CN103072581B - 矿用猴车检测控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在煤矿上对猴车进行检测控制的矿用猴车检测控制系统，包括电源模块、检测模块、单稳态触发模块、PLC控制模块和执行模块，电源模块包括LM2576-12稳压芯片，检测模块由微波检测和按键检测模块组成，单稳态触发模块检测信号中电平变化并对信号进行延时控制继电器开合，PLC控制模块接收继电器开合信号，分析处理后将数据输送至执行模块；执行模块包括变频器模块、指示灯模块和喇叭报警模块，执行PLC控制模块传送数据信息，控制电机运行模式予以显示，利用微波检测和按键检测确保了检测效果，通过单稳态触发电路快速判断有无高低电平变换控制继电器开合，多检测模块从多个巷道口自动检测是否有人乘车，来控制电机运行模式，减少了能量损失。
Description
技术领域
本发明属于电子检测技术领域，具体涉及一种在煤矿上对猴车进行检测控制的矿用猴车检测控制系统，安装于矿井巷道壁和机头处作为辅助设备。
背景技术
猴车,正式全称为矿山索道，主要用于地下矿山。目前的同类产品在使用之中存在一定的问题，如矿工在上下班时非常费时，浪费大量体力，很大程度上不能方便矿工，节省体力。然而在工人上班之后车上空无一人，猴车长时间空转造成资源浪费。
目前对于这方面的问题，首先，很多矿用猴车没有相应的检测装置，资源还在浪费；其次，采用随机式猴车存在一定的危险性，对于熟练的工人来说，乘车比较简单，但对于新工人会有一定的乘车困难。所以效果不是很理想。
发明内容
本发明的目的在于解决猴车空转浪费资源问题而提供一种矿用猴车检测控制系统，针对猴车无人乘用时空转耗能的弱点，采用该装置的检测及控制模块，能够检测是否有人乘坐猴车，通过单稳态触发电路和继电器将信号及时反馈给PLC作出相应处理，减少能量损耗。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种矿用猴车检测控制系统，包括电源模块、检测模块、单稳态触发模块、PLC控制模块和执行模块，其特征在于：
所述电源模块包括LM2576-12稳压芯片，产生12V电压为系统提供控制电源；
所述检测模块由微波检测模块和按键检测模块组成，用于采集检测有无人员乘车的信息；检测模块安装在猴车机头、机尾和各巷道口用于检测有无人员乘车情况，并结合PLC控制模块进行自动控制猴车电机运行；
所述单稳态触发模块，用于及时检测信号中的电平变化，并对信号进行延时来控制继电器的开合，确保信号能及时传送到PLC端；
所述PLC控制模块，用于接收检测模块采集的信息，经分析处理后将控制信号传送给执行模块；
所述执行模块包括变频器模块、指示灯模块和喇叭报警模块，用于执行PLC控制模块传送的控制指令。
所述电源模块将127V的交流电变化成12V直流电源，其中包括降压电路、整流电路和稳压电路，所述降压电路采用127V转36V的变压器构成；所述整流电路采用四个整流二极管D5、D6、D7和D8构成，四个整流二极管首尾交替连接构成整流桥，整流桥输入端接变压器输出端，整流桥输出端一端接稳压电路输入端，另一端接地；所述稳压电路采用稳压芯片LM2576S-12稳压器、输入电容C4、吸纳二极管1N5822、调节电感L1和输出电容C3，其中稳压芯片LM2576S-12的输入端引脚1接变压器正极，输入电容C4的正极性端接稳压芯片LM2576S-12的输入端引脚1,负极性端接地，吸纳二极管1N5822负极性端接稳压芯片LM2576S-12的输出端引脚2，正极性端接地，调节电感L1的一端接稳压芯片LM2576S-12的输出端引脚2，另一端接输出电容C11的正极性端，输出电容C11的正极性端接稳压芯片LM2576S-12的引脚4，另一端接地，输出的12V电压作为负载微波传感器的电源输入端，LM2576S-12的引脚5接地。
