基于單片機(jī)的無(wú)線遙控直流電動(dòng)道岔控制系統(tǒng)研制

1、 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文基于單片機(jī)的無(wú)線遙控直流電動(dòng)道岔控制系統(tǒng)研制姓名:段德功申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):控制工程指導(dǎo)教師:高國(guó)琴20081217江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘 要我國(guó)煤礦安全規(guī)程中規(guī)定:“在新建和改擴(kuò)建的大型礦井井底車場(chǎng)的運(yùn)輸大巷,都應(yīng)設(shè)有信號(hào)集中閉塞系統(tǒng), 即信集閉系統(tǒng)。 煤礦井下運(yùn)輸?shù)挠?jì)算機(jī)生產(chǎn)管理和信集閉系統(tǒng)是提高井下運(yùn)輸能力、保證安全生產(chǎn)的重要手段,是一種現(xiàn)代化的井下軌道運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)管理、指揮調(diào)度系統(tǒng)。本課題是以總線為通信方式、以基于單片機(jī)的無(wú)線遙控直流電動(dòng)道岔控制系統(tǒng)為智能終端組成的礦井“信、集、閉”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。針對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題做了理論分析和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。通

2、過(guò)對(duì)仿真電纜的測(cè)試,確定了總線井下遠(yuǎn)距離傳輸屏蔽電纜。課題以單片機(jī)為主控制器設(shè)計(jì)的道岔控制系統(tǒng)智能終端具備司機(jī)遙控扳道、手動(dòng)按鈕扳道功能。通過(guò)增加光電隔離、看門狗電路等方法提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的特點(diǎn)增加了道岔動(dòng)作過(guò)程屏蔽誤操作、道岔卡住自動(dòng)復(fù)位等安全措施。使用匯編語(yǔ)言編寫了系統(tǒng)軟件。投產(chǎn)運(yùn)行后表明該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、操作和維護(hù)簡(jiǎn)單,系統(tǒng)連線簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng),易于實(shí)現(xiàn)煤礦網(wǎng)絡(luò)化控制和管理,具有很大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:“信集閉”系統(tǒng),單片機(jī),總線,道岔江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 :”.”, , ., . “ , ? . ., ,. .,、 .,. .:“ ”,?,學(xué)位論文版權(quán)

3、使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江蘇大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。在年解密后適用本授權(quán)書。保密口,本學(xué)位論文屬于不保密囹。導(dǎo)師簽名:學(xué)位論文作者簽名:穆碭毛伺各簽字日期:.,。多年協(xié)月占日簽字日期:州子年侈日獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容以外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成

4、果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均己在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:穆功上月 日期:朋多年 江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一章 緒論.課題研究背景與意義我國(guó)正處于國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的歷史時(shí)期,煤炭作為我國(guó)的第一能源,其發(fā)展?fàn)顩r對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。與當(dāng)今高科技發(fā)展相適應(yīng),為了實(shí)現(xiàn)煤炭高產(chǎn)高效,煤炭生產(chǎn)現(xiàn)代化和信息技術(shù)的應(yīng)用是大勢(shì)所趨。我國(guó)煤礦安全規(guī)程中規(guī)定:“在新建和改擴(kuò)建的大型礦井井底車場(chǎng)的運(yùn)輸大巷,都應(yīng)設(shè)有信號(hào)集中閉塞系統(tǒng)”,即信集閉系統(tǒng)。煤礦井下運(yùn)輸?shù)挠?jì)算機(jī)生產(chǎn)管理和信集閉系統(tǒng)是提高井下運(yùn)輸能力、保證安全生產(chǎn)的重要

5、手段,是一種現(xiàn)代化的井下軌道運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)管理、指揮調(diào)度系統(tǒng)。保證行車安全的前提下提高運(yùn)輸效率,是礦井運(yùn)輸信集閉監(jiān)控系統(tǒng)追求的目標(biāo)。要保證運(yùn)輸安全,機(jī)車轉(zhuǎn)軌顯得尤為重要。我國(guó)井下道岔控制系統(tǒng)大多數(shù)采用安全型繼電器控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種控制方式在設(shè)計(jì)時(shí)需繪制大量的電氣原理圖、接線圖,設(shè)計(jì)工作量較大。隨著煤礦不斷開拓,井底車場(chǎng)線路發(fā)生變更時(shí),控制系統(tǒng)修改工作困難,且系統(tǒng)完成功能也受到繼電器控制的限制,有些功能不能盡人意。近幾年,控制方式趨向多樣化,除繼電器控制方式外,有設(shè)計(jì)采用微機(jī)控制、可編程序控制器控制、可編程邏輯器件控制等方式。這些控制模式不是系統(tǒng)的擴(kuò)展性和適應(yīng)性差,就是系統(tǒng)投資高,穩(wěn)定性不夠,影響了系

6、統(tǒng)的使用和推廣。因此,有必要研制一種新型的擴(kuò)展性好、穩(wěn)定性高、適應(yīng)性強(qiáng)、投資省、性價(jià)比高的控制系統(tǒng),鑒于此提出了“基于單片機(jī)的無(wú)線遙控直流電動(dòng)道岔控制系統(tǒng)”的研究課題。.課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀礦井“信、集、閉系統(tǒng)中,信號(hào)是指示列車運(yùn)行和調(diào)車等作業(yè)的命令,集中是通過(guò)技術(shù)方法使信號(hào)、道岔和進(jìn)路按一定程序并且滿足一定條件才能動(dòng)作的相互制約的關(guān)系,閉塞是指用信號(hào)或憑證保證列車按空間間隔制運(yùn)行的技術(shù)方法。年代初,由原蘇聯(lián)援建的東北幾座大型礦井首先采用了“信、集、閉”系統(tǒng)。年原煤炭工業(yè)部成立了“礦井信集閉研制工作組,為我國(guó)煤礦自行設(shè)計(jì)、制造、安裝第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一套國(guó)產(chǎn)“信、集、閉系統(tǒng)邁出了第

