吳治榮，董登文

（隴東學院，甘肅 慶陽 745000）

礦井提升機是礦井生產中的主要設備之一，是井下與地面之間運送物料及人員的紐帶?！睹旱V安全規(guī)程》對提升機的運行、維護有著嚴格的要求，規(guī)程明確規(guī)定，提升機必須設置松繩保護，并將其接入安全報警回路，當出現鋼絲繩松弛時能自動檢測報警并能夠停止提升機運行[1]。纏繞式提升機的提升容器和提升機運行速度不一致時，鋼絲繩由于自重下垂，可能會伴有鋼絲繩扭結現象。鋼絲繩松弛到一定程度時，若提升容器突然下落，則鋼絲繩在巨大的沖擊作用下可能斷裂造成墜箕斗事故。因此，對于松繩現象的檢測尤為重要?，F有的檢測方式也較多，其中機械開關式松繩保護裝置是在纏繞機下方設置行程開關，鋼絲繩松弛下垂后會觸碰該開關，接通保護控制回路，該保護檢測的特點是安裝簡單、方便，但是纏繞式提升機在運行中鋼絲繩會發(fā)生左右及上下抖動容易造成開關誤動[2]；光電式松繩保護采用光電開關檢測松繩狀態(tài)，當松繩下垂時，鋼絲繩會遮擋光路，光電開關輸出狀態(tài)改變啟動松繩保護回路，但是這種開關易受粉塵、油污、光強等環(huán)境影響引起誤動作[3]。因此，針對環(huán)境因素對檢測開關造成的誤動作及工作可靠性，提出應用接近開關來檢測鋼絲繩的松弛下垂狀態(tài)，通過單片機實施監(jiān)控采集數據判斷松繩狀態(tài)來實現松繩保護。

1 系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)總體設計方案如圖1所示，該檢測裝置主要由兩個接近開關，光耦、獨立鍵盤、單片機控制器、輸出的聲光報警器等部件組成。通過在出繩口安裝兩個接近開關，這兩個接近開關實時檢測鋼絲繩的松弛下垂狀態(tài)，當鋼絲繩松弛有下垂時，通過安裝在鋼絲繩下面的接近開關輸出信號給單片機，單片機根據預設的延時及通過兩個接近開關讀入的檢測狀態(tài)來判斷是否發(fā)生松繩現象，如果經過比較運算確定發(fā)生的是松繩而非干擾抖動，則輸出信號給上位機，同時接通提升絞車安全回路和聲光報警回路。

圖1 總體檢測方案

2 硬件電路的設計

2.1 主控制器設計

根據系統(tǒng)控制檢測要求，要實現鋼絲繩松弛檢測，并判斷是發(fā)生松繩還是抖動干擾信號，需要控制器來讀入接近開關輸出信號，并要通過適當小延時來判松繩狀態(tài)，由此來接通保護及報警回路，所以運算量小，輸入輸出回路少，采用小型單片機可以滿足控制系統(tǒng)要求。本系統(tǒng)選用STC89C52RC單片機作為控制器的核心。芯片引腳如圖2所示，STC89C52RC是宏晶公司生產的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 K在線系統(tǒng)可編程Flash存儲器，性價比高[4]?？蓪崿F對接近開關輸出信號以及鍵盤輸入的按鍵信息有效處理。

2.2 鍵盤電路

鍵盤電路主要應用于實際運行及調試時參數的設定[5]。系統(tǒng)設置了兩個接近開關，這兩個接近開關檢測范圍不一致，并有小延時，延時參數的設置需要鍵盤輸入并根據實際情況進行調整。鍵盤與單片機接口如圖3所示，采用簡單的獨立鍵盤即能滿足使用要求。

圖2 STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)

圖3 鍵盤輸入電路

2.3 接近開關

圖4 接近開關安裝示意圖

本系統(tǒng)傳感器主要作用是檢測鋼絲繩是否發(fā)生松弛及絞繩等意外情況。根據檢測環(huán)境及鋼絲繩在礦井出繩口移動特點，選用接近開關來實現鋼絲繩松弛檢測，接近開關安裝在出繩口鋼絲繩下方一固定位置。工作時無需與運動的鋼絲繩直接接觸，當鋼絲繩松弛下垂靠近檢測開關感應范圍，接近開關即有開關量的輸出，本系統(tǒng)選用電容式接近開關，該開關把被測量通常構成電容器的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，當它接近時，使電容的介電常數發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得輸出狀態(tài)也隨之改變，這種接近開關檢測的對象，不限于導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。且動作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應快，應用壽命長，抗干擾能力強等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點[6]，適用于礦井工作環(huán)境。安裝位置示意圖如圖4所示，在出繩口安裝兩個接近開關，兩個接近開關位置不同，量程不一致，松繩位置如圖所示，可以通過兩個接近開關分別判斷是屬于運行的干擾抖動現象還是松繩造成的下垂狀態(tài)。本系統(tǒng)選用OMRON電容式接近開關E2K-C25ME1，檢測范圍25mm，供電電壓12V～24V，輸出直流三線式，通過光耦直接和單片機IO口連接。能滿足使用要求。

3 軟件設計

主程序流程圖如圖5所示。根據實際松繩狀態(tài)的檢測過程，首先要對檢測距離等參數進行初始化，隨后單片機要掃描獨立鍵盤輸入狀態(tài)是否有參數設置及啟動操作，一旦啟動，兩個接近開關開始檢測鋼絲繩松弛下垂是否進入檢測范圍，實際運行中由于鋼絲繩會發(fā)生抖動，接近開關1安裝位置距離鋼絲繩位置較近，首先檢測到松繩信號時，可認為是抖動造成的，如果經過小延時后鋼絲繩落入安裝較遠的接近開關2的檢測范圍，則可以判定發(fā)生了松繩，發(fā)出故障信號并停機。如果接近開關1首先檢測到信號而經過小延時后接近開關2沒有檢測到信號，則認為是干擾，沒有發(fā)生松繩。延時大小可以經過實際現場調試確定。

圖5 程序流程圖

4 結論

設計一種基于單片機的礦井松繩檢測裝置，該裝置通過接近開關實現松繩監(jiān)測，由單片機比較判定松繩故障，將信號提供給上位機的松繩保護裝置。測試結果表明該該裝置能夠達到松繩保護的要求，運行可靠，靈敏度高，體積較小，安裝調試維護方便，成本相對較低，可以推廣使用。