所述单稳态触发模块是由555芯片和输入电容C1、延时电阻R1、延时电容C2、上拉电阻R2、滤波电容C5组成的，555芯片的8脚接V12，为芯片供电，4脚接V12，555芯片的1脚接地，555芯片的5脚经电容接地，机头传感器的输出脚2经输入电容C1接到555芯片的6脚，由555芯片检测是否有上升沿产生，并进行延时，当微波传感器模块或按键模块有上升沿产生时，555芯片对脉冲信号进行延时，保证能驱动继电器能闭合一段时间，由555芯片的7端输出延时信号，将信号传递到PLC前方继电器处，并最终传递给PLC。
所述检测模块由微波传感器和按键检测模块组成，其微波传感器引脚1和引脚3分别接地和负载电源，微波传感器的信号输出端引脚2接单稳态触发模块中的555芯片的6脚；所述按键检测模块用于防止微波传感器出现故障时，能及时提供信号给控制模块，保证信号的可靠性。
所述PLC控制模块，选用西门子S7-200系列PLC，包括CPU224模块、EM232模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块组合配置成一个整体，S7-200CPU存储系统由 RAM和 EEPOM构成，系统掉电时，自动系统将RAM中存储器的有关内容保存到EEPOM存储器中具有可靠的稳定性；当PLC控制模块接收到有无人员乘坐猴车的信号时，进行分析判断，并发出相应的控制指令给变频器来调节电机的转速；同时输出运行状态指令给指示灯模块；PLC控制模块还接收变频器的故障信号，处理后输出给报警模块；猴车的牵引电机安装在机头，PLC控制模块安装在机头位置的监控室，便于对机头牵引电机的控制。
PLC控制模块调速的过程是：PLC内部计时器不断累加计时，当有人员乘车信号输入时，经过分析判断，确认信号后，进入PLC的输入端，通过程序给计时器复位，这样连续接收到信号时，每接受一次信号，重新计时；只要计时器不超过设定值，PLC给变频器输出额定频率指令，电机按额定速度运行；如果一段时间没有人员乘车信号输入时，计时器不断累加，当计时器超过设定值时，PLC给变频器输出低速频率指令机，电机按低速运行。
在执行模块中，变频器模块采用富士FRN30G11S-4型变频器，标准适配电机容量30KW，该变频器模块为猴车电机运行速度控制模块；猴车电机功率为25KW，变频器的频率设定输入端子接PLC的模拟量输出模块的输出端，通过PLC程序改变PLC的模拟量输出模块的输出模拟电压值，从而改变变频器工作频率的设定值，最终改变猴车牵引电机的运行速度；变频器内部具有完善的保护设置，一旦出现过流，过压和过热等故障情况，则变频器立刻封锁控制信号，达到切断电机供电主回路的目的，从而保护变频器主要器件和电机免于损坏；通过PLC和变频器的控制，使猴车机头电机按照预定的速度运行；所述的指示灯模块和喇叭报警模块用于指示电机运行速度和系统的工作状态，该模块安装于PLC控制模块，便于显示和控制；指示灯模块分为低速指示、额定速度指示和故障指示，分别对应电机运行的不同状态；当检测模块检测到乘车信号后，PLC根据程序判断输出额定速度指令还是低速指令，同时驱动相应的指示灯；当变频器发生故障时，故障信号从变频器的30A端输出给PLC，PLC通过内部处理，驱动故障指示灯和报警喇叭工作，发出声光报警。
本发明的积极效果在于将猴车检测控制装置应用于煤矿，采用微波传感器检测和按键检测方式，安装在个巷道口，能迅速检测到巷道口处有无乘客将要乘车，当有人走近乘车点时，微波传感器会自动感应，产生信号通过单稳态触发电路判断识别信号的可靠性，在经过两个继电器的开合控制将信号传递给PLC；通过电线传输将信号及时传递给PLC；PLC接收到信号后及时进行信号确认及判断，确认信号后给变频器发出相应指令，自动控制电机的运转模式和时间，不仅方便了乘客，更重要的是减少了电能损失，起到了一定节能的效果。本发明利用微波检测和按键检测，双重检测确保了检测效果。并通过单稳态触发电路快速判断有无高低电平变换来控制继电器开合，这样从同时自动检测多个巷道口是否有人乘车，来自动控制电机的运行模式，减少了能量的损失，可达到很好的自动控制效果。可广泛运用于各类煤矿猴车和大山的索道之中。