7、一步。后來(lái),有關(guān)生產(chǎn)廠家也生產(chǎn)出數(shù)十套系統(tǒng),但能夠穩(wěn)定運(yùn)行并取得較好經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效益的只有十余家包括冶金礦山,絕大多數(shù)礦山不是沒有安裝就是安裝后不能正常運(yùn)行。從年代以后的余年,信集閉系統(tǒng)并未在我國(guó)礦井中推廣,主要原因就是過(guò)去廠家生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)可靠性不高,容易出故障,不能在井下長(zhǎng)期運(yùn)行。余年來(lái),無(wú)論是從前蘇聯(lián)引進(jìn)的,還是我國(guó)自行研制和生產(chǎn)的系統(tǒng),其技術(shù)路線和技術(shù)方案沒有根本性的改變,系統(tǒng)都是以繼電器為基本元器件組成的,各邏輯關(guān)系都由繼電器實(shí)現(xiàn)。進(jìn)入年代,元器件水平和計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用都有了很大進(jìn)展,為研制高性能的礦井信集閉系統(tǒng)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。年代,隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的發(fā)展,礦井生產(chǎn)能力和安全要求不

8、斷提高,礦井信集閉系統(tǒng)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展,許多院校和科研單位相繼研制和生產(chǎn)軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng),并被許多生產(chǎn)礦井所采用。比較知名的有:天地科技股份有限公司常州自動(dòng)化分公司煤炭科學(xué)研究總院常州自動(dòng)化研究所研制的型礦井軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng),它是一種單板機(jī)式分級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng);合肥工業(yè)大學(xué)高科信息技術(shù)有限公司研制的型礦井軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)是一套基于控制的隔爆兼本安型軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng),以三級(jí)或二級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心,在地面主控室對(duì)井下大巷的礦車運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)度;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制的型礦井軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng),采用作為控制主機(jī)及模擬顯示的集中控制系統(tǒng),系統(tǒng)不設(shè)分站,主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)電纜直接通信。和分別在

9、年和年通過(guò)部級(jí)鑒定,達(dá)到年代國(guó)際先進(jìn)水平。的改進(jìn)型系統(tǒng),對(duì)傳感和通訊技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新,且主機(jī)故障時(shí),系統(tǒng)可集控調(diào)度而不影響生產(chǎn),年通過(guò)部級(jí)鑒定,達(dá)到年代初國(guó)際先進(jìn)水平?？梢哉f(shuō),我國(guó)的礦井信集閉系統(tǒng)與國(guó)際技術(shù)水平保持基本同步。在國(guó)外,礦井信集閉系統(tǒng)尤其是機(jī)車監(jiān)控技術(shù)已有較高的水平,如威爾士王子礦已于年采用了礦車監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)督井下任一區(qū)段內(nèi)任意一輛礦車的運(yùn)行情況,并且記憶、打印有關(guān)的數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)是將井下被監(jiān)測(cè)區(qū)劃分成若干區(qū)段,每個(gè)區(qū)段的進(jìn)出口處安設(shè)一個(gè)傳感器,通過(guò)電纜與微機(jī)、鍵盤、顯示器、打印機(jī)等外圍設(shè)備形成一個(gè)礦井監(jiān)督系統(tǒng)。在原西德,采用機(jī)車運(yùn)輸?shù)拿旱V較多,因而機(jī)車監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展較快。比較典型的如魯

10、爾礦區(qū)的布魯門塔爾礦,自年開始在水平.后擴(kuò)到長(zhǎng)的運(yùn)輸大巷使用了機(jī)車無(wú)人駕駛系統(tǒng)。系統(tǒng)包括安裝在調(diào)度室內(nèi)的邏輯安裝柜、操作臺(tái)、工業(yè)電視以及室外的感應(yīng)線、計(jì)數(shù)計(jì)軸器、轉(zhuǎn)轍機(jī)和其他輔助設(shè)備。在控制范圍內(nèi)可根據(jù)第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文煤倉(cāng)煤位和機(jī)車分布情況進(jìn)行優(yōu)化自動(dòng)調(diào)度指揮。采用該系統(tǒng)后,每米巷道投資費(fèi)用比膠帶運(yùn)輸?shù)?;運(yùn)輸事故與人工駕駛相比,由每年.起降為.起,出軌事故由每年起降為.起;噸公里運(yùn)輸成本降低%,取得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益、.課題研究的主要內(nèi)容礦井“信、集、閉”系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng),本設(shè)計(jì)是與安陽(yáng)市中煤機(jī)械制造有限公司的合作科研課題。本文對(duì)此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)功能

