CN104142139B - 井下巷道断面瞬时监测系统 - Google Patents

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Abstract

一种能避免人与危险环境接触，测量精度大大提高的瞬时巷道断面监测系统，该系统由PLC224XP作为主控器，连接步进电机驱动器，通过步进电机驱动器控制步进电机的旋转，步进电机旋转的同时会带动脉冲式激光测距仪的旋转，PLC内部的两个高速计数器发出频率不同的脉冲，最终实现了瞬时的断面面积测量及监测的功能。该系统的上位机能精确瞬时地显现断面的面积，这对研究通风阻力测定中巷道巷道断面值及变化规律有重要的意义。

Description

井下巷道断面瞬时监测系统
技术领域
本发明涉及煤矿安全领域，是一种矿井通风领域的高精度的巷道断面监测系统。
背景技术
由于矿井复杂的地质构造以及矿山压力等客观条件的影响，巷道断面很容易产生变形，由于变形的不规则性，对矿井井巷风量的分配造成影响。过去我们所使用的巷道断面测量都是人工测量，需要大量人力、物力，费时费力，又测量不准，存在误差。断面的变化不仅是矿井通风风阻计算的重要参数，也是研究矿山压力显现规律的重要参数。急需一种能精确地测量巷道在不同时刻的断面面积的监测系统。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的就是在于提供一种不需要大量人力、物力，省时省力，又能准确快速地观测到巷道断面面积及变化的系统。它能精确地测出各个时间段的面积，乃至瞬时的面积。通过上位机能得出巷道断面的变化规律。
本发明利用plc cpu224xp作为主控器，首先设置好1号高速计数器的脉冲频率初步设为6400个/s，2号高速计数器的脉冲频率设置为3200个/s。把模式选择为单速连续旋转模式，然后在配置向导完成后调用功能块PTOx/_MAN发送无限脉冲，这样在发送脉冲的过程中可以实时更改。计数器发脉冲后通过步进电机驱动器来控制步进电机的旋转，步进电机选用两相混合式步进电机，并且步进电机步进角选为四细分式的。发送第一个脉冲时步进电机旋转，同时2号高速计数器发送脉冲带动激光测距仪激光测距仪开始测距，安装在步进电机的脉冲计数装置也会记录脉冲个数。发送第二个脉冲时步进电机旋转，但是不控制脉冲式测距仪测距，当发出第三个脉冲时测距仪测下距离。依次类推5、7、9、………….1+2n个脉冲时，同时把测量的距离送到plc中通过数学指令算出面积通过以太网送到上位机。上位机可以通过系统时钟记录每隔1/8秒时刻的面积。并且当巷道变形时压力传感器会把微弱的变化传到上位机发出报警。
此井下巷道断面瞬时监测系统真正做到瞬时，精确测量面积，方便的观测巷道断面的面积变化情况，最重要的是避免人与非安全环境的直接接触。
附图说明
上文所述的本发明发明的方面以及其他特征将在下文中结合相关附图进行说明
图1是井下巷道断面面积瞬时检测系统电气原理图
图2是井下巷道断面面积瞬时检测系统结构流程图
图3是井下巷道断面面积瞬时检测系统软件实现流程图
具体实施方式
在井下巷道断面面积瞬时检测系统中，归零按钮(22)、电机启动按钮(23)、电机停止按钮(24)、电机传感器开关(25)、脉冲测距仪开关(26)分别连接在PLCcpu224XP(18)的输入端，并且它们要共同接通DC24V(28).电机传感器(35)由传感器开关(25)控制，矿用脉冲式激光测距仪(38)由测距仪开关(26)控制。电机传感器(35)要上拉240Ω然后由24V开关电源(37)供电。矿用本安型智能压力传感器(32)通过DC10V变送器(31)和模拟量输入点M(29)、A+(30)连通。SH-2024步进电机驱动器(1)由DC24V开关电源供电，开关电源和Vcc(2)端相连，驱动器通过A+(4)、A-(5)、B+(6)、B-(7)四个接口控制步进电机的运行.共阳端OPTO(8)接到DC5V(15)阳极，Vcc-(3)接到阴极。PLC与驱动模块相连时当PLC输出低电平时不能将驱动模块电平拉低，故在EN-(42)，DIR-(13)下拉200Ω(14)，同时DIR-(13)接到Q0.0(19)，DIR(9)，CP(11)下拉3KΩ(17)接到24VDC(16)上，FREE(10)接地，CP-(12)接到Q0.2(20)上。PLC通过这一部分连接驱动器然后间接控制两相混合步进电机(40)。激光测距仪由24V开关电源(37)供电，PLC通过Q0.7控制继电开关 (39)的开合，由于步进电机选择为两相四细分式，所以其步进角为0.45度。1号高速计数器设置的电机加速时间和减速时间都为500ms.当加速到目标速度是，1号计数器发送第一个脉冲时步进电机旋转。同时，2号计数器发送第一个脉冲接通继电开关带动测距仪测距，当1号高速计数器旋转0.9度时，即发出了两个脉冲后，此时2号计数器已经发出了一个脉冲，此时测得的距离为a.当1号高速计数器发出第三个脉冲时，2号计数器发出第二个脉冲，等到1号计数器准备发出第五个脉冲时，也就是2号计数器准备发出第三个脉冲时测得距离为b，把所测得到的数据送到plc，运用数学公式S＝1/2abθ，这里的0为0.9°。这样每隔0.125s面积都会有个面积算出来。同时PLC通过通信模块CP243-1(34)连接上位机(33)，上位机通过工业以太网连接到此系统然后进行实时的数据监测。
在井下巷道断面面积瞬时检测系统结构流程中，PLCcpu224XP(18)会发出脉冲传送到SH-2024步进电机驱动器(1)，进而控制两相混合式步进电机运转(40)，此时矿用脉冲式激光测距仪(38)已经接收到PLC的另外一个计数器发出的脉冲并且在步进电机的带动下一起转动。本安型智能压力传感器(32)会把接收到模拟信号传到PLC，PLC系统时钟指令会记录下时间，这样更有助于上位机(33)研究断面的变化规律。
在井下巷道断面面积瞬时检测系统软件实现流程中，按下系统的开始(44)按钮，PLC准备初始化参数MBO(45)，驱动器使能控制(46)端执行初始化，PLC通过电机使能输出口Q0.6(47)执行对步进电机的控制。在通过PLC控制步进电机运行之前，要对PLC检查是否归零状态(48)，如果是(53)，按下归零按钮，执行归零(49)并且PLC重新回到初始化后的状态，如果系统本身就在归零状态，即执行否(54)，不归零。然后系统传感器会把信号输入PLC，如果电机和测距仪都正常，即执行启动器按钮是否按下(50)选择是(56)，步进电机运行(51)。如果步进电机正常测距仪不正常，启动器按钮执行否(13)待测距仪进行检测。然后执行是(58)、系统正常运行。如果步进电机不正常，测距仪正常，测距仪执行否(57)。系统重新回到初始化后的状态，待系统进行进一步的检测后方能正常运行。
此监测系统真正做到瞬时，精确测量面积，方便的观测巷道断面值及面积变化情况，最重要的是避免人与非安全环境的直接接触。

