CN203938345U - 基于单片机和can总线通讯的矿用提升机信号装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置。针对现有提升机信号设备性价比不高，抗干扰能力不强的问题，设计了一种采用嵌入式单片机和CAN总线通讯技术的矿山运输提升机信号装置。包括车房信号箱、上井口信号箱和水平信号箱，各信号箱之间利用CAN总线进行信号传输。上井口信号箱通过通讯电缆连接1至31台水平信号箱，接收水平发送来的信号，并连接车房信号箱，将提升方式和转发的提升信号传给车房信号箱，实现提升机沿线各水平与上井口及提升机车房之间信号发送、显示和闭锁等功能。该装置具有结构简单，成本低廉，工作可靠等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种矿山运输提升机信号控制装置，属于矿山提升设备技术领域。
背景技术
矿井提升机是联系矿山井上和井下的“ 咽喉” 设备, 主要用于提运煤炭和煤矸石、运送物料、提升人员和设备。矿井提升机信号系统是矿井提升机的重要组成部分，提升机的运行全靠信号系统的信号发出。矿井提升机信号系统的可靠性和准确性是矿井提升和安全运输的重要保证。《煤矿安全规程》第393条规定每一提升装置，必须装有从井底发给井口信号工和从井口信号工发给绞车司机的信号装置。
目前，国内提升机信号主要有以下两种控制方式：一种是利用PLC作为主控进行信号处理和传送的装置；另一种是利用单片机作为主控进行信号处理和传送的装置。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC具有可靠性高，功能完善，适用性强，维护方便的特点，但是对于提升机信号这种技术成熟、简单的系统，PLC较高的价格使得采用PLC作为主控信号系统性价比不高。有很多使用PLC的信号系统只在上井口配一套PLC，车房和沿线各水平信号箱均通过电缆传给上井口PLC，这就需要用到大量多芯电缆，进一步降低了其性价比。而利用单片机作为主控的信号装置具有声光兼备、汉字显示、数字存储、故障诊断、安全闭锁保护等特点。但由于矿山工作环境恶劣,各种电机尤其是变频器的频繁启动与运行引起的电磁干扰以及电网的不稳定,对通讯信号和通讯装置都有较大的影响。
发明内容
为克服现有提升机信号系统的不足，本实用新型提供了一种基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置，该装置既能满足提升机运行需要的信号、闭锁、显示等功能，又节约元件成本和电缆成本，同时还安全可靠，使用简便。
本实用新型所采用的技术方案是：一种基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置，由上井口信号箱（1）、车房信号箱(2)和1至31台水平信号箱(3)组成。上井口信号箱（1）通过通讯电缆（4）连接水平信号箱（3），接收水平分站发送上来的信号，并连接车房信号箱（2），将提升方式和转发的提升信号传给车房信号箱（2），实现提升机沿线各水平分站与上井口及提升机车房之间信号发送、显示和闭锁等功能。
所述上井口信号箱包括上井口主机模块（101）、上井口扩展模块（102）、上井口信号显示屏（103）、指示灯和音响喇叭（104）、按钮（105）和闭锁接口（106）。
上井口主机模块（101）由STM32嵌入式单片机（107）、开关量输入通道（110）、开关量输出通道(111)、CAN总线通讯接口（108）、5位地址拨码（109）和1个扩展接口（112）组成。上述通道和接口与单片机一起集成在上井口主机模块（101）中。开关量输入通道（110）连接上井口信号箱上相对应的按钮（105）和闭锁接口（106）；开关量输出通道（111）连接显示屏（103）上相对应的指示灯和音响喇叭（104）；CAN总线通讯接口（108）连接车房分站模块和所有水平分站模块，实现各分站之间的相关数据交换；5位地址拨码（109）用来设置水平分站的数量；扩展接口（112）一端连接STM32嵌入式单片机（107），另一端连接上井口扩展模块（102）的扩展接口（113），负责建立STM32嵌入式单片机（107）与上井口扩展模块的输入/输出通道的连接。