11、、系統(tǒng)特點(diǎn)及關(guān)鍵性技術(shù)做了簡(jiǎn)單介紹,重點(diǎn)論述了系統(tǒng)中已完成并投入生產(chǎn)運(yùn)行的基于單片機(jī)的無(wú)線遙控直流電動(dòng)道岔控制系統(tǒng),包括系統(tǒng)的基本構(gòu)成、工作原理、軟硬件設(shè)計(jì)及相應(yīng)的抗干擾設(shè)計(jì)與措施,即文章的第、章內(nèi)容。第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章礦井“信集閉系統(tǒng)在現(xiàn)代礦井中巷道運(yùn)送礦物、矸石、人員、材料及設(shè)備等的主要工具是電機(jī)車。為了保證機(jī)車運(yùn)行的安全、高效,將井下道岔、信號(hào)燈、信號(hào)發(fā)送器等設(shè)備及控制信號(hào)集中到主控室控制,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要實(shí)現(xiàn)它們之間的相互閉鎖和解鎖等,由此構(gòu)成的井下運(yùn)輸“信號(hào)、集中、閉塞”系統(tǒng)又簡(jiǎn)稱“信、集、閉系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸區(qū)段相互閉塞,電氣控制相對(duì)集中,調(diào)度實(shí)時(shí)監(jiān)督控制等。.設(shè)計(jì)思想

12、煤礦井下運(yùn)輸?shù)挠?jì)算機(jī)生產(chǎn)管理和信集閉系統(tǒng)是提高井下運(yùn)輸能力、保證安全生產(chǎn)的重要手段,是一種現(xiàn)代化的井下軌道運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)管理、指揮調(diào)度系統(tǒng)。保證行車安全的前提下提高運(yùn)輸效率,這是礦井運(yùn)輸信集閉監(jiān)控系統(tǒng)追求的目標(biāo)。煤礦安全規(guī)程中規(guī)定:“在新建和改擴(kuò)建的大型礦井井底車場(chǎng)的運(yùn)輸大巷,都應(yīng)設(shè)有信號(hào)、集中、閉塞系統(tǒng),即信集閉系統(tǒng)。我國(guó)煤礦井下“信、集、閉系統(tǒng)大多數(shù)采用安全型繼電器聯(lián)鎖控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種控制方式在設(shè)計(jì)時(shí)需繪制大量的電氣原理圖、接線圖,設(shè)計(jì)工作量較大。隨著煤礦不斷開拓,井底車場(chǎng)線路發(fā)生變更時(shí),控制系統(tǒng)修改工作困難,且系統(tǒng)完成功能也受到繼電器控制的限制,有些功能不盡如人意。近幾年,“信、集、閉”系統(tǒng)

13、的控制聯(lián)鎖方式趨向多樣化,除繼電器聯(lián)鎖控制方式外,有設(shè)計(jì)采用微機(jī)聯(lián)鎖控制、可編程序控制器聯(lián)鎖控制、可編程邏輯器件聯(lián)鎖控制、單片機(jī)控制等方式。礦井“信、集、閉系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求原則分析如下:一、確保井下的安全運(yùn)輸。為杜絕井下軌道運(yùn)輸列車的追尾和撞車事故,本系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)來(lái)控制和監(jiān)測(cè)信號(hào)燈及電動(dòng)道岔,對(duì)機(jī)車的位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在模擬顯示屏上顯示機(jī)車位置編號(hào)及信號(hào)燈和電動(dòng)道岔的狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車進(jìn)路區(qū)間的自動(dòng)開放、自動(dòng)閉鎖,從而保證人、材料、煤石等各種列車的安全運(yùn)行。二、提高運(yùn)輸效率。本系統(tǒng)采用全程進(jìn)車路線一次排定、在計(jì)算機(jī)的控制下自動(dòng)逐段開放、對(duì)敵對(duì)進(jìn)路進(jìn)行區(qū)間閉鎖、并逐段解鎖的運(yùn)行方式,最大限度地提高列車的

14、通過(guò)能第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文力,減少列車的停候時(shí)間,實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)輸。三、提高煤礦的生產(chǎn)管理、指揮調(diào)度及安全監(jiān)測(cè)能力。提高當(dāng)前煤礦的管理水平,確保煤礦安全生產(chǎn)是煤礦生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急,將煤礦的指揮調(diào)度、安全監(jiān)測(cè)及井下“信、集、閉系統(tǒng)組成一個(gè)現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)生產(chǎn)管理系統(tǒng)是本系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想,利用計(jì)算機(jī)管理可實(shí)現(xiàn)煤礦高效、安全生產(chǎn)。.通訊方案比較與選擇礦井“信、集、閉系統(tǒng)可采用常見的串行總線或一總線作為設(shè)備之間的通訊方式,也可采用先進(jìn)的總線或以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)通訊方式。各種方案比較如下:采用方式通訊的系統(tǒng)有非常大的局限性,只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作,中央處理器的負(fù)擔(dān)較大,不便于系統(tǒng)擴(kuò)充,可通訊距離非常短,不適于

15、遠(yuǎn)程操作;而且,系統(tǒng)成本較高。采用總線的系統(tǒng)在整體性能上好于的系統(tǒng),因其是總線形式,方便擴(kuò)充,但是隨著礦井“信、集、閉”系統(tǒng)智能化程度要求越來(lái)越高,功能越來(lái)越強(qiáng)大,總線的節(jié)點(diǎn)越來(lái)越多的情況下,一的總線效率低、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性差、通訊的可靠性低、后期維護(hù)成本高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點(diǎn)少、應(yīng)用不靈活等不足和缺陷逐漸體現(xiàn)出來(lái)。礦井“信、集、閉系統(tǒng)擴(kuò)展也受一本身的制約,已不能適應(yīng)大中型礦井的控制需要。本課題采用先進(jìn)的總線通訊系統(tǒng)。使用這種工業(yè)級(jí)的通訊方式,可以保證通訊數(shù)據(jù)的可靠性、實(shí)時(shí)性;在實(shí)際建設(shè)中,總線成本和方式成本大體相當(dāng),甚至在較大型的系統(tǒng)中,總線的整體成本還略低于一

