CN102501857B - 一种基于负荷畸变的客运索道安全装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于负荷畸变的客运索道安全装置，属于检测技术领域。它包括箱体，在箱体内设有变送器、信号放大转换器、运算放大器、单片机、继电器、电源，变送器与信号放大转换器通过导线连接，信号放大转换器与运算放大器通过导线连接，运算放大器和单片机连接，单片机和电源连接，单片机和继电器连接。本发明利用检测电流畸变的原理来实现判断索道卡车和脱索故障，反应速度快，费用低，不影响索道现有控制系统和索道的正常运行，极大提高索道运行的安全性，保证了设备和人身安全。很有发展前景。

Description

一种基于负荷畸变的客运索道安全装置

技术领域

本发明涉及一种基于负荷畸变的客运索道安全装置，属于检测技术领域。

背景技术

利用架空绳索支撑和牵引客车运送乘客的机械运输设施，称客运索道，包括客运架空索道、客运缆车、客运拖引索道等。由于索道与其他运输工具相比具有爬坡能力大、能跨越山谷、河流等地面障碍物、受气候条件影响小、能耗低、投资小、运行安全系数高等一系列优点，近年来在我国得到较快发展，特别是在我国旅游业中得到广泛的应用。

但是我国客运索道安全状况较差，有三分之一的客运索道运行在10年以上，设备老化，故障频繁，已进入事故易发期和多发期；运营管理基础薄弱，运营管理和技术人才匮乏，作业人员素质参差不齐。客运索道是人员密集场所的重要交通工具，尤其在旅游高峰时期，乘客数量多、密度大，设备负荷重，加之攀山越川的特殊地理环境，一旦发生事故，极易酿成严重后果。因此，如何准确、快速检测出索道的潜在故障信息，实现立即停车是客运索道急需解决的问题。

现有的索道控制系统没有防卡车停车装置，基本利用U型针判断是否脱索，当U型针失效时便失去保护作用。现有电机调速系统的过载保护因受设置的范围和检测速度的影响，也影响保护的速度和停车速度。

发明内容

   本发明的目的就是为了解决客运索道卡车、脱索等故障引起事故而导致人身伤害和设备受损，提供一种检测索道安全运行的装置，该装置以检测索道电机负荷电流突变为条件，快速分析索道的正常运行和异常事故，实现立即停车的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种检测索道安全运行的装置，它包括箱体，在箱体内设有变送器、信号放大转换器、运算放大器、单片机、继电器、电源，所述的变送器与电流检测单元连接，变送器还与信号放大转换器通过导线连接，信号放大转换器与运算放大器通过导线连接，运算放大器和单片机连接，单片机和电源连接，单片机和继电器连接，单片机还与外部控制装置连接。继电器的触点与索道控制系统的PLC连接。

电流检测单元，用于检测负荷电流；变送器，用来把电流检测单元检测到的电流信号变为标准的信号；信号放大转换器，把变送器输出的信号放大；运算放大器为信号放大转换后的电压跟随器；单片机控制单元，用来进行数据计算、处理和输出控制信号；电源，用于为单片机控制单元供电。

该装置的主要技术原理如下：驱动机圆周力仅与牵引索张力差有关，它表明负荷电流变化反映着索道牵引索张力的变化。牵引索张力变化是由线路负荷变化引起的，当车距不均或发生卡车事故时，就会使线路负荷状态改变，负荷电流亦随之而变化，根据负荷电流反映线路负荷的原理，可利用电流变化规律来监视索道运行。本发明就是利用上述原理设计完成的。

索道负荷电流是驱动电机运行工况的电流，它反映线路负荷的大小。索道驱动机所需电机功率的一般计算式为：

N=KPU  (1)

 式中：

    K-系数：它与电机容量备用系数、功率单位、传动效率有关；

P-驱动机圆周力（千克），它与索道运行方式、负荷状态有关；

 U-牵引索运行速度（米／秒）。

    由电机学得知，电机输出功率为：

N=IVcosθη   (2)

  式中： I-电机负荷电流（安）

             V-电网线电压（伏）

             Cosθ-电机功率因数

             η一电机效率

由(1)式知，当索道稳定运行时，牵引索速度不变，此时，功率N仅随圆周力P改变；由(2)式知，一般来说，同一台电机正常运行时，电压V和功率因数Cosθ效率η变化不大，此时功率N基本上仅随负荷电流I改变；而(1)=(2)，知：索道负荷电流可以反映驱动机圆周力的变化。

圆周力的一般计算式为：

    P=⊿T士⊿T驱+⊿P缺+⊿J    (3)

式中：

    ⊿T-驱动机进、出边牵引素张力差（千克），⊿T= T大- T小；

    ⊿T驱-驱动机阻力损失（千克），制动运行取“一”；

    ⊿P缺-线路某段缺斗引起牵引索张力变化值（千克）；

   ⊿J-起动或制动时系统的惯性力（千克）。

当电机稳定速度运转及正常负荷时，则：P=⊿T士⊿T驱，而对同一驱动机⊿T驱是定值，可知：

驱动机圆周力仅与牵引索张力差有关，它表明负荷电流变化反映着索道牵引索张力的变化。牵引索张力变化是由线路负荷变化引起的，当车距不均或发生卡车事故时，就会使线路负荷状态改变，负荷电流亦随之而变化，根据负荷电流反映线路负荷的原理，可利用电流变化规律来监视索道运行。空载和正常顺序载人负荷电流是稳定和匀速递加的，而发生卡车事故时负荷电流会产生瞬间的突变。本发明就是利用上述原理设计完成的。