附图说明
图1为本发明的猴车检测控制系统的模块连接关系示意图。
图2为本发明中电源模块的电路图。
图3为本发明的微波检测模块的电路图。
图4为本发明中的按键检测模块的电路图、
图5为本发明的单稳态触发电路的电路图。
图6为本发明的PLC控制的电路图。
图7为本发明中执行模块的电路图。
图8为本发明的整体电路连接图。
具体实施方式
实施例：如图1所示，该猴车检测模块安装在猴车机头、机尾和各巷道口用于检测有无人员乘车情况并结合控制模块进行自动控制猴车电机运行，包括电源模块、检测模块、单稳态触发模块、PLC控制模块、变频模块和执行模块。
所述的电源模块包括LM2576-12稳压芯片，产生12V正电压为系统提供能量；所述的检测模块由微波检测模块和按键检测模块组成，用于采集检测有无人员乘车的数据信息；所述的单稳态触发模块用于及时检测信号中的电平变化并对信号进行延时控制继电器的开合，确保信号能传送到PLC端；所述的PLC控制模块，接收检测模块采集检测的数据信息，分析处理后将数据输送至变频模块；所述的执行模块指猴车电机运行模式的切换及指示灯的工作模块，其用于执行PLC控制模块传送的数据信息。
所述的电源模块包括由127V的交流电变化成12V直流电源，其中包括降压电路、整流电路和稳压电路；所述降压电路采用127V转36V的变压器构成；所述整流电路采用四个整流二极管D5、D6、D7和D8构成，四个整流二极管首尾交替连接构成整流桥，整流桥输入端接变压器输出端，整流桥输出端一端接稳压电路输入端，另一端接地；所述稳压电路采用稳压芯片LM2576S-12稳压器、输入电容C4、吸纳二极管1N5822、调节电感L1和输出电容C3，其中稳压芯片LM2576S-12的输入端引脚1接变压器正极，输入电容C4的正极性端接稳压芯片LM2576S-12的输入端引脚1,负极性端接地，吸纳二极管1N5822负极性端接稳压芯片LM2576S-12的输出端引脚2，正极性端接地，调节电感L1的一端接稳压芯片LM2576S-12的输出端引脚2， 另一端接输出电容C11的正极性端，输出电容C11的正极性端接稳压芯片LM2576S-12的引脚4，另一端接地，输出的12V电压作为负载微波传感器的电源输入端，LM2576S-12的引脚5接地。
所述检测模块由微波传感器检测和按键检测组成，其微波传感器引脚1和引脚3分别接地和负载电源，微波传感器的信号输出端引脚2接单稳态触发模块中的555芯片的6脚；所述按键检测模块主要是为防止微波传感器出现故障时，也能及时提供信号给控制模块，，保证信号的可靠性。该检测模块安装于机头、各巷道口、机尾。多点检测极大地方便了乘客乘车。
所述的单稳态触发模块是由555芯片和输入电容C1、延时电阻R1、延时电容C2、上拉电阻R2、滤波电容C5组成的，555芯片的8脚接V12，为芯片供电，4脚接V12，555芯片的1脚5脚经电容接地，传感器的输出脚2经输入电容C1接到555芯片的6脚有555芯片检测是否有上升沿产生，并进行延时，当微波传感器模块或按键模块有上升沿产生时，555对脉冲信号进行延时，保证能驱动继电器1能闭合一段时间，由555芯片的7端输出延时信号，将信号传递到PLC前方继电器处，将信号传递到PLC。