16、系統(tǒng)。而且總線容錯(cuò)性能好,可以大大降低后期的維護(hù)、維修、擴(kuò)充成本。整個(gè)系統(tǒng)中,通訊主干線僅為條雙絞線,各個(gè)通訊終端的控制器直接連接到總線上;各個(gè)控制器在網(wǎng)絡(luò)中的地位可以是平等的,即沒有“主機(jī)和“從機(jī)的概念,任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸,避免了采用.的主機(jī)輪詢方式,從而保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。在.總線上,既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn).點(diǎn)之間的通訊,也可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)廣播方式的通訊,實(shí)時(shí)性和靈活性都可以得到良好的保證。第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文例如,司控道岔系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)道岔扳道情況及運(yùn)輸車位置,直接傳輸?shù)啦戆獾垃F(xiàn)狀機(jī)車位置到模擬顯示屏顯示出來(lái);而不必先傳輸?shù)焦芾頇C(jī)上,再由管理機(jī)傳到模擬顯示屏。當(dāng)然管理機(jī)也可以接收

17、到該信息,用于數(shù)據(jù)庫(kù)記錄。系統(tǒng)中的總線網(wǎng)絡(luò)采用直線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),各設(shè)備節(jié)點(diǎn)通過(guò)支線連接在總線主線上。管理節(jié)點(diǎn)采用安裝接口卡的通用機(jī),與執(zhí)行不同功能、安裝不同位置的終端設(shè)備進(jìn)行通訊。.系統(tǒng)工作原理、進(jìn)路的開放礦井“信、集、閉”系統(tǒng)分三種方式開放進(jìn)路:站道信號(hào)、問(wèn)訊開放、自由開放自身觸發(fā)開放。站道信號(hào)一般在準(zhǔn)軌大鐵路上應(yīng)用,這種方式較適用于列車獨(dú)占某段鐵道,鐵路線相對(duì)較長(zhǎng)、車速較快的場(chǎng)合;問(wèn)訊開發(fā)的方式比較適合用在鐵道線比較復(fù)雜、出車比較集中且行車比較有規(guī)律的場(chǎng)合。自由開放方式是一種比較適合現(xiàn)代礦井“信、集、閉系統(tǒng)采用的進(jìn)路開放方式,其主要特點(diǎn)就是信號(hào)開放靈活、減少人工干預(yù)、實(shí)時(shí)反映機(jī)車運(yùn)行動(dòng)態(tài)、最大

18、可能地提高機(jī)車的運(yùn)輸周轉(zhuǎn)率。而現(xiàn)代化的礦井,機(jī)車運(yùn)行的特點(diǎn)又主要表現(xiàn)在車速高、重載、周轉(zhuǎn)頻繁上,所以采用自由開放方式應(yīng)該是現(xiàn)代化礦井“信、集、閉系統(tǒng)的一種發(fā)展方向。、信號(hào)的采集在礦井“信、集、閉”系統(tǒng)中,信號(hào)的采集是最關(guān)鍵也是最頻繁的,信號(hào)采集是否準(zhǔn)確可靠直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。從我國(guó)“信集閉”系統(tǒng)的發(fā)展來(lái)看,過(guò)去所用的信號(hào)采集器件主要有:輔助導(dǎo)線、水銀開關(guān)、超聲、無(wú)線感應(yīng)等。但這些采集元件均以采集可靠性差和維護(hù)量大等,而慢慢被淘汰。本課題采用了無(wú)源傳感器和光耦共同作用實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集。、道岔的轉(zhuǎn)換對(duì)道岔的轉(zhuǎn)換實(shí)行無(wú)線遙控式自動(dòng)道岔控制系統(tǒng),即司控。司控是現(xiàn)代化礦井衡量“信、集、閉”系統(tǒng)自動(dòng)化

19、程度高低的又一標(biāo)準(zhǔn)。考慮到今后的系統(tǒng)進(jìn)一步向集中管理、集散控制的自動(dòng)化發(fā)展的需要。如何實(shí)現(xiàn)礦井道岔的自動(dòng)控制為本系統(tǒng)研究的關(guān)鍵,即機(jī)第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文車司機(jī)在遠(yuǎn)方通過(guò)信號(hào)機(jī)的指示按自己的行車方向提前轉(zhuǎn)換道岔,不需停車去手扳道岔。本系統(tǒng)采用兩種控制模式:正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)路采用自由開放方式,道岔的轉(zhuǎn)換采用司控的方式;當(dāng)行車方式因特殊情況有變時(shí),進(jìn)路由調(diào)度集中辦理,道岔的轉(zhuǎn)換依然是司控方式。如果司控錯(cuò)誤,司機(jī)可以根據(jù)信號(hào)機(jī)的顯示停車操作按手動(dòng)鈕實(shí)現(xiàn)扳道,停電時(shí)還可以用手動(dòng)搖把轉(zhuǎn)換道岔。.系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)以集散控制式計(jì)算機(jī)工控網(wǎng)絡(luò)為核心,所用工控網(wǎng)絡(luò)采用總線直線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通訊。系統(tǒng)由地面的生產(chǎn)管

