CN107894272A - 一种煤矿立井箕斗称重与显示装置 - Google Patents

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程干
李童童
程国栋
黄洁
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Abstract

本发明公开了一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，该装置包括传感器模块、信号采集调理模块、主控器模块以及触摸屏，所述传感器模块选用压磁式传感器，所述信号采集调理模块由防爆外壳、超精密放大电路、变送器及测试校准电路组成，所述超精密放大电路由精密仪器运算放大器、斩波稳零运算放大器组成，所述主控器模块由防爆外壳、模拟量扩展模块EM235、控制器S7‑200PLC组成，本发明涉及煤炭立井箕斗装载称重技术领域。该一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，达到了可精确检测箕斗内煤炭重量，具有成本低、精确度高、可靠性高、抗干扰性强的特点，且可在触摸屏上实时显示、监控箕斗内煤炭重量并绘制立井出煤量曲线图，满足于煤矿箕斗提升过程中安全、精确的要求。

Description

一种煤矿立井箕斗称重与显示装置
技术领域
本发明涉及煤炭立井箕斗装载称重技术领域，具体为一种煤矿立井箕斗称重与显示装置。
背景技术
煤矿立井箕斗装载是提升系统的关键环节，箕斗一次装载量的控制关系着矿井箕斗提升效率与安全，根据《煤矿安全规程》第382条规定：“箕斗提升必须采用定重装载”，所以控制箕斗内煤炭重量尤为重要。已有发明专利如公开号为CN106124016A中，采用单片机Atmegal28作为数据处理器和搭建重量测量电路。此装置在实际应用中存在着对信号的采集调理效果不精确，其次主控器Atmegal28单片机在井下工作不可靠，最后是没有良好的人机交互界面。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，具有低成本、高精度、高可靠性、抗干扰性强等特点，且可在触摸屏上实时显示、监控煤炭重量。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，包括传感器模块，与传感器模块连接的信号采集调理模块，与信号采集调理模块的输出端连接的主控器模块，与主控器模块通信连接的触摸屏，且触摸屏依次设置有4个监控界面。
优选的，传感器模块选用压磁式传感器。
优选的，信号采集调理模块包括防爆外壳、以及与压磁式传感器输出连接的超精密放大电路和与超精密放大电路输出连接的变送器电路，以及测试校准该信号采集调理模块的测试校准电路。
优选的，主控器模块包括防爆外壳、模拟量扩展模块EM235、控制器S7-200PLC。
优选的，超精密放大电路由精密仪器运算放大器、斩波稳零运算放大器组成。精密仪器运算放大器型号为LTC1043，斩波稳零运算放大器型号为LTC1052。精密仪器运算放大器采用双电源供电，并通过开关使输入、输出回路隔离。当检测到输入信号时，精密仪器运算放大器和斩波稳零运算放大器顺序作用，因此即使增益很高，也能保证放大器有极高的精度、极小的失调及漂移。
优选的，变送器电路由称重放大倍数选择电路、皮重调节电路和输出电压标定电路组成。
优选的，称重放大倍数选择电路由运算放大器LT1013和LK1称重放大倍数选择开关组成。
优选的，皮重调节电路由运算放大器LT1013、皮重细调旋钮VR1、皮重粗调选择拨码开关SW1-ON-OFF和SW2-ON-OFF、皮重放大细调旋钮VR2、皮重放大粗调选择拨码开关SW3-ON-OFF和SW4-ON-OFF组成。实现了放大倍数的选择和皮重的微调节和粗调节。
优选的，输出电压标定电路由LT1013、LT1014运算放大器和PNP三极管8050组成。
优选的，测试校准电路由电阻R54 、电位器VR10和电阻R53构成的分压电路、输出电压标定电路和板载电压表组成。所述板载电压表由A/D转换器ICL7106和液晶EDS803组成。
优选的，S7-200PLC设置为信号处理器，其模拟量采集接口选用S7-200PLC的模拟量扩展模块EM235。信号经过采集调理模块最终输出标准电压信号，接入PLC的模拟量扩展模块，供PLC数据处理和数据储存。
优选的，触摸屏作为人机交互工具，选用威纶通公司生产的TK6070IP触摸屏，采用EB8000 Project Manager软件设计4个触摸屏界面。触摸屏通过RS485基于PPI协议与S7-200PLC进行数据传输，且S7-200PLC设置为主站，TK6070IP触摸屏设置为从站。
优选的，TK6070IP触摸屏置有界面1、界面2、界面3和界面4，界面1设置为用户登录界面，界面2用于显示箕斗1每一次提升时和提升煤炭的总重量、箕斗2每一次提升时和提升煤炭的总重量、该主井总出煤量、提升次数以及报警灯，界面3显示该主井每天出煤量构成的历史曲线图，界面4为查询界面。
（三）有益效果
本发明提供了一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，具备以下有益效果。