所述的PLC控制模块，选用西门子S7-200系列PLC，包括CPU224模块、EM232模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块组合配置成一个整体。S7-200CPU存储系统由 RAM和 EEPOM构成，系统掉电时，自动系统将RAM中存储器的有关内容保存到EEPOM存储器中具有可靠的稳定性。当PLC控制模块接收到有无人员乘坐猴车的信号时，进行分析判断，并发出相应的控制指令给变频器来调节电机的转速；同时输出运行状态指令给指示灯模块；PLC控制模块还接收变频器的故障信号，处理后输出给报警模块。猴车的牵引电机是装在机头的，所以PLC控制模块安装在靠近机头位置的监控室，便于对机头牵引电机的控制。
所述的执行模块包括变频器模块、指示灯模块和喇叭报警模块。所述的变频器模块，变频器采用富士FRN30G11S-4型变频器，标准适配电机容量30KW，即猴车电机运行速度控制模块。猴车电机功率为25KW，变频器的频率设定输入端子接PLC的模拟量输出模块的输出端，通过PLC程序改变PLC的模拟量输出模块的输出模拟电压值，从而改变变频器工作频率的设定值，最终改变猴车牵引电机的运行速度。变频器内部具有完善的保护设置，一旦出现过流，过压和过热等故障情况，则变频器立刻封锁控制信号，达到切断电机供电主回路的目的，从而保护变频器主要器件和电机免于损坏。总之通过PLC和变频器的控制，使猴车机头电机按照预定的速度运行。所述指示灯模块分为低速指示、额定速度指示和故障指示，分别对应电机运行的不同状态。当检测模块检测到乘车信号后，PLC根据程序判断输出额定速度指令还是低速指令，同时驱动相应的指示灯；当变频器发生故障时，故障信号从变频器的30A端输出给PLC，PLC通过内部处理，驱动故障指示灯和报警喇叭工作，发出声光报警。
所述系统电源模块采用127V交流电降压整流变直流， LM2796/12 开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出12V，该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为200KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2796 芯片的使用，简化了开关电源电路的设计，极大地提高了电源的可靠性。
所述的检测模块中的微波检测模块内主要针对车内空间的人体活动。微波传感器YTMW8630，是根据微波多普勒效应原理（也就是雷达基本原理）制作成的，这种探测方式与其它探测方式相比具有如下的优点：１、非接触探测；２、不受温度、湿度、噪声、光线等影响；3、抗射频干扰能力强；４、输出功率仅有5mW，对人体构不成危害。安装及接线简单。探测灵敏度、距离可调，报警时间、距离可设置。 高可靠微波探测器内部由环形天线和微波三极管组成一个工作频率为2.4GHz的微波振荡器，环形天线既做发射天线也可接收由人体移动而反射的回波。内部微波三极管的半导体PN结混频后差拍检出微弱的频移信号（即检测到人体的移动信号)。当有人体活动时，输出有效信号被检测到。其各项数据指标为：
| 频率范围 | 约2.4GHZ |
| 待机电流 | 10mA以下 |
| 工作电压 | 6V-12V |
| 工作电流 | 15mA以内 |
| 工作温度 | -25-+70摄氏度 |
| 电源 | 蓄电池或其他供应式电源 |
| 微波探头 | 0-7m |
微波传感器具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点。考虑到检测信号的可靠性，将微波传感器检测模块的灵敏度调至5米，安装于巷道口处，当走到候车位置时，猴车已启动，若乘客走近猴车，车还未启动，可进行手动操作——按键启动，这样可以有效的控制猴车。其按键检测模块对微波传感器检测只是一个辅助检测功能。为了确保能够检测到有人将要乘车，根据实际情况，我们将按键和微波传感器固定安装在机头、机尾及各分巷道口。