20、理指揮調(diào)度中心、井下調(diào)度站、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)分站、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及執(zhí)行部件等五大部分組成。按分級(jí)分布式控制的方案,系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可分為三級(jí),第一級(jí)為布置在井上調(diào)度室的管理計(jì)算機(jī);第二級(jí)為布置在井下調(diào)度站的“信、集、閉系統(tǒng)主監(jiān)控計(jì)算機(jī);第三級(jí)為布置在現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行控制計(jì)算機(jī)。這樣可以將井下運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)管理和信集閉系統(tǒng)分解成幾個(gè)控制任務(wù)不同的層次,由各層的控制計(jì)算機(jī)分別完成,而計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)則將各層的計(jì)算機(jī)聯(lián)接起來(lái),以傳遞各層之間的各種命令、信息和數(shù)據(jù)。、生產(chǎn)管理指揮調(diào)度中心該指揮調(diào)度中心設(shè)在地面,是全礦生產(chǎn)管理、指揮調(diào)度、安全監(jiān)測(cè)及井下“信、集、閉”的管理中心,是全礦計(jì)算機(jī)管理體系最高層,是計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)集

21、中管理的核心。根據(jù)全礦計(jì)算機(jī)管理體系的規(guī)模大小、任務(wù)的多少而采用不同的計(jì)算機(jī),并用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及各級(jí)計(jì)算機(jī)組成整個(gè)系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可集全礦的生產(chǎn)、計(jì)劃、財(cái)務(wù)、人事、設(shè)備、儲(chǔ)運(yùn)、在建工程及指揮調(diào)度、能源動(dòng)力管理、井下安全監(jiān)測(cè)、信集閉、皮帶運(yùn)輸于一體,以實(shí)現(xiàn)煤礦安全、高效、低耗生產(chǎn)。本課題所設(shè)計(jì)的井下“信集閉系統(tǒng)預(yù)留與井上生產(chǎn)管理指揮調(diào)度中心的通訊接口,根據(jù)煤礦實(shí)際需要,可與井上部分聯(lián)網(wǎng)通訊,實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦井的網(wǎng)絡(luò)化管理。、井下調(diào)度站該調(diào)度站主要是完成井下信集閉系統(tǒng)功能,由專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)所組成。實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)輸?shù)谋怕烽_放、區(qū)間閉鎖、機(jī)車運(yùn)行控制顯示等,是信集閉系統(tǒng)主監(jiān)控計(jì)算機(jī)。第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩

22、士學(xué)位論文、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)分站現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)分站為執(zhí)行計(jì)算機(jī),在上級(jí)計(jì)算機(jī)的管理下控制和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備,這一級(jí)可采用可編程控制器,也可用總線、總線的工控機(jī)或單片機(jī)。、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)該系統(tǒng)采用井下機(jī)車位置和編號(hào)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取得機(jī)車的信息以及道岔狀況。本系統(tǒng)所采用的傳感器為磁性接近開關(guān),屬無(wú)源傳感器。它適用于煤礦井下、井口及迸風(fēng)巷道等各種場(chǎng)合。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝、使用、維護(hù)方便,防護(hù)等級(jí)高達(dá),可以采集各種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào),滿足了現(xiàn)場(chǎng)的特殊需求?！靶拧⒓?、閉系統(tǒng)除對(duì)信號(hào)采集的可靠性有較高要求外,還有一些顯著特點(diǎn),即采集信號(hào)多、采集點(diǎn)分散、線路長(zhǎng)等。尤其是現(xiàn)在隨著自動(dòng)化水平的提高和礦山管理制度的不斷完善,

23、模擬顯示屏也在礦山信集閉系統(tǒng)中相繼出現(xiàn),隨之就出現(xiàn)了車位或區(qū)間顯示,對(duì)傳感器的可靠性、安裝、維護(hù)等提出了更高要求。在礦井“信、集、閉系統(tǒng)中,模擬顯示屏主要是用在調(diào)度室供調(diào)度了解運(yùn)輸狀況。通過(guò)它調(diào)度可以直觀整個(gè)控制車場(chǎng)的運(yùn)輸過(guò)程,并且還可以監(jiān)視違章。也可以采用上位組態(tài)來(lái)監(jiān)視運(yùn)輸狀況,它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)行車比較靈活、改動(dòng)比較頻繁的礦井能隨時(shí)作出靈活處理。此外,軟件的可操作性強(qiáng),還可對(duì)故障報(bào)警進(jìn)行存檔。.系統(tǒng)功能本“信、集、閉系統(tǒng)的主要功能:、井上部分、可在地面總調(diào)度室實(shí)時(shí)顯示井下機(jī)車運(yùn)行情況,并顯示機(jī)車號(hào)。、系統(tǒng)具有機(jī)車實(shí)時(shí)運(yùn)行記錄,可生成故障記錄表,并具有故障畫面重演功能。、可對(duì)機(jī)車進(jìn)路進(jìn)行增加、刪除

24、及修改。、能方便的進(jìn)行計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng),納入整個(gè)煤礦的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。、井下部分、系統(tǒng)井下調(diào)度站,具有自動(dòng)和人工調(diào)度兩種工作方式?？捎芍蛋嗾{(diào)度員操作,按進(jìn)路要求指揮機(jī)車運(yùn)行。、系統(tǒng)可對(duì)井下機(jī)車運(yùn)輸范圍內(nèi)的機(jī)車、信號(hào)機(jī)及電動(dòng)道岔進(jìn)行監(jiān)測(cè)及控制。第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文、進(jìn)路開通后,可實(shí)現(xiàn)區(qū)間信號(hào)的自動(dòng)開放、閉鎖及電動(dòng)道岔的控制。、井下調(diào)度站的模擬屏上可顯示機(jī)車位置、機(jī)車號(hào),顯示信號(hào)機(jī)和電動(dòng)道岔的工作狀態(tài)。、系統(tǒng)具有自動(dòng)檢測(cè)、故障自動(dòng)判斷及聲光報(bào)警功能。、井下調(diào)度站模擬顯示屏具有操作內(nèi)容和故障內(nèi)容的漢字顯示功能。、電動(dòng)道岔設(shè)有就地控制功能,但須經(jīng)調(diào)度員特別授權(quán)后才能工作。、系統(tǒng)抗干擾、糾錯(cuò)、容錯(cuò)能力

