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礦山卷揚機信號顯示儀中的同步與傳輸電路原理2004年9月

摘要  介紹了礦山卷揚機信號顯示儀的組成、功能特點,分析了信號接收、發送電路及故障自動保護電路,說明了其優點及存在的不足。

關鍵詞  礦山卷揚機信號顯示儀  信號顯示   同步  信號傳輸  自動保護

0  引言

在礦山分層開采中,礦井卷揚機通過升降罐籠將人員、物品在井口與各中段(開采層)以及中段之間運送。礦山卷揚機信號顯示儀專門用來溝通井口、各中段、卷揚機司機臺之間的信息,以使地面司機能夠控制好卷揚機完成各種運送任務。

1  顯示儀簡介

1.1 組成

礦山卷揚機信號顯示系統組成框圖如圖1所示。司機臺與井口總機(以下如無特別說明,將司機臺與井口總機也統稱為分機)位于地面,其它的分機均處于地下各中段處。如圖1所示,系統中各分機之間的信號傳輸介質為雙絞線(也可以是其它導線),雙絞線的一根接地,信號電平(采用負邏輯)在另一根導線上傳輸。在每一個中段處的各分機都具有發送和接收信號的功能。這種發送與接收信號的功能轉換是由系統預定的時間表來規定的,即系統規定了何時由何分機來發送信號,其它分機只能處于接收信號的狀態。井口總機具有對顯示儀所控資源(如運輸罐籠的使用權)最高的控制權力,其它分機如果要使用這些資源,必須發送信息給井口總機并獲得總機的允許才能使用。一旦獲得總機的允許,該分機就獲得了系統資源的控制使用權,其使用系統資源的狀況等各種信息都將顯示在所有接入顯示儀系統中的分機顯示器上。在該分機所處中段完成了運送任務后,需要發送結束信號到井口總機,將控制權交還給總機,以便總機能夠將系統的資源交給別的分機使用。

                      圖1 礦山卷揚信號顯示儀系統組成

1.2 功能特點

該顯示儀具有如下一些功能特點:

①任何一臺分機均可以向井口總機要求使用系統資源;

②任何一臺分機均可以故障自動切除,不影響顯示儀中其它分機的正常工作;

③任何一臺分機可以隨時投入到顯示儀中來工作,1.6s即可正常,也可以隨時關掉任何一臺分機而不影響其它分機的工作;

④信號傳輸抗干擾能力強,顯示準確無誤;

⑤顯示儀的所有信號傳輸介質僅為一對雙絞線,與以前傳統的信號顯示方法相比大大降低了敷設電纜的造價,傳輸距離超過200m。

2 各分機的同步

   因為系統只采用一對導線傳輸信號,傳輸信號采用時分制進行,而且要保證各分機能隨時隨地地投入或者退出,所以本顯示儀一定要有一種同步地措施來保證各分機地同步,才能保證信號的正確傳輸。本儀器采用的同步方法是行之有效的,能在任何情況下保證不失步。其主要是利用同一交流電網正弦波來觸發產生各分機的同步脈沖。即每一分機的步調都以電網的頻率和相位作為參照,其組成方框圖如圖2所示。各分機都是通過將電網電壓變壓成15V的正弦波再整流,然后利用施密特觸發器整形變成100Hz的方波脈沖,將該方波脈沖作為各分機的同步脈沖來達到發送與接收的同步。由于各分機使用的是同一電網,其同步信號在頻率和相位上完全是一樣的,從而保證了顯示儀系統內的各分機的發送與接收信號時間表的嚴格一致,能夠準確地同步。即使各分機開機的先后次序不同,也能保證同步。因為整個顯示儀的工作周期定為1.6s,故同步只須1.6s就可完成。

                     圖2 同步脈沖發生電路框圖

3 信號傳輸

3.1邏輯制度的規定

   本儀器系統規定在分機內部采用正邏輯制度,即信號用高電平(邏輯“1”)表示,無信號用低電平(邏輯“0”)表示;傳輸信號采用負邏輯制度,即正電壓表示“0”,負電壓表示“1”。這樣使得傳輸信號線上的邏輯擺幅很大,有利于抗干擾。在發送信號時只發送“1”不發送“0”;蛘哒f當分機發送信號“1”時,傳輸介質上為低電平“0”;當分機發送“0”信號時,傳輸介質上為高電平“1”。所以當傳輸介質上無信號時為高電平。

3.2信號傳輸電路

3.2.1信號接收電路

在圖3中, 組成了信號接收電路。當雙絞線輸入一個低電平信號時, 導通, 截止, 導通,使本機接收到高電平“1”,從而完成信號的接收,同時將雙絞線上的負邏輯信號轉換成了正邏輯信號。此電路接收到的信號送入本機內部進行處理并顯示。

3.2.2 信號發送電路

如圖3所示,信號發送電路由 組成。當本機發送信號為“1”時, 導通,使 飽和導通, 導通,使雙絞線上為低電平,將信號發到了傳輸雙絞線上。在信號通過雙絞線發送出去的信號送入本分機的接收電路接收到內部,供本機內部電路處理并顯示在本機顯示器上。

                   圖3 信號傳輸及故障自動保護電路

3.2.3 故障自動保護電路

由于多臺分機均要通過一對雙絞線來傳輸信號,當連接到雙絞線上的某一臺分機出現故障時會導致整個儀器系統不能正常工作,故必須采取保護措施將故障分機自動切除。由傳輸邏輯的規定可知,如果某臺分機發生故障,它不發任何信號,即當輪到它發信號時,總是發出“0”信號,這時它不會影響其它分機的正常運行,就像它不存在一樣,可以不加理會,這種故障可由人工干預排除;但如果某臺分機發生故障且總是發出“1”信號,雙絞線上一直為低電平,這時它就會影響別的分機發出信號了,應迅速將它自動切除。對這種情況本顯示儀采用了如圖3所示的自動保護電路來切除故障分機。在故障分機一直發送信號“1”時,傳輸介質上就會一直保持低電平, 將一直導通,使 截止, 將被充電。當 充電到一定的電壓時,穩壓管 會擊穿,使 導通, 截止,繼電器J失電跳開,從而將故障分機從雙絞線上切除,達到自動保護的目的。

4 結束語

  本文所述的同步方法獨特有效,能保證儀器的各個分機可靠同步;信號傳輸電路只需要一對傳輸導線,抗干擾能力強,傳輸距離可達到200m以上,對負載的電容效應沒有要求;同時還實現了故障自動保護的功能,能夠十分迅速準確地將故障分機自動從系統中切除。其缺點是它需要有一負電源支持,而且不適用于高頻電路。


 


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以上資料摘錄自《自動化儀表》雜志
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