（1）、该一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，采用四组信号采集电路同时工作，提高了信号采集电路的精度和可靠性。
（2）、该一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，通过在电路开始工作时，进行电路校准，通过称重放大倍数分压电阻和皮重调节电路对本发明电路进行精密调节，并选择合适的放大倍数，提高了整个装置的测量精度。
（3）、该一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，设置有板载电压表，可以检测信号采集调理模块各节点电压的值，方便排查错误。也可以实时显示称重信号放大后的电压值，供用户查看。
（4）、该一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，控制器选用S7-200PLC，PLC具有抗干扰能力强、可靠性高、结构简单、通用性强、维护方便等特点。
（5）、该一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，选用TK6070IP触摸屏，采用EB8000Project Manager软件设计4个触摸屏界面。包括用户登录界面、每一次提升时和提升煤炭的总重量界面、每天出煤量历史曲线图界面和查询界面，达到了方便用户查询访问的目的。
附图说明
图1为本发明的运行示意图；
图2 本发明的精密仪器运算放大器电路原理图；
图3 本发明的斩波稳零运算放大器电路原理图；
图4本发明的称重放大倍数选择电路及皮重调节电路原理图；
图5本发明的输出电压标定电路原理图；
图6本发明的板载电压表电路原理图；
图7本发明的控制器PLC工作流程图。
附图标记说明：
1—传感器模块；1-1传感器单元；2—信号采集调理模块；2-1—超精密放大电路；2-2—变送器；2-3—测试校准电路；3—主控器模块； 3-1—扩展模块EM235；3-2—S7-200PLC主机；4—触摸屏；5—标准信号；6—编程工具。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，包括传感器模块1，传感器模块1连接有信号采集调理模块2，信号采集调理模块2的输出端连接有主控器模块3，主控器模块通信连接有触摸屏4，且触摸屏4依次设置有4个监控界面。传感器模块1选用压磁式传感器1-1。信号采集调理模块2包括防爆外壳、以及与压磁式传感器1-1输出连接的超精密放大电路2-1和与超精密放大电路2-1输出连接的变送器电路2-2，以及测试校准该信号采集调理模块2的测试校准电路2-3。主控器模块3包括防爆外壳、模拟量扩展模块EM235 3-1、控制器S7-200PLC3-2。
超精密放大电路2-1由精密仪器运算放大器2-1-1、斩波稳零运算放大器2-1-2组成，精密仪器运算放大器型号为LTC1043，斩波稳零运算放大器选型为LTC1052。
变送器电路2-2由称重放大倍数选择电路2-2-1、皮重调节电路2-2-2和输出电压标定电路2-2-3组成。
称重放大倍数选择电路2-2-1由运算放大器LT1013和LK1称重放大倍数选择开关组成。
皮重调节电路2-2-2由运算放大器LT1013、皮重细调旋钮VR1、皮重粗调选择拨码开关SW1-ON-OFF和SW2-ON-OFF、SW4-ON-OFF组成。皮重放大细调旋钮VR2、皮重放大粗调选择拨码开关SW3-ON-OFF和SW4-ON-OFF。
输出电压标定电路2-2-3由LT1013、LT1014运算放大器和PNP三极管8050组成。
测试校准电路2-3由电阻R54、电位器VR10和电阻R53构成的分压电路、输出电压标定电路2-2-3和板载电压表组成。板载电压表由A/D转换器ICL7106和液晶EDS803组成。
S7-200PLC 3-2设置为信号处理器，其模拟量采集接口选用S7-200PLC的扩展模块EM235 3-1。
触摸屏4作为人机交互工具，选用威纶通公司生产的TK6070IP触摸屏，采用EB8000Project Manager软件设计4个触摸屏界面。触摸屏4通过RS485基于PPI协议与S7-200PLC3-2进行数据传输，且S7-200PLC 3-2设置为主站，TK6070IP触摸屏4设置为从站。
TK6070IP触摸屏4设置有界面1、界面2、界面3和界面4，界面1设置为用户登录界面，界面2用于显示箕斗1每一次提升时和提升煤炭的总重量、箕斗2每一次提升时和提升煤炭的总重量、该主井总出煤量、提升次数以及报警灯，界面3显示该主井每天出煤量构成的历史曲线图，界面4为查询界面。
使用时，请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案一种煤矿立井箕斗称重与显示装置，本发明所用到的信号采集调理模块2和主控器模块3均设在防爆外壳中，信号采集调理模块供电电源为12V直流电压，PLC和触摸屏供电电源为24V直流电压。供电电源均做防尘防水防爆处理。
步骤一、参考图2-3所示，四组传感器单元1采集到信号送给超精密放大电路2-1。放大的信号分别为1-LC1、1-LC2、1-LC3、1-LC4。
步骤二、经超精密放大电路2-1放大的信号通过称重放大倍数分压电路2-2-1、皮重调节电路2-2-2、输出电压标定电路2-2-3，输出供S7-200 PLC 3-2的扩展模块EM235 3-1使用的信号。其中1-G为4路传感器单元信号叠加并经过LK1称重放大后输出的总信号。其中1-DP为变送器输出电压值。