25、強(qiáng)。在部分設(shè)備、傳感器發(fā)生故障情況下系統(tǒng)能正常運(yùn)行。、各設(shè)備傳感器之間光電隔離。故障偶然發(fā)生時(shí)也不擴(kuò)散。、留有與礦井上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的接口。、系統(tǒng)具有可擴(kuò)展的功能為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求的變化,本系統(tǒng)具有一定升級(jí)空間,可進(jìn)行各項(xiàng)功能的擴(kuò)展。.系統(tǒng)特點(diǎn)及對(duì)關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題的解決方案.系統(tǒng)特點(diǎn)礦井“信、集、閉系統(tǒng)由于實(shí)際使用環(huán)境限制,對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性、穩(wěn)定性要求極高,本系統(tǒng)在此方面有顯著特色。.實(shí)時(shí)性、總線結(jié)構(gòu):采用總線結(jié)構(gòu),系統(tǒng)設(shè)備增減方便,系統(tǒng)可大可小。、手動(dòng)控制和自動(dòng)控制相結(jié)合:保障系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不影響生產(chǎn)。、軟件超強(qiáng)容錯(cuò):由于總線網(wǎng)絡(luò)具有非常強(qiáng)大的容錯(cuò)技術(shù),因此,單個(gè)節(jié)點(diǎn)硬件出現(xiàn)故障時(shí),不

26、影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。、定位系統(tǒng):傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)機(jī)車精確定位,以及道岔狀況的實(shí)時(shí)顯示。、可靠性高:采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以及大量的工業(yè)級(jí)芯片,提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。、網(wǎng)絡(luò)功能,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。.可靠性:第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文、系統(tǒng)的井下分站采用專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),各設(shè)備大量采用工業(yè)級(jí)芯片,提高了設(shè)備對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。如,選用帶隔離的總線收發(fā)器既滿足通信需求,又做到電氣隔離,即使電纜上竄入的高壓,也能將損失控制在極小范圍。、利用總線通信,并采用適度的軟件冗余技術(shù)設(shè)計(jì),軟件中有大量抗干擾、糾錯(cuò)、故障定位程序,使得系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)工作能力。、系統(tǒng)中所有設(shè)備都能被其他智能設(shè)備監(jiān)視,全

27、部信號(hào)線都可設(shè)短路、斷路保護(hù)及檢測(cè),任何設(shè)備或電纜發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)都能準(zhǔn)確定位,立時(shí)報(bào)警。.對(duì)關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題所采取的措施、系統(tǒng)的抗干擾由于礦井環(huán)境的限制,礦井“信集閉系統(tǒng)尤其是井下系統(tǒng)的電氣環(huán)境差、干擾嚴(yán)重。因此,在有關(guān)的輸入控制電路采用了光電隔離技術(shù)、輸出電路也采用了光耦和繼電器雙重隔離技術(shù)。同時(shí),在系統(tǒng)的合理接地、屏蔽、解決壓降、電纜鋪設(shè)等方面也采取了相應(yīng)有效的措施,確保了裝置和系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。、運(yùn)行狀態(tài)的確認(rèn)正確控制的基礎(chǔ)來(lái)至于正確的狀態(tài)判斷,所以僅僅解決干擾問(wèn)題是不夠的。因?yàn)樵谙到y(tǒng)狀態(tài)改變的過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)各種意想不到的情況,如遇到道岔轉(zhuǎn)換過(guò)程中的夾矸、擠岔、機(jī)車運(yùn)行中的闖紅燈報(bào)警等。如

28、果處理不當(dāng),就會(huì)發(fā)生走錯(cuò)方向、掉道、甚至叉腰、撞車等重大事故。因此系統(tǒng)在這方面采取了嚴(yán)格措施,使各種異常情況都快速準(zhǔn)確地顯示在系統(tǒng)的正確監(jiān)控之下,從而進(jìn)行方便有效的處理。、接點(diǎn)可靠性處理由于現(xiàn)場(chǎng)潮濕等原因,接點(diǎn)常常接觸不良,尤其在環(huán)境惡劣、動(dòng)作比較頻繁的井下,更是如此。因此本課題也采取了相應(yīng)的措施來(lái)進(jìn)行必要的技術(shù)處理。綜上所述,本礦井“信、集、閉系統(tǒng)采用總線現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)控制,充分發(fā)揮了遠(yuǎn)程智能化控制優(yōu)點(diǎn),自動(dòng)轉(zhuǎn)換的司控道岔、監(jiān)視運(yùn)輸狀態(tài)的模擬顯示屏、準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的車位顯示、自由可靠的進(jìn)路開放方式等既能保證電機(jī)車的安全暢通,又能大大提高生產(chǎn)效率。本“信、集、閉系統(tǒng)能顯著減少地電機(jī)車的起、停次數(shù),延長(zhǎng)電機(jī)

