煤矿绞车盘形闸的组成及工作间隙的监测与调整

煤矿绞车盘形闸的组成及工作间隙的监测与调整

摘要：在叙述煤矿绞车盘形闸的组成的基础上，阐述了盘形闸工作间隙的监测与调整方法。

关键词：盘形闸；间隙；单片机；监测

Abstract: described in coal mine hoist disc brake of the described on the basis of the disc brake clearance monitoring and work the adjustment method.

Keywords: disc brake; Clearance; Single chip microcomputer; monitoring

0 前言

绞车提升系统中盘形闸与制动盘的工作间隙是一个重要参数。煤矿安全规程明确规定：“绞车提升装置必须装有闸间隙保护装置，当闸间隙超过规定值(一般为2mm)时能自动报警或自动断电”。为此，设计了具有声光报警功能的盘形闸工作间隙动态监测报警仪。

1 仪器结构及工作原理

盘形闸工作间隙动态监测报警仪有两种结构,可根据现场条件选择使用：(1)就地安装，即主机安装在盘形闸附近；(2)远地安装，即在盘形闸附近安装一台数据检测仪，显示主机放在绞车房或其它1．5km范围以内的任何地方。

仪器工作原理：仪器主机由单片机控制，未安装传感器前，仪器各点显示的间隙距离为无穷大(实际显示为4mm左右，由传感器性质决定)，当固定好传感器后，各点显示为盘形闸间隙的零点初始值。为让传感器工作在最佳区域范围内，要求传感器离制动盘1．5mm左右，通过仪器面板上的调零按钮将各点调零，则在各点显示为“0．O”时，单片机已将各点的初始距离保存在一只掉电不丢失数据的存储器里，并且仪器一直显示当前检测的盘形闸间隙与初始值之差，即盘形闸的工作间隙。

2 硬件

2．1 主机

2．1．1 显示电路

仪器显示分辨率为0．1mm，在现场已足够使用，所以每个测点显示的数

据为2位有效数字，即最大9．9mm，最小非零数字0．1mm。仪器有8个测点共16位LED数码管，为节约硬件电路资源，选用了2片高性能串行接口、8位LED数据管显示驱动器MAX7219芯片，它的主要特点为：供电电压5V，管脚为24脚，外部只需要一只普通的限流电阻，输入的显示数据为BCD码，只需三根输入数据线，内部动态扫描，编程控制LED亮度、小数点和显示的位数。

2．1．2 通信电路

设计通信电路是为了实现该仪器与其他单片机或计算机之间数据通信。如电路板不接显示器，可当作就地数据采集分机。通过通信电路与另一台远距离主机或计算机相连，或功能相同的两台报警仪，一台就地安装，一台远地安装，实现数据共享，使观察、操作、维护都很方便。电路设计采用光耦隔离、RS485接口芯片，同时加有滤

波、抗干扰措施，传输距离达数公里，并可与计算机联网。

2．1．3 传感器测试电路

传感器输出为电压信号，所以必须经过A／D转换后才能由单片机检测，仪器选用了高性能串行接口TLC2543集成电路，它具有11路模拟输入，输入电压范围0-VREF，VREF最大可达芯片的电源电压5V，它的分辨率为12位，具有内部时钟，功耗12．5mW，工作方式可编程，外围电路不需其他任何元器件，且在使用中性能稳定、可靠，数据准确，软件编程也较简单。需要注意的是，单片机每次读出的转换数据是上一次选通的模拟通道数据而非本次操作输出的通道数据。该芯片不允许输入电压超过其电源电压，而一般的标有0—5V输出的传感器都可能超过5V(如输入超限时)，为防止损坏TLC2543，设计时在传感器与TLC2543之间增加了一只电压跟随、限幅输出电路，它的功能是当传感器输出电压小于5V时，其输出为线性跟随，当传感器输出电压大于5V时，则输出限幅为5V，确保TLC2543在安全范围内工作。为了使转换数据准确、稳定、可靠，须在位移传感器的输出或A／D转换器的输入端对地跨接一只滤波电容，这是很必要的，否则，单片机读出的转换数据不稳定，有波动。

2．1．4 自动复位电路

自动复位电路由二极管、振荡器和单片机复位电路组成。振荡器正常工作时每隔一定的时间(可调整)输出一个正脉冲给复位电路，让单片机复位。然而单片机在正常工作时并不需要复位信号，只有在单片机死机时才需要它输出一个正脉冲，这就要求单片机不能允许振荡器正常工作。可利用振荡器的清零引脚，在

单片机正常工作中不断的输出一个清零脉冲给振荡器，使振荡器输出全为低电平。

2．1．5 存储电路与调零电路

其功能是保存数据在仪器掉电的情况下不丢失，主要保存零点的数字。所谓零点数字，就是指在仪器安装好后，位移传感器与制动盘的初始距离。在离铁质物质0一lmm范围内是传感器的盲区。仪器要求传感器的初始距离在1—5mm 范围内，在此基础上，通过按键调零按钮，即将当前的初始距离值保存起来，此后显示器显示的数字即为盘形闸与制动盘的间隙距离。调零电路设有8只按钮，分别对应8只位移传感器，按不同的按钮会得到不同的初始距离，存储电路将一一对应地把不同点的初始值放在不同的存储空间。存储器选用了EE．PROM，易编程控制，价格低廉，工作稳定可靠。

2．1．6 声光报警电路

在8个测点中，其中任一个间隙超限(大于2mm)时都能发出声光报警。在正常情况下，指示灯为绿色，报警时，对应的指示灯变成红色。声光报警指示直到超限间隙回复到安全距离以内(小于2mm)时才解除。为现场使用方便，仪器还设有一组无源接点输出备用，有报警时接点闭合，正常时接点断开。

2．2 位移传感器设计

位移传感器为电感式微位移传感器。工作范围为1～5nun，精度可达0．01mm。传感器为铁磁感应式传感器，当感应线圈附近没有铁磁物体时，流过感应线圈的电流为恒定初始电流，当有铁质物体靠近时，根据电磁感应原理，铁质物体处在传感器线圈电磁场中，内部被磁化并产生涡流，吸收了传感器线圈中的电磁场能量,使得流过线圈中的电流减小，铁质物体离传感器越近，传感器线圈中通过的电流越小，通过适当增加电路补偿，基本上可使线圈中的电流与线圈离铁质物体的间隙成正比关系，再通过转换电路，将电流信号转换成0～5V的电压信号。

图 1 主程序流程图