传感器和加速度传感器；量程为±5g加速度传感器水平地安装在罐笼内，用于测量防坠器制动减速度；4个位移传感器安装在楔块底部，用于测量防坠器动作的楔块位移；2个位移传感器安装在缓冲器上，用于测量缓冲绳抽出长度；2个位移传感器安装在罐笼上，用于测量罐笼相对制动绳位移；1个超声波非接触式位移传感器安装在井口，测量罐笼相对井架的位移；所述的光电耦合器用于检测防坠器动作信号的开始。

2. 根据权利要求1所述的防坠器制动性能检测装置，其特征在于单片机(4)即单片机电路IC3的“53～60”端分别接地址锁存器(5)即地址锁存器电路IC4的“3、4、5、6、13、14、17、18”端、程序存贮器(6)即程序存贮器电路IC5的“11～19”端、数据存贮器(7)即数据存贮器电路IC6的“11～19”端、并行I/O接口(8)即并行I/O接口芯片IC7的“27～34”端；单片机(4)即单片机电路IC3的“45～52”端分别接地址锁存器(5)即地址锁存器电路IC4的“2、7、8、9、12、15、16、19”端、程序存贮器(6)即程序存贮器电路IC5的“3～10”端、数据存贮器(7)即数据存贮器电路IC6的“3～10”端。

3. 一种如权利要求1所述的防坠器制动性能检测装置的制动性能检测方法，其特征在于初始化后按测试键选择测试数据存储位置，等待检测信号，一旦发生断绳，开关量检测到断绳信号即发给制动性能检测装置，该装置即开始自动测量防坠器动作的空行程时间、制动时间、楔块位移、缓冲绳抽出长度、制动距离和制动减速度这些性能参数，测试完毕后，在液晶显示屏上显示出相应的曲线以及位移，根据所测曲线，可得出防坠器制动减速度值，空行程时间以及制动时间，结合测得的各位移数据，对照标准对各参数的具体规定，即可判断防坠器的制动性能好坏，同时与计算机进行通讯，利用计算机来分析试验数据。

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