29、車的使用壽命,還可以明顯減少事故隱患,保證運(yùn)輸安全。由于司機(jī)可在車上控制道岔的轉(zhuǎn)換,不需停車和人工扳道岔,進(jìn)路也采取自由開放的形式,因此大大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)系第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文統(tǒng)的自動(dòng)化水平也隨之提高,為實(shí)現(xiàn)全礦井自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ),社會(huì)效益十分明顯。通過(guò)無(wú)線遙控式自動(dòng)道岔控制系統(tǒng)的運(yùn)行,表明本系統(tǒng)工作穩(wěn)定、操作和維護(hù)簡(jiǎn)單,系統(tǒng)硬件連線簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng),易于實(shí)現(xiàn)煤礦網(wǎng)絡(luò)化控制和管理,提高井下車場(chǎng)機(jī)車通過(guò)能力,保證機(jī)車的安全運(yùn)行,滿足礦井開拓后車場(chǎng)局部變更的需要。本課題是與安陽(yáng)中煤機(jī)械制造有限公司的合作項(xiàng)目,已完成井下“信、集、閉”系統(tǒng)中有關(guān)道岔控制部分,即:基于單片機(jī)的無(wú)線遙

30、控直流電動(dòng)道岔控制系統(tǒng)。后續(xù)章節(jié)將對(duì)此系統(tǒng)展開詳細(xì)介紹。第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文基于單片機(jī)的無(wú)線遙控電動(dòng)道岔控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三章.設(shè)計(jì)背景鐵路機(jī)車運(yùn)輸是礦井運(yùn)輸大巷的主要運(yùn)輸方式之一。隨著礦井生產(chǎn)的發(fā)展,運(yùn)輸量的不斷增長(zhǎng),列車的行車密度相應(yīng)增大,運(yùn)輸效率和行車速度也相應(yīng)地提高,因此對(duì)鐵路道岔設(shè)備有了更高的要求。以前,礦井大量運(yùn)行的機(jī)車道岔控制系統(tǒng)多數(shù)都采用手動(dòng)控制,其控制、檢測(cè)和保護(hù)的技術(shù)水平不高。由于電機(jī)車的運(yùn)行情況直接影響到礦井的運(yùn)輸能力,進(jìn)而影響到整個(gè)礦井的產(chǎn)量,特別是大型礦井和老煤礦。而且許多大中型礦井運(yùn)輸線路長(zhǎng)、道岔多,如果所有道岔的轉(zhuǎn)換都采用人工手動(dòng)操作,不但會(huì)造成電機(jī)車的頻繁啟

31、動(dòng)和停止,加劇設(shè)備的磨損,縮短設(shè)備的壽命,而且降低了運(yùn)輸效率,提高了運(yùn)輸成本。同時(shí),也會(huì)使電網(wǎng)電壓波動(dòng)嚴(yán)重。近幾年來(lái),雖然一些大型礦采用了電動(dòng)道岔控制技術(shù),也出現(xiàn)了司控道岔,使道岔控制的落后局面有所改進(jìn)。但由于這些系統(tǒng)多數(shù)采用單頻模擬信號(hào)的遙控方式或者繼電器控制,控制技術(shù)落后,信號(hào)的收發(fā)不可靠,極易受井下其它通信設(shè)備影響如載波電話、對(duì)講機(jī)等,再加上井下潮濕、有水等惡劣環(huán)境,使得系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)接觸不良、道岔轉(zhuǎn)換不到位、燒電機(jī)、甚至轉(zhuǎn)轍機(jī)誤動(dòng)作而引起車翻人傷的事故。而且維修麻煩,嚴(yán)重影響了礦井生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此,需要研制符合各種礦井需要的,而且控制方便、使用靈活、運(yùn)行可靠的自動(dòng)道岔控制系統(tǒng)。.控制

32、系統(tǒng)需求分析目前,礦區(qū)鐵路中最常用是直流電動(dòng)式轉(zhuǎn)軌機(jī),從控制方式上看,主要有現(xiàn)場(chǎng)操作式、司機(jī)遙控式司控式以及調(diào)度員集控式三種。常見司控模式是通過(guò)安裝在機(jī)車上的遙控發(fā)射機(jī),列車運(yùn)行經(jīng)過(guò)道岔時(shí),司機(jī)發(fā)出無(wú)線電信號(hào)的遙控,控制箱接收信號(hào)后電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)轍。在無(wú)線遙控出故障時(shí),可手動(dòng)控制箱進(jìn)行轉(zhuǎn)轍扳岔,在停電狀態(tài),可用手動(dòng)搖把進(jìn)行轉(zhuǎn)轍扳岔。第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文對(duì)比目前使用的各種道岔司控系統(tǒng),結(jié)合礦井轉(zhuǎn)軌系統(tǒng)實(shí)際情況,本課題從以下幾方面著手:、滿足需求的前提下考慮設(shè)備性價(jià)比,選用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的單片機(jī)作為系統(tǒng)控制部件。、以小巧輕便的無(wú)線遙控器替代安裝在機(jī)車上的遙控發(fā)射機(jī),改善了以往設(shè)計(jì)中司機(jī)只能