步骤三、测试校准电路2-3是由R54、VR10和R53构成的分压电路、输出电压标定电路2-2-3和板载电压表组成。其中净信号1-N为分压电路的输出电压值。板载电压表由A/D转换器ICL7106和液晶EDS803组成。通过SW12拨码开关选择需要测试的各个节点的电压。其节点电压包括：1-LC1、1-LC2、1-LC3、1-LC4、1-G、1-N、1-T、1-DP。
步骤四、参考图5所示，信号采集调理模块2中变送器模块2-2输出的电压信号接入S7-200PLC 3-2扩展模块EM235 3-1中，将模拟量存入模拟量输入映像寄存器中，存储起始地址为AIW0，S7-200PLC 3-2即可处理输入信号。S7-200PLC 3-2将处理好的数据存储到存储器，并通过模拟量输出映像寄存器传给触摸屏4进行数据存储和显示。S7-200PLC 3-2与触摸屏4基于PPI协议进行数据传输。并设置触摸屏4为主站，S7-200PLC 3-2为从站。触摸屏4可多界面显示。
步骤五、采用EB8000 Project Manager软件设计触摸屏界面并通过PPI协议下载到触摸屏4中，将需要显示的数据在S7-200PLC 3-2中地址与界面中的元件相对应的，触摸屏4则可以显示S7-200PLC 3-2相应地址里的数据。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种煤矿井下称重与显示装置，其特征在于：包括传感器模块（1），所述传感器模块（1）连接有信号采集调理模块（2），所述信号采集调理模块（2）的输出端连接有主控器模块（3），所述主控器模块通信连接有触摸屏（4），且所述触摸屏（4）依次设置有4个监控界面。所述传感器模块（1）选用压磁式传感器（1-1）。所述信号采集调理模块（2）包括防爆外壳、以及与所述压磁式传感器（1-1）输出连接的超精密放大电路（2-1）和与超精密放大电路（2-1）输出连接的变送器电路（2-2），以及测试校准该信号采集调理模块（2）的测试校准电路（2-3）。所述主控器（3）模块包括防爆外壳、模拟量扩展模块EM235（3-1）、S7-200PLC（3-2）。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下称重与显示装置，其特征在于：所述超精密放大电路（2-1）由精密仪器运算放大器（2-1-1）、斩波稳零运算放大器（2-1-2）组成，所述精密仪器运算放大器型号为LTC1043，所述斩波稳零运算放大器选型为LTC1052。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下称重与显示装置，其特征在于：所述变送器电路（2-2）由称重放大倍数选择电路（2-2-1）、皮重调节电路（2-2-2）和输出电压标定电路（2-2-3）组成。
4.根据权利要求3所述的一种煤矿井下称重与显示装置，其特征在于：所述称重放大倍数选择电路（2-2-1）由运算放大器LT1013和LK1称重放大倍数选择开关组成。
5.根据权利要求3所述的一种煤矿井下称重与显示装置，其特征在于：所述皮重调节电路（2-2-2）由运算放大器LT1013、皮重细调旋钮VR1、皮重粗调选择拨码开关SW1-ON-OFF和SW2-ON-OFF、SW4-ON-OFF组成。皮重放大细调旋钮VR2、皮重放大粗调选择拨码开关SW3-ON-OFF和SW4-ON-OFF。
6.根据权利要求3所述的一种煤矿井下称重与显示装置，其特征在于：所述输出电压标定电路（2-2-3）由LT1013、LT1014运算放大器和PNP三极管8050组成。
7.根据权利要求1所述的一种煤矿井下称重与显示装置，其特征在于：所述测试校准电路（2-3）由电阻R54 、电位器VR10和电阻R53构成的分压电路、输出电压标定电路（2-2-3）和板载电压表组成。所述板载电压表由A/D转换芯片ICL7106和液晶EDS803组成。
8.根据权利要求1所述的一种煤矿井下称重与显示装置，其特征在于：所述S7-200PLC（3-2）设置为信号处理器，其模拟量采集接口选用S7-200PLC（3-2）的扩展模块EM235（3-1）。
9.根据权利要求1所述的一种煤矿井下称重与显示装置，其特征在于：所述触摸屏（4）作为人机交互工具，选用威纶通公司生产的TK6070IP触摸屏，采用EB8000 ProjectManager软件设计4个触摸屏界面。所述触摸屏（4）通过RS485基于PPI协议与所述S7-200PLC（3-2）进行数据传输，且所述S7-200PLC（3-2）设置为主站，所述TK6070IP触摸屏（4）设置为从站。
10.根据权利要求9所述的一种煤矿井下称重与显示装置，其特征在于：所述TK6070IP触摸屏（4）设置有界面1、界面2、界面3和界面4，所述界面1设置为用户登录界面，所述界面2用于显示箕斗1每一次提升时和提升煤炭的总重量、箕斗2每一次提升时和提升煤炭的总重量、该主井总出煤量、提升次数以及报警灯，所述界面3显示该主井每天出煤量构成的历史曲线图，所述界面4为查询界面。
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