CN202734939U - 一种钢丝绳寿命自动报警仪 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种钢丝绳寿命自动报警仪，用户通过拉力设定仪设定拉力上限值，当钢丝绳有挂重时，液压传感器将钢丝绳的挂重信号转化成了4-20mA标准电流，此电流通过电阻R2及集成运算放大器LM258转化成电压信号，此信号经过无源滤波器滤波，在单片机控制下，通过A/D转化器对滤波后的电压信号进行采集，把此电压值转变成数字量，由此数字量计算出相应的拉力值，如果达到此上限，则系统的报警蜂鸣器和报警LED就会发出报警信号并亮灯，从而提醒工作人员及时更换新绳。用户可以通过按键和数码管显示功能设定钢丝绳的上限报警值；采用光电隔离技术进行处理，有效的抑制了脉冲信号对单片机系统的影响；该报警仪还能通过数码管显示安全运行时间。

Description

一种钢丝绳寿命自动报警仪
技术领域
本实用新型属于钢丝绳寿命检测技术领域，尤其涉及一种钢丝绳寿命自动报警仪。
背景技术
钢丝绳是由多种钢丝捻制成的一种成品，它是现代工业的主要机件之一，在矿山和石油钻井工业中负担着极为重要的任务。而在使用中引起的各种损伤是降低钢丝绳的寿命的主要因素，其中机械损伤是钢丝绳得主要损伤之一，主要表现为磨损、断丝、过载、锈蚀等等，由此引发的断绳事故也屡见不鲜，造成巨大的经济损失。
实用新型内容
本实用新型提供了一种钢丝绳寿命自动报警仪，此仪器是根据国际上对钢丝绳寿命的衡量标准，即对钻井用的钢丝绳的行程重量积(类似于做的功)进行累加积分，当该累加和达到一定的寿命极限值时，能够进行声光报警。
本实用新型是这样实现的，一种钢丝绳寿命自动报警仪，所述钢丝绳寿命自动报警仪包括：
具有按键和数码管显示功能，使用者可以设定钢丝绳的上限报警值功能，并可对电源的供电情况进行LED指示，对报警情况进行LED指示和声音报警的拉力设定仪；
用于将钢丝绳的挂重转化成4-20mA标准电流的液压传感器；
用于通过电阻将电流信号转化为电压信号的电压转化器；
用于将电压转化器转化的电压信号滤波，来抑制高频噪声干扰的无源滤波器；
用于控制A/D转化器对钢丝绳的挂重信号进行采集，并转化成数字量的单片机；
用于采集信号并转化为数字量的A/D转换器；
用于对危险情况进行报警的报警蜂鸣器和报警LED。
进一步，所述钢丝绳寿命自动报警仪采用的是能采集的电压最大值是2.2V电压转化器。
进一步，所述单片机选用的是集成微控制器C8051F410。
进一步，所述报警蜂鸣器选用的是自激式音乐蜂鸣器，采用PNP三极管S9012驱动；报警LED(DS4)同样采用的是S9012驱动。
本实用新型提供的钢丝绳寿命自动报警仪，在系统上电启动后，首先数码管闪烁用于测试数码管是否完好，然后处于0000状态，用户通过拉力设定仪1设定拉力上限值，当钢丝绳有挂重时，液压传感器2将钢丝绳的挂重信号转化成了4-20mA标准电流，此电流通过电阻R2及集成运算放大器LM258转化成电压信号，此信号经过“П”型无源滤波器4滤波，在单片机5控制下，通过A/D转化器6对滤波后的电压信号进行采集，把此电压值转变成数字量(如：80.2-2045)，由此数字量计算出相应的拉力值，此拉力值与用户设定的拉力上限报警值进行对比，如果达到此上限，则系统的报警蜂鸣器和报警LED 7就会发出报警信号并亮灯，从而提醒工作人员及时更换新绳，做到提前排出安全隐患的作用。用户可以通过按键和数码管显示功能设定钢丝绳的上限报警值，具有良好的人机交互功能；具有三重掉电保护设计；采用光电隔离技术进行处理，有效的抑制了脉冲信号对单片机系统的影响；系统不仅能通过报警蜂鸣器和报警LED对危险状态进行报警，同时还能通过数码管显示安全运行时间。
附图说明
图1是本实用新型提供的钢丝绳寿命自动报警仪的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示出了本实用新型提供的钢丝绳寿命自动报警仪的结构。为了便于说明，仅仅示出了与本实用新型相关的部分。
该钢丝绳寿命自动报警仪的结构包括：
拉力设定仪1，具有按键和数码管显示功能，在数码管的提示下，使用者可以设定钢丝绳的上限报警值，并可对电源的供电情况进行LED指示，对报警情况进行LED指示和声音报警。
液压传感器2，用于将钢丝绳的挂重转化成4-20mA标准电流。
电压转化器3，用于通过电阻将电流信号转化为电压信号。
能采集的电压最大值是2.2V，故R＝2.2/20＝110Ω，此电阻选择的是热温度系数低，精度为0.1％，功率为0.25W的精密电阻。
无源滤波器4，用于将电压转化器3转化的电压信号滤波，来抑制高频噪声干扰。
单片机5，用于控制A/D转化器5对钢丝绳的挂重信号进行采集，并转化成数字量。
单片机选用的是功能强大的集成微控制器C8051F410，它是CIP-51内核，精简指令集，流水操作，代码执行速度快；片上资源丰富，使用方便，抗干扰性能强，带有DEBUG接口，利用集成开发环境IDE开发、调试非常简单；单片机程序采用C语言设计，通过编译、连接生成目标文件下载到单片机的FLASH代码存储器中；程序设计采用模块化结构，简单易读。
A/D转换器6，用于采集信号并转化为数字量。
报警蜂鸣器和报警LED 7，用于对危险情况进行报警。