上井口扩展模块（102）包括开关量输入通道（114）、开关量输出通道（115）和扩展接口（113）。开关量输入通道（114）用于紧急时上井口取消闭锁功能；开关量输出通道（115）用来连接上井口接收到的水平信号及水平分站通讯故障地址编码。扩展接口（113）一端连接开关量输入、输出通道，另一端连接上井口主机模块（101）的扩展接口（112），负责建立输入、输出通道与上井口主机模块的STM32嵌入式单片机的连接。
上井口信号显示屏（103）连接上井口主机模块（101）和上井口扩展模块（102）的开关量输出通道，用来显示提升信号、提升方式、信号发送方式、信号发送地址等。
所述车房信号箱（2）包括车房分站模块（201）、车房信号显示屏（203）、指示灯和音响喇叭（204）、按钮（205）和闭锁接口（206）。
车房分站模块(201)由STM32嵌入式单片机（202）、开关量输入通道（207）、开关量输出通道（208）和CAN总线通讯接口（209）组成。上述通道和接口与单片机一起集成在车房分站模块中。开关量输入通道（207）连接车房信号箱上对应的按钮（205）；开关量输出通道（208）连接显示屏（203）上对应的指示灯和音响喇叭（204）以及闭锁接口（206）；CAN总线通讯接口（209）连接上井口主机模块。
车房信号显示屏（203）连接车房分站模块的开关量输出通道（208），车房信号显示屏显示提升信号、提升方式、信号发送方式、信号发送地址等。
所述水平信号箱（3）包括水平分站模块（301）、水平信号显示屏（303）、指示灯和音响喇叭（304）、按钮（305）、闭锁接口（306）和信号输出接点（307）。
水平分站模块（301）由STM32嵌入式单片机（302）、开关量输入通道（308）、开关量输出通道（309）、CAN总线通讯接口（310）和5位地址拨码（311）组成。上述通道和接口与单片机一起集成在水平分站模块（301）中。开关量输入通道（308）连接水平信号箱上对应的按钮（305）和闭锁接口（306）；开关量输出通道（309）连接显示屏（303）上对应的指示灯和音响喇叭（304）以及信号输出接点（307）；5位地址拨码（311）用来设置本水平分站的地址；CAN总线通讯接口（310）连接上井口主机模块。
在典型的实施方式中，所述上井口信号箱（1）通过按钮选择好提升方式、信号发送方式并且闭锁条件全部满足以后，各水平信号箱（3）都可以发送提升信号。但是某一水平信号箱发出提升信号后，其它水平就不能再发出提升信号，此水平提升信号只能发到上井口信号箱（1），然后上井口信号箱（1）才能向车房信号箱（2）转发来自水平信号箱（3）的相同信号，当上井口信号箱（1）未接到水平信号箱（3）发来的开车信号时，则不能向车房信号箱（2）发出提升信号；提升信号包括“信号2”、“信号3”、“信号4”、“信号5”，某一水平发出其中一个提升信号后，就不能再发出其它信号，除非通过打“停止信号”复位。
进一步，某一水平信号箱（3）的开关量输入通道接收到按钮发出的提升信号后，该水平分站模块（301）有提升信号、信号发送地址等信号的输出，并伴有两下音响输出脉冲；其它各水平分站模块的输出状态与该水平一样；上井口主机模块（101）通过CAN总线通讯接口（108）接收到来自该水平分站模块（301）的信号以后，有与之相同的水平提升信号、信号发送地址等信号的输出，并伴有两下音响输出脉冲；车房分站模块（201）有信号发送地址输出。
在上述状态下，即上井口主机模块（101）接收到水平分站模块（301）的信号后，如果上井口主机模块（101）的开关量输入通道（110）接收到上井口信号箱相同的提升信号按钮（105）的输入信号，上井口主机模块（101）将增加本地提升信号等信号输出，并再次伴有两下音响输出脉冲，同时车房分站模块（201）增加相应的提升信号输出，并伴有两下音响输出脉冲。
更进一步，当各水平信号箱（3）或上井口信号箱（1）按下信号停止按钮以后，所有信号箱显示屏上的提升信号、信号发送地址等输出均消失，所有信号箱都有一下音响脉冲输出。
本实用新型的有益效果是：采用CAN总线网络，5Kbs下无中继传输距离3000米，具有抗干扰性强，对变频器干扰不敏感的特点，在目前矿山运输用提升机普遍使用变频器控制的情况下，稳定可靠的通讯能够保障提升机持续安全的运转；由于采用嵌入式单片机技术，结构简单，性价比高；同时，通讯模块经过特殊的处理，抗湿热性好，能够更好的满足矿井恶劣环境的要求。因此，本实用新型对于矿山运输用提升机，尤其是作为现场条件较差的井下提升设备的配套信号装置具有广泛的适用性和经济性，为低成本提升信号市场的扩展提供可靠的技术支持。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型上井口信号箱组成及连接示意图。