对于信号传输，机头检测模块距控制模块较近，直接控制直流继电器将检测信号输入I1.1口，由于机尾和各巷道口距机头控制较远，当检测模块检测到“有人乘车”的信号时，经三极管驱动控制直流继电器接通127V交流传输，传到机头后再由交流继电器将检测信号输入I1.2口。
所述的执行模块包括变频器模块、指示灯模块和喇叭报警模块。所述的变频器模块采用富士FRN30G11S-4型变频器，标准适配电机容量30KW，即猴车电机运行速度控制模块。猴车电机功率为25KW，变频器的频率设定输入端子接PLC的模拟量输出模块的输出端，通过PLC程序改变PLC的模拟量输出模块的输出模拟电压值，从而改变变频器工作频率的设定值，最终改变猴车牵引电机的运行速度。变频器内部具有完善的保护设置，一旦出现过流，过压和过热等故障情况，则变频器立刻封锁控制信号，达到切断电机供电主回路的目的，从而保护变频器主要器件和电机免于损坏。总之通过PLC和变频器的控制，使猴车机头电机按照预定的速度运行。
当检测装置检测到有人乘车时，微波传感器内部会产生以2.5V为中值近似方波的周期信号，在YTMW8630的2口处会产生2S的高电平脉冲，经单稳触发电路判定延时之后控制继电器的闭合，将信号传入PLC，经过PLC识别判定对数据进行分析判断，作出相应的指令，送给变频模块，改变猴车运行模式。由于电机始终匀速运转且入口到出口路程一定，由s=vt得，乘客乘车时间一定，设定电机工作一定的时间（该时间大于由s=vt算的时间，保证乘客可以到达任意的站点）。最后根据前面PLC控制模块调节电机速度的原理，如果电机低速运行累计一定时间了，比如半小时，可以发出报警信号，提醒猴车司机建议停车，但是否停车有司机手动控制。
本设计能够快速的将乘车出入口乘客的信息及时送给PLC进行处理，自动控制电机的运转，将会结束电机24小时不停运转的时代，创建一个节能的时代。
Claims (6)
1.一种矿用猴车检测控制系统，包括电源模块、检测模块、单稳态触发模块、PLC控制模块和执行模块，其特征在于：
所述电源模块包括LM2576-12稳压芯片，产生12V电压为系统提供控制电源；电源模块将127V的交流电变化成12V直流电源，其中包括降压电路、整流电路和稳压电路，所述降压电路采用127V转36V的变压器构成；所述整流电路采用四个整流二极管D5、D6、D7和D8构成，四个整流二极管首尾交替连接构成整流桥，整流桥输入端接变压器输出端，整流桥输出端一端接稳压电路输入端，另一端接地；所述稳压电路采用稳压芯片LM2576S-12稳压器、输入电容C4、吸纳二极管1N5822、调节电感L1和输出电容C3，其中稳压芯片LM2576S-12的输入端引脚1接变压器正极，输入电容C4的正极性端接稳压芯片LM2576S-12的输入端引脚1,负极性端接地，吸纳二极管1N5822负极性端接稳压芯片LM2576S-12的输出端引脚2，正极性端接地，调节电感L1的一端接稳压芯片LM2576S-12的输出端引脚2，另一端接输出电容C11的正极性端，输出电容C11的正极性端接稳压芯片LM2576S-12的引脚4，另一端接地，输出的12V电压作为负载微波传感器的电源输入端，LM2576S-12的引脚5接地；
所述检测模块由微波检测模块和按键检测模块组成，用于采集检测有无人员乘车的信息；检测模块安装在猴车机头、机尾和各巷道口用于检测有无人员乘车情况，并通过PLC控制模块对猴车电机的运行速度进行自动控制；
所述单稳态触发模块，用于及时检测信号中的电平变化，并对信号进行延时来控制继电器的开合，确保信号能及时传送到PLC端；
所述PLC控制模块，用于接收检测模块采集的信息，经分析处理后将控制信号传送给执行模块；