Claims (2)

1.一种井下巷道断面瞬时监测系统，利用PLCcpu224XP(18)作为主控器，包括1号高速计数器和2号高速计数器，以及SH-2024步进电机驱动器(1)、电机传感器开关(25)、脉冲测距仪开关(26)、矿用本安型智能压力传感器(32)、上位机(33)、电机传感器(35)、矿用脉冲式激光测距仪(38)、两相混合式步进电机(40)，其特征在于：
归零按钮(22)、电机启动按钮(23)、电机停止按钮(24)、电机传感器开关(25)、脉冲测距仪开关(26)分别连接在PLCcpu224XP(18)的输入端，并且它们要共同接通DC24V(28)；
电机传感器(35)由电机传感器开关(25)控制，矿用脉冲式激光测距仪(38)由脉冲测距仪开关(26)控制，电机传感器(35)要上拉240Ω然后由24V开关电源(37)供电；
矿用本安型智能压力传感器(32)通过DC10V变送器(31)和模拟量输入点(29、30)连通；
SH-2024步进电机驱动器(1)由DC24V开关电源供电，开关电源和Vcc(2)端相连，驱动器(1)通过A+(4)、A-(5)、B+(6)、B-(7)四个接口控制步进电机的运行；
共阳端OPTO(8)接到DC5V(15)阳极，Vcc-(3)接到阴极；
激光测距仪由24V开关电源(37)供电，PLC通过Q0.7控制继电开关(39)的开合；
步进电机为两相四细分式，其步进角为0.45度。
2.根据权利要求1所述的井下巷道断面瞬时监测系统，其特征在于：
1号高速计数器的脉冲频率设为6400个/s，2号高速计数器的脉冲频率设置为3200个/s。
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