图2为本实用新型车房信号箱组成及连接示示意图。
图3为本实用新型水平信号箱组成及连接示示意图。
图4为本实用新型信号装置设备关联示意图。
图1中：101. 上井口主机模块，102.上井口扩展模块，103.上井口信号显示屏，104.指示灯和音响喇叭，105.按钮，106.闭锁接口，107. STM32嵌入式单片机，108.CAN总线通讯接口，109. 5位地址拨码，110. 开关量输入通道，111. 开关量输出通道，112. 扩展接口，113. 扩展接口，114. 开关量输入通道，115. 开关量输出通道。
图2中：201. 车房分站模块，202. STM32嵌入式单片机，203.车房信号显示屏，204.指示灯和音响喇叭，205.按钮，206.闭锁接口，207.开关量输入通道，208.开关量输出通道，209.CAN总线通讯接口。
图3中：301. 水平分站模块，302. STM32嵌入式单片机，303.水平信号显示屏，304.指示灯和音响喇叭，305.按钮，306.闭锁接口，307. 信号输出接点，308.开关量输入通道，309.开关量输出通道，310.CAN总线通讯接口，311. 5位地址拨码。
图4中：1. 上井口信号箱，2.车房信号箱，3. 水平信号箱，4.通讯电缆，5.电源信号电缆。
具体实施方式
基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置包括：车房信号箱、上井口信号箱、水平信号箱和通讯电缆。该装置采用嵌入式单片机和CAN总线网络通讯技术实现矿山运输提升机信号的传输。上井口信号箱连接至少一台水平信号箱，将提升方式传给水平信号箱，并接收水平发送上来的信号；上井口信号箱连接车房信号箱，将提升方式和转发的提升信号传给车房信号箱，实现提升机沿线各水平与上井口及提升机车房信号发送、显示和闭锁等功能。
在图1中，STM32嵌入式单片机（107）、CAN总线通讯接口（108）、5位地址拨码（109）、开关量输入通道（110）、开关量输出通道（111）和扩展接口（112）一起集成在上井口主机模块（101）中。为了弥补上井口主机模块（101）输入/输出接口的不足，将上井口扩展模块（102）通过专用连接线把扩展接口（113）与上井口主机模块扩展接口（112）连接起来。按钮（105）和闭锁接口（106）通过内部电路与上井口主机模块（101）的开关量输入通道（110）及上井口扩展模块（102）的开关量输入通道（114）相连，用来向STM32嵌入式单片机（107）输入提升信号、提升方式和闭锁信号等命令。上井口信号显示屏（103）、指示灯和音响喇叭（104）通过内部电路与上井口主机模块（101）的开关量输出通道（111）及上井口扩展模块（102）的开关量输入通道（115）相连，能够执行STM32嵌入式单片机（107）发出的打点命令及显示相应的提升信号、提升方式等信号。CAN总线通讯接口（108）分别与车房信号箱和水平信号箱的CAN总线通讯接口通过通讯电缆连接，并进行相应的数据交换。地址拨码（109）用于设置连接的水平信号箱的数量。
在图2中，STM32嵌入式单片机（202）、CAN总线通讯接口（209）、开关量输入通道（207）和开关量输出通道（208）一起集成在车房分站模块（201）中。按钮（205）通过内部电路与车房分站模块（201）的开关量输入通道（207）相连，用来向STM32嵌入式单片机（202）发复位信号等命令。车房信号显示屏（203）、指示灯和音响喇叭（204）通过内部电路与车房分站模块（201）的开关量输出通道（208）相连，执行STM32嵌入式单片机（202）发出的打点命令及显示相应的提升信号、提升方式等信号。CAN总线通讯接口（209）与上井口信号箱的CAN总线通讯接口通过通讯电缆连接，接收来自上井口的提升信号、提升方式等信号。开关量输出通道（208）与闭锁接口（206）相连，用于将提升信号、提升方式等信号传给提升机电控系统。