本发明的有益效果：1.以检测电流畸变为技术依据，快速、准确。2.本装置可在现有运行索道进行安装，同时装置不占用现有索道的控制单元，安装方便、快捷，可广泛应用于新建索道或老索道的控制之中。不影响现有索道的运行，安装简单，维护方便。3.应用本装置后可极大提高索道运行的安全性，保证了设备和人身安全。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电气原理结构示意图；

其中：1.电流检测单元；2.变送器；3. 信号放大转换器；4.运算放大器；5.单片机；6.外部控制装置；7.继电器；8.PLC；9.电源；10. 箱体。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

图1、图2中，一种基于负荷畸变的客运索道安全装置，它包括箱体10，箱体10内设有变送器2、信号放大转换器3、运算放大器4、单片机5、继电器7、电源9，变送器2与信号放大转换器3通过导线连接，信号放大转换器3与运算放大器4通过导线连接，运算放大器4和单片机5连接，单片机5和电源9连接，单片机5和继电器7连接，单片机5和还和外部控制装置6连接。电流检测单元1与变送器2连接，继电器7的触点与PLC8连接。

所述单片机5采用STC89C52RC-40I；所述变送器2输出为0-10ma；所述信号放大转换器3为AD7650放大器；所述运算放大器4为LM358，所述的电源9为开关电源。

本发明工作原理就是索道负荷电流是驱动电机运行工况的电流，它反映线路负荷的大小，由前面所述驱动机所需电机功率与索道运行速度的大小有关，当速度平稳运行时，功率的变化也是平稳的，负荷电流也是平稳的。另外驱动机圆周力仅与牵引索张力差有关，负荷电流变化反映着索道牵引索张力的变化，牵引索张力变化是由线路负荷变化引起的，当车距不均或发生卡车事故时，就会使线路负荷状态改变，负荷电流亦随之而变化，即发生畸变。变送器信号经过转化放大器放大整形，经过运算放大器电压跟随后送至单片机控制系统的A/D转换输入端。

单片机系统每秒采样100次，每采样10次为一个周期，然后进行数字滤波，与前周期采样进行对比，计算出电流的递增比率，递增率超过30%认为运行异常，同时根据索道启动、加减速的运行状况，从而得出索道所处的运行状态：正常运行还是异常故障，当检测到运行异常之后，单片机控制系统控制索道在0.5秒内停机。

本发明利用检测电流畸变的原理来实现判断索道卡车和脱索故障，反应速度快，费用低，不影响索道现有控制系统和索道的正常运行。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种基于负荷畸变的客运索道安全装置，其特征是：包括箱体，在箱体内设有变送器、信号放大转换器、运算放大器、单片机、继电器、电源，变送器与电流检测单元连接，变送器还与信号放大转换器通过导线连接，信号放大转换器与运算放大器通过导线连接，运算放大器和单片机连接，单片机和电源连接，单片机和继电器连接，单片机还与外部控制装置连接，继电器的触点与索道控制系统的PLC连接；

电流检测单元，用于检测负荷电流；

变送器，用来把电流检测单元检测到的电流信号变为标准的信号；

信号放大转换器，把变送器输出的信号放大；

运算放大器为信号放大转换后的电压跟随器；

单片机，用来进行数据计算、处理和输出控制信号；

电源，用于为单片机供电；所述的电源为开关电源；

所述的运算放大器的1、2脚短接；

所述单片机采用STC89C52RC-40I；所述变送器输出为0-10ma；所述信号放大转换器为AD7650放大器；所述运算放大器为LM358，所述的电源为开关电源。

2.一种基于负荷畸变的客运索道安全装置的工作步骤：其特征是：

(1)、电流检测单元检测客运索道的负荷电流，电流信号经过变送器转化为变送器信号，变送器信号经过转化放大器放大整形，然后经过运算放大器电压跟随后送至单片机控制系统的A/D转换输入端；

(2)、所述单片机每秒采样100次，每采样10次为一个周期，然后进行数字滤波，与前周期采样进行对比，计算出电流的递增比率，递增率超过30％认为运行异常；

(3)、当检测到运行异常之后，单片机控制系统控制索道在0.5秒内停机；

所述索道负荷电流是驱动电机运行工况的电流，它反映线路负荷的大小，索道驱动机所需电机功率的一般计算式为：

N＝KPU  (1)

式中：

K-系数：它与电机容量备用系数、功率单位、传动效率有关；

P-驱动机圆周力，它与索道运行方式、负荷状态有关；

U-牵引索运行速度，

由电机学得知，电机输出功率为：N＝IVcosθη  (2)

式中：I-电机负荷电流，

V-电网线电压，

Cosθ-电机功率因数；

η一电机效率，

由(1)式知，当索道稳定运行时，牵引索速度不变，此时，功率N仅随圆周力P改变；由(2)式知，一般来说，同一台电机正常运行时，此时功率N基本上仅随负荷电流I改变；而(1)＝(2)，知：索道负荷电流可以反映驱动机圆周力的变化，

圆周力的一般计算式为：P＝⊿T士⊿T驱+⊿P缺+⊿J  (3)

式中：⊿T-驱动机进、出边牵引素张力差，⊿T＝T大-T小；

⊿T驱-驱动机阻力损失，制动运行取“一”；

⊿P缺-线路某段缺斗引起牵引索张力变化值；

⊿J-起动或制动时系统的惯性力；当电机稳定速度运转及正常负荷时，则：P＝⊿T士⊿T驱，而对同一驱动机⊿T驱是定值，知：

驱动机圆周力仅与牵引索张力差有关，它表明负荷电流变化反映着索道牵引索张力的变化；牵引索张力变化是由线路负荷变化引起的，当车距不均或发生卡车事故时，就会使线路负荷状态改变，负荷电流亦随之而变化，根据负荷电流反映线路负荷的原理，利用电流变化规律来监视索道运行。