报警蜂鸣器选用的是自激式音乐蜂鸣器，采用PNP三极管S9012驱动；报警LED(DS4)同样采用的是S9012驱动。
在系统上电启动后，首先数码管闪烁用于测试数码管是否完好，然后处于0000状态，可以进行以下操作：(1)按一下键“上”会显示X.XXX如1.892，它表示现在实际累加值是，同时累加值指示灯DS6亮；再按键“下”同样的格式显示用户的设定值，设定值指示等DS5亮；(2)按“menu”，设定值灯DS5亮，数码管显示AA00，提示用户输入两位数“x”，通过“左”“右”“上”“下”键输入完成后按“ok”。这样“x”就被输入进去了，同样方式，按“menu”，显示BB00，这提示用户再输入“y”。那么设定值为；(3)按“clr”键，将进行设定值和累加值的复位，设定值复位为78，查询时显示为1.892，累加值设定为2，查询值显示为0.301；(4)按“rst”键会把数码管显示部分关掉，以节省电量。当按其它功能键时，系统输入、查询等功能会被自动激活。
用户通过拉力设定仪1设定拉力上限值，当钢丝绳有挂重时，液压传感器2将钢丝绳的挂重信号转化成了4-20mA标准电流，此电流通过电阻R2及集成运算放大器LM258转化成电压信号，此信号经过“П”型无源滤波器4滤波，在单片机5控制下，通过A/D转化器6对滤波后的电压信号进行采集，把此电压值转变成数字量(如：80.2-2045)，由此数字量计算出相应的拉力值，此拉力值与用户设定的拉力上限报警值进行对比，如果达到此上限，则系统的报警蜂鸣器和报警LED 7就会发出报警信号并亮灯。
在单片机运行的过程中，为了防止因供电暂时中断，使以前的累加数据和丢失，该系统设计了三重保护。整体供电设计成两种方案，一是当市电正常时，通过变压器给系统提供电源，当突然停电时，系统无延时的自动切换为干电池供电；为了更加保险，系统会每过2分钟向内部数据RAM中保存累加值，而且系统还具有电压检测功能，在检测到供电电压VDD下降时就会自动利用锂电池电路给RAM供电，对存入此RAM的重要数据进行数据的保护，待到系统再次上电稳定后，取出RAM的数据并依此为基础继续运行。
钢丝绳的行程被转化为脉冲信号，此脉冲信号的电平电压可能会高于5V，而该单片机只能对5V的脉冲信号进行采集，为了进行隔离保护和电平转换，在采集这个脉冲信号之前，采用光电隔离技术进行处理。器件选择TLP521-1，内有一路光电隔离电路，输入端的典型前向电流If＝16mA，故要根据输入电平的高低计算限流电阻：R＝Vcc/I＝(12-1.15)/10＝1K，输出侧为三极管，当检测到低电平时，输入侧为高电平，当检测到高电平时，输入侧为低电平。上拉电阻R＝VDD/I＝2.5/1＝2.2K(为了减少电流选5K)与单片机的P0.0口相接，P0.0口也是内部计数器的输入口，可以对脉冲信号进行计数，再通过标度变换，这样就能够得到实际的行程信号。
本实用新型实施例提供的钢丝绳寿命自动报警仪，在系统上电启动后，首先数码管闪烁用于测试数码管是否完好，然后处于0000状态，用户通过拉力设定仪1设定拉力上限值，当钢丝绳有挂重时，液压传感器2将钢丝绳的挂重信号转化成了4-20mA标准电流，此电流通过电阻R2及集成运算放大器LM258转化成电压信号，此信号经过“П”型无源滤波器4滤波，在单片机5控制下，通过A/D转化器6对滤波后的电压信号进行采集，把此电压值转变成数字量(如：80.2-2045)，由此数字量计算出相应的拉力值，此拉力值与用户设定的拉力上限报警值进行对比，如果达到此上限，则系统的报警蜂鸣器和报警LED7就会发出报警信号并亮灯，从而提醒工作人员及时更换新绳，做到提前排出安全隐患的作用。
用户可以通过按键和数码管显示功能设定钢丝绳的上限报警值，具有良好的人机交互功能；具有三重掉电保护设计；采用光电隔离技术进行处理，有效的抑制了脉冲信号对单片机系统的影响；系统不仅能通过报警蜂鸣器和报警LED对危险状态进行报警，同时还能通过数码管显示安全运行时间。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种钢丝绳寿命自动报警仪，其特征在于，所述钢丝绳寿命自动报警仪包括：
具有按键和数码管显示功能，设定钢丝绳的上限报警值功能，并可对电源的供电情况进行LED指示，对报警情况进行LED指示和声音报警的拉力设定仪；
用于将钢丝绳的挂重转化成4-20mA电流的液压传感器；
用于通过电阻将电流信号转化为电压信号的电压转化器；
用于将电压转化器转化的电压信号滤波，来抑制高频噪声干扰的无源滤波器；
用于控制A/D转化器对钢丝绳的挂重信号进行采集，并转化成数字量的单片机；
用于采集信号并转化为数字量的A/D转换器；
用于对危险情况进行报警的报警蜂鸣器和报警LED。
2.如权利要求1所述钢丝绳寿命自动报警仪，其特征在于，所述钢丝绳寿命自动报警仪采用的是能采集的电压最大值是2.2V电压转化器。
3.如权利要求1所述钢丝绳寿命自动报警仪，其特征在于，所述单片机选用的是集成微控制器C8051F410。
4.如权利要求1所述钢丝绳寿命自动报警仪，其特征在于，所述报警蜂鸣器选用的是自激式音乐蜂鸣器，采用PNP三极管S9012驱动；报警LED采用的是S9012驱动。
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