在图3中，STM32嵌入式单片机（302）、CAN总线通讯接口(310)、开关量输入通道(308)、开关量输出通道(309)和5位地址拨码(311)一起集成在水平分站模块(301中)。按钮(305)和闭锁接口(306)通过内部电路与水平分站模块(301)的开关量输入通道(308)相连，用来向STM32嵌入式单片机(302)输入提升信号和闭锁信号等命令。水平信号显示屏(303)、指示灯和音响喇叭(304)通过内部电路与水平分站模块(301)的开关量输出通道(309)相连，执行STM32嵌入式单片机(302)发出的打点命令及显示相应的提升信号、提升方式等信号。CAN总线通讯接口(310)与上井口信号箱的CAN总线通讯接口通过通讯电缆连接，用于接收来自上井口的提升信号、提升方式等信号。5位地址拨码(311)用来设置本水平分站的地址。
图4是本实用新型信号装置的设备关联示意图。图中上井口信号箱(1)通过通讯电缆(4)和电源信号电缆(5)连接1至31台水平信号箱(3)，接收水平信号箱(3)发送上来的提升信号；上井口信号箱(1)通过通讯电缆(4)和电源信号电缆(5)连接车房信号箱(2)，将上井口转发的来自与水平信号箱(3)所发的相同的提升信号传给车房信号箱(2)，实现提升机沿线各水平与上井口及提升机车房之间信号发送、显示和闭锁等功能。除了信号发送与转发功能外，上井口信号箱(1)还能选择提升方式如：提人、提物或检修；能够选择信号发送方式如：直发或转发；并在自身显示屏上显示。同时，还能够通过通讯模块将上述数据传给车房信号箱(2)和水平信号箱(3)，车房信号箱(2)和水平信号箱(3)分别在显示屏上显示上述信息并参与相应的程序闭锁。
Claims (7)
1.一种基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置，包括上井口信号箱(1)、车房信号箱(2)和1至31台水平信号箱(3)，其特征是：上井口信号箱（1）通过CAN总线通讯接口与车房信号箱（2）和水平信号箱（3）连接，并传输与提升机相关的信号。
2.根据权利要求1所述的基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置，其特征在于：所述上井口信号箱(1)包括上井口主机模块、上井口扩展模块、信号显示屏、指示灯和音响喇叭、按钮和闭锁接口， 上井口主机模块通过信号线分别与上井口扩展模块、信号显示屏、指示灯和音响喇叭、按钮和闭锁接口相连，信号显示屏与上井口扩展模块相连。
3.根据权利要求2所述的基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置，其特征在于：所述的上井口主机模块由STM32嵌入式单片机、开关量输入通道、开关量输出通道、CAN总线通讯接口、5位地址拨码和1个扩展接口组成，上述通道和接口与STM32嵌入式单片机一起集成在上井口主机模块中。
4.根据权利要求1所述的基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置，其特征在于：所述车房信号箱(2) 包括车房分站模块、信号显示屏、指示灯和音响喇叭、按钮和闭锁接口，车房分站模块通过信号线分别与信号显示屏、指示灯和音响喇叭、按钮和闭锁接口相连。
5.根据权利要求4所述的基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置，其特征在于：所述车房分站模块由STM32嵌入式单片机、开关量输入通道、开关量输出通道和CAN总线通讯接口组成，上述通道和接口与STM32嵌入式单片机一起集成在车房分站模块中。
6.根据权利要求1所述的基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置，其特征在于：所述水平信号箱(3)包括水平分站模块、信号显示屏、指示灯和音响喇叭、按钮、闭锁接口和信号输出接点，水平分站模块通过信号线分别与信号显示屏、指示灯和音响喇叭、按钮、闭锁接口和信号输出接点相连。
7.根据权利要求6所述的基于单片机和CAN总线通讯的矿用提升机信号装置，其特征在于：所述水平分站模块由STM32嵌入式单片机、开关量输入通道、开关量输出通道、5位地址拨码和CAN总线通讯接口组成，上述通道和接口与STM32嵌入式单片机一起集成在水平分站模块中。
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|---|---|---|---|---|
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2014
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