井下巷道斷面瞬時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種能避免人與危險環(huán)境接觸，測量精度大大提高的瞬時巷道斷面監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由PLC224XP作為主控器，連接步進電機驅(qū)動器，通過步進電機驅(qū)動器控制步進電機的旋轉(zhuǎn)，步進電機旋轉(zhuǎn)的同時會帶動脈沖式激光測距儀的旋轉(zhuǎn)，PLC內(nèi)部的兩個高速計數(shù)器發(fā)出頻率不同的脈沖，最終實現(xiàn)了瞬時的斷面面積測量及監(jiān)測的功能。該系統(tǒng)的上位機能精確瞬時地顯現(xiàn)斷面的面積，這對研究通風阻力測定中巷道巷道斷面值及變化規(guī)律有重要的意義。
【專利說明】井下巷道斷面瞬時監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤礦安全領(lǐng)域，是一種礦井通風領(lǐng)域的高精度的巷道斷面監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于礦井復雜的地質(zhì)構(gòu)造以及礦山壓力等客觀條件的影響，巷道斷面很容易產(chǎn)生 變形，由于變形的不規(guī)則性，對礦井井巷風量的分配造成影響。過去我們所使用的巷道斷面 測量都是人工測量，需要大量人力、物力，費時費力，又測量不準，存在誤差。斷面的變化不 僅是礦井通風風阻計算的重要參數(shù)，也是研究礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律的重要參數(shù)。急需一種能 精確地測量巷道在不同時刻的斷面面積的監(jiān)測系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述情況，本發(fā)明的目的就是在于提供一種不需要大量人力、物力，省時省 力，又能準確快速地觀測到巷道斷面面積及變化的系統(tǒng)。它能精確地測出各個時間段的面 積，乃至瞬時的面積。通過上位機能得出巷道斷面的變化規(guī)律。
[0004] 本發(fā)明利用pic Cpu224xp作為主控器，首先設(shè)置好1號高速計數(shù)器的脈沖頻率 初步設(shè)為6400個/s，2號高速計數(shù)器的脈沖頻率設(shè)置為3200個/s。把模式選擇為單速 連續(xù)旋轉(zhuǎn)模式，然后在配置向?qū)瓿珊笳{(diào)用功能塊ΡΤ0χ/_ΜΝ發(fā)送無限脈沖，這樣在發(fā)送 脈沖的過程中可以實時更改。計數(shù)器發(fā)脈沖后通過步進電機驅(qū)動器來控制步進電機的旋 轉(zhuǎn)，步進電機選用兩相混合式步進電機，并且步進電機步進角選為四細分式的。發(fā)送第一 個脈沖時步進電機旋轉(zhuǎn)，同時2號高速計數(shù)器發(fā)送脈沖帶動激光測距儀激光測距儀開始測 距，安裝在步進電機的脈沖計數(shù)裝置也會記錄脈沖個數(shù)。發(fā)送第二個脈沖時步進電機旋 轉(zhuǎn)，但是不控制脈沖式測距儀測距，當發(fā)出第三個脈沖時測距儀測下距離。依次類推5、7、 9、............. l+2n個脈沖時，同時把測量的距離送到pic中通過數(shù)學指令算出面積通過以 太網(wǎng)送到上位機。上位機可以通過系統(tǒng)時鐘記錄每隔1/8秒時刻的面積。并且當巷道變形 時壓力傳感器會把微弱的變化傳到上位機發(fā)出報警。
[0005] 此井下巷道斷面瞬時監(jiān)測系統(tǒng)真正做到瞬時，精確測量面積，方便的觀測巷道斷 面的面積變化情況，最重要的是避免人與非安全環(huán)境的直接接觸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 上文所述的本發(fā)明發(fā)明的方面以及其他特征將在下文中結(jié)合相關(guān)附圖進行說明
[0007] 圖1是井下巷道斷面面積瞬時檢測系統(tǒng)電氣原理圖
[0008] 圖2是井下巷道斷面面積瞬時檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖
[0009] 圖3是井下巷道斷面面積瞬時檢測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)流程圖

【具體實施方式】
[0010] 在井下巷道斷面面積瞬時檢測系統(tǒng)中，歸零按鈕（22)、電機啟動按鈕（23)、電機 停止按鈕（24)、電機傳感器開關(guān)（25)、脈沖測距儀開關(guān)（26)分別連接在PLCcpu224XP(18) 的輸入端，并且它們要共同接通DC24V(28).電機傳感器（35)由傳感器開關(guān)（25)控制，礦 用脈沖式激光測距儀（38)由測距儀開關(guān)（26)控制。電機傳感器（35)要上拉240 Ω然后 由24V開關(guān)電源（37)供電。礦用本安型智能壓力傳感器（32)通過DC10V變送器（31)和 模擬量輸入點M(29)、A+(30)連通。SH-2024步進電機驅(qū)動器（1)由DC24V開關(guān)電源供電， 開關(guān)電源和化(3(2)端相連，驅(qū)動器通過4+(4)、4-(5)、8+(6)、8-(7)四個接口控制步進電 機的運行.共陽端0PT0(8)接到DC5V(15)陽極，Vcc-(3)接到陰極。PLC與驅(qū)動模塊相連 時當PLC輸出低電平時不能將驅(qū)動模塊電平拉低，故在EN- (42)，DIR- (13)下拉200 Ω (14)， 同時DIR-(13)接到Q0·0(19)，DIR(9)，CP(11)下拉3KΩ(17)接到24VDC(16)上，F(xiàn)REE(10) 接地，CP-(12)接到Q0. 2(20)上。PLC通過這一部分連接驅(qū)動器然后間接控制兩相混合步 進電機（40)。