所述执行模块包括变频器模块、指示灯模块和喇叭报警模块，用于执行PLC控制模块传送的控制指令。
2.根据权利要求1所述的矿用猴车检测控制系统，其特征在于：所述检测模块由微波传感器和按键检测模块组成，其微波传感器引脚1和引脚3分别接地和负载电源，微波传感器的信号输出端引脚2接单稳态触发模块中的555芯片的6脚；所述按键检测模块用于防止微波传感器出现故障时，能及时提供信号给控制模块，保证信号的可靠性。
3.根据权利要求1所述的矿用猴车检测控制系统，其特征在于：所述单稳态触发模块是由555芯片和输入电容C1、延时电阻R1、延时电容C2、上拉电阻R2、滤波电容C5组成的，555芯片的8脚接V12，为芯片供电，4脚接V12，555芯片的1脚接地，555芯片的5脚经电容接地，机头传感器的输出脚2经输入电容C1接到555芯片的6脚，由555芯片检测是否有上升沿产生，并进行延时，当微波传感器模块或按键模块有上升沿产生时，555芯片对脉冲信号进行延时，保证能驱动继电器能闭合一段时间，由555芯片的7端输出延时信号，将信号传递到PLC前方继电器处，并最终传递给PLC。
4.根据权利要求1所述的矿用猴车检测控制系统，其特征在于：所述PLC控制模块，选用西门子S7-200系列PLC，包括CPU224模块、EM232模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块组合配置成一个整体，S7-200CPU存储系统由 RAM和 EEPOM构成，系统掉电时，自动系统将RAM中存储器的有关内容保存到EEPOM存储器中具有可靠的稳定性；当PLC控制模块接收到有无人员乘坐猴车的信号时，进行分析判断，并发出相应的控制指令给变频器来调节电机的转速；同时输出运行状态指令给指示灯模块；PLC控制模块还接收变频器的故障信号，处理后输出给报警模块；猴车的牵引电机安装在机头，PLC控制模块安装在机头位置的监控室，便于对机头牵引电机的控制。
5.根据权利要求4所述的矿用猴车检测控制系统，其特征在于：PLC控制模块调速的过程是：PLC内部计时器不断累加计时，当有人员乘车信号输入时，经过分析判断，确认信号后，进入PLC的输入端，通过程序给计时器复位，这样连续接收到信号时，每接受一次信号，重新计时；只要计时器不超过设定值，PLC给变频器输出额定频率指令，电机按额定速度运行；如果一段时间没有人员乘车信号输入时，计时器不断累加，当计时器超过设定值时，PLC给变频器输出低速频率指令机，电机按低速运行。
6.根据权利要求1所述的矿用猴车检测控制系统，其特征在于：在执行模块中，变频器模块采用富士FRN30G11S-4型变频器，标准适配电机容量30KW，该变频器模块为猴车电机运行速度控制模块；猴车电机功率为25KW，变频器的频率设定输入端子接PLC的模拟量输出模块的输出端，通过PLC程序改变PLC的模拟量输出模块的输出模拟电压值，从而改变变频器工作频率的设定值，最终改变猴车牵引电机的运行速度；变频器内部具有完善的保护设置，一旦出现过流，过压和过热故障情况，则变频器立刻封锁控制信号，达到切断电机供电主回路的目的，从而保护变频器主要器件和电机免于损坏；通过PLC和变频器的控制，使猴车机头电机按照预定的速度运行；所述的指示灯模块和喇叭报警模块用于指示电机运行速度和系统的工作状态，该模块安装于PLC控制模块，便于显示和控制；指示灯模块分为低速指示、额定速度指示和故障指示，分别对应电机运行的不同状态；当检测模块检测到乘车信号后，PLC根据程序判断输出额定速度指令还是低速指令，同时驱动相应的指示灯；当变频器发生故障时，故障信号从变频器的30A端输出给PLC，PLC通过内部处理，驱动故障指示灯和报警喇叭工作，发出声光报警。
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