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、程序存贮器、数据存贮器、并行I/O接口、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、程序存贮器、数据存贮器、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贮器、数据存贮器、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。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: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。
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。
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机的串行口多是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。