激光測距儀由24V開關(guān)電源（37)供電，PLC通過Q0. 7控制繼電開關(guān)（39) 的開合，由于步進電機選擇為兩相四細分式，所以其步進角為0. 45度。1號高速計數(shù)器設(shè) 置的電機加速時間和減速時間都為500ms.當加速到目標速度是，1號計數(shù)器發(fā)送第一個脈 沖時步進電機旋轉(zhuǎn)。同時，2號計數(shù)器發(fā)送第一個脈沖接通繼電開關(guān)帶動測距儀測距，當1 號高速計數(shù)器旋轉(zhuǎn)〇. 9度時，即發(fā)出了兩個脈沖后，此時2號計數(shù)器已經(jīng)發(fā)出了一個脈沖， 此時測得的距離為a.當1號高速計數(shù)器發(fā)出第三個脈沖時，2號計數(shù)器發(fā)出第二個脈沖， 等到1號計數(shù)器準備發(fā)出第五個脈沖時，也就是2號計數(shù)器準備發(fā)出第三個脈沖時測得距 離為b，把所測得到的數(shù)據(jù)送到plc，運用數(shù)學公式S=l/2ab0，這里的 0為0.9°。這樣 每隔0. 125s面積都會有個面積算出來。同時PLC通過通信模塊CP243-1 (34)連接上位機 (33)，上位機通過工業(yè)以太網(wǎng)連接到此系統(tǒng)然后進行實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測。
[0011] 在井下巷道斷面面積瞬時檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程中，PLCcpu224XP(18)會發(fā)出脈沖傳 送到SH-2024步進電機驅(qū)動器（1)，進而控制兩相混合式步進電機運轉(zhuǎn)（40)，此時礦用脈沖 式激光測距儀（38)已經(jīng)接收到PLC的另外一個計數(shù)器發(fā)出的脈沖并且在步進電機的帶動 下一起轉(zhuǎn)動。本安型智能壓力傳感器（32)會把接收到模擬信號傳到PLC，PLC系統(tǒng)時鐘指 令會記錄下時間，這樣更有助于上位機（33)研究斷面的變化規(guī)律。
[0012] 在井下巷道斷面面積瞬時檢測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)流程中，按下系統(tǒng)的開始（44)按鈕， PLC準備初始化參數(shù)ΜΒ0 (45)，驅(qū)動器使能控制（46)端執(zhí)行初始化，PLC通過電機使能輸出 口 Q0. 6(47)執(zhí)行對步進電機的控制。在通過PLC控制步進電機運行之前，要對PLC檢查 是否歸零狀態(tài)（48)，如果是（53)，按下歸零按鈕，執(zhí)行歸零（49)并且PLC重新回到初始化 后的狀態(tài)，如果系統(tǒng)本身就在歸零狀態(tài)，即執(zhí)行否（54)，不歸零。然后系統(tǒng)傳感器會把信號 輸入PLC，如果電機和測距儀都正常，即執(zhí)行啟動器按鈕是否按下（50)選擇是（56)，步進 電機運行（51)。如果步進電機正常測距儀不正常，啟動器按鈕執(zhí)行否（13)待測距儀進行 檢測。然后執(zhí)行是（58)、系統(tǒng)正常運行。如果步進電機不正常，測距儀正常，測距儀執(zhí)行否 (57)。系統(tǒng)重新回到初始化后的狀態(tài)，待系統(tǒng)進行進一步的檢測后方能正常運行。
[0013] 此監(jiān)測系統(tǒng)真正做到瞬時，精確測量面積，方便的觀測巷道斷面值及面積變化情 況，最重要的是避免人與非安全環(huán)境的直接接觸。
【權(quán)利要求】
1. 一種井下巷道斷面瞬時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于PLC224XP連接步進電機驅(qū)動器，步進 電機驅(qū)動器控制兩相混合式步進電機，步進電機帶動脈沖式激光測距儀轉(zhuǎn)動，測距儀把測 得實時數(shù)據(jù)傳送到PLC，PLC通過CP243-1模塊把計算好的數(shù)據(jù)送到上位機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下巷道斷面瞬時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于PLC通過內(nèi)部的兩 個高速計數(shù)器發(fā)出兩種頻率不同的脈沖，1號計數(shù)器發(fā)出的脈沖控制步進電機旋轉(zhuǎn)，2號計 數(shù)器發(fā)出的脈沖控制脈沖測距儀測距。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下巷道斷面瞬時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于PLC自帶的模擬 量輸入模塊會把瞬時監(jiān)測到的模擬信號送到PLC，系統(tǒng)時鐘記下時間，通過以太網(wǎng)送到上位 機。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下巷道斷面瞬時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于步進電機0. 125s旋 轉(zhuǎn)一周，此時PLC已經(jīng)把算好的面積送到上位機，上位機每隔0. 125s就會有數(shù)據(jù)出現(xiàn)，真正 做到瞬時監(jiān)測。
【文檔編號】G01C7/06GK104142139SQ201310161633
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月6日
【發(fā)明者】魯忠良, 叢喜賓, 李長春, 付騰, 張穎芳, 徐亞輝, 王寵惠, 楊楠柯, 賈德祥, 肖保利, 宋志杰, 賈二廣, 盧惠召, 王洪麗 申請人:河南理工大學