33、在機(jī)車操作臺(tái)上操作的局限。、增設(shè)道岔通行狀況顯示屏,該顯示屏使用高亮度指示燈,使司機(jī)米以外就可判斷道岔開啟方向,從而為司機(jī)做出準(zhǔn)確轉(zhuǎn)軌判斷預(yù)留充足時(shí)間。、設(shè)置手動(dòng)按鈕,即使在停電或者遙控設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)也能保證正常轉(zhuǎn)軌。、設(shè)置信號(hào)采集系統(tǒng),以實(shí)時(shí)掌握機(jī)車運(yùn)行狀況、現(xiàn)行位置以及道岔現(xiàn)行狀況。、充分考慮可能出現(xiàn)的誤操作并采取相應(yīng)處理措施。、鑒于礦井工作環(huán)境的復(fù)雜性,充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定安全,加強(qiáng)抗干擾環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。、預(yù)留通信接口,為接入礦井“信、集、閉系統(tǒng)做準(zhǔn)備。.基于單片機(jī)的無(wú)線遙控式直流電動(dòng)道岔控制系統(tǒng).系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)板如圖.所示。系統(tǒng)主要由遙控發(fā)射及接收電路、單片機(jī)控制電路、動(dòng)作信號(hào)輸出電路、道岔

34、顯示屏和自動(dòng)復(fù)位電路組成,系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖.所示。第頁(yè)圖基于單片機(jī)的無(wú)線遙控直流電動(dòng)道岔控制系統(tǒng)板圖 控制系統(tǒng)構(gòu)成. 系統(tǒng)工作原理機(jī)二行駛,前方規(guī)道前,刊機(jī)根據(jù)行駛需要和前方道龠紅綠燈肼娃示確認(rèn)是仃需要扳道。需攔扳道時(shí),刊機(jī)遙控有效距離內(nèi)按遙控器上前方道甜號(hào)棚敏的數(shù)鏃鍵.遙控器洲由時(shí)后迸衍的遙控接收模塊發(fā)?扳道指令女與道岔號(hào)肘/枷編刪,遙控接收模塊收到后送給控制潑道翁的單片機(jī),單片機(jī)門動(dòng)將臣編碼。奉機(jī)編碼進(jìn)行劉比,蔣碥口、江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文碼一致則發(fā)出扳道動(dòng)作指令,經(jīng)光電隔離后送給輸出繼電器,使輸出繼電器動(dòng)作,輸出繼電器動(dòng)作后整流橋得電,驅(qū)動(dòng)直流轉(zhuǎn)轍機(jī)完成扳道操作。位置傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

35、扳道是否到位。扳道到位時(shí)位置傳感器發(fā)出電信號(hào),該信號(hào)一方面送給單片機(jī)用來(lái)決定道岔不到位時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)復(fù)位功能,另一方面發(fā)給紅綠燈轉(zhuǎn)換電路以控制道岔顯示屏。道岔顯示屏顯示道岔號(hào)和道路通行紅綠燈,道岔號(hào)顯示由單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)并控制,道路通行紅綠燈則由紅綠燈轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng)并控制。道路通行紅綠燈除正常一紅一綠顯示外,還考慮到由于故障原因使道岔扳道未到位情況下的顯示,即:扳道未到位只顯示道岔號(hào),不顯示紅綠燈,以提示司機(jī)不能通過(guò)。系統(tǒng)還設(shè)有手動(dòng)按鈕,用于在遙控電路失效時(shí)應(yīng)急使用。第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第四章 無(wú)線遙控直流電動(dòng)道岔控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件部分主要由單片機(jī)控制電路、電源模塊、遙控接收及道

36、岔號(hào)顯示驅(qū)動(dòng)電路、道岔通行紅綠燈顯示及其驅(qū)動(dòng)電路、直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、傳感器信號(hào)采集電路構(gòu)成。.主控制器選擇主控制器需要完成的工作有:硬件方面需要控制電機(jī)正反轉(zhuǎn),接收位置傳感器信號(hào),設(shè)置手動(dòng)按鈕,接入總線組成信集閉系統(tǒng);軟件方面實(shí)現(xiàn)操作流程方面的需求,比如在電機(jī)動(dòng)作期間屏蔽遙控器和手動(dòng)按鈕以避免誤操作。對(duì)主控制器口線資源需求如表.所示。表.系統(tǒng)/口需求分析表單元電路 所需資源 備注遙控電路條口線 接收碼條,信號(hào)指示燈條占用外部并行數(shù)據(jù)、地址總線條,總線接口 條口線占用中斷資源條,控制總線條,信號(hào)指示燈條,復(fù)位信號(hào)條電機(jī)控制 條口線 正、反轉(zhuǎn)各條傳感器信號(hào)采集 條口線硬件看門狗 條口線由于系

37、統(tǒng)還要接入信集閉系統(tǒng),所以必須考慮主控制器的通信能力,在信集閉系統(tǒng)中需要傳輸?shù)男畔⒅饕?控制中心向智能終端發(fā)送扳道岔指令,智能終端向控制中心反饋道岔的道岔正常、故障等狀態(tài)信息,信息量不大,所以對(duì)于通信速度要求不高,但由于煤礦系統(tǒng)對(duì)安全性的要求高,所以對(duì)于通信的可靠性要求很高?；谶@些分析,系統(tǒng)選擇第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文了高可靠性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線總線詳見本文.。由于總線的協(xié)議相對(duì)復(fù)雜,所以很多公司都推出了支持協(xié)議的通信控制器,這些控制器各有特色,但從和主控制器接口的方便性、性價(jià)比等角度考慮,公司的成為首選。直接提供和兩種的接口: 系列單片機(jī)和的系列單片機(jī)。從整個(gè)系統(tǒng)的功能要求看,兩種都能滿

38、足要求,但單片機(jī)從市場(chǎng)占有率、開發(fā)資源的豐富程度、開發(fā)平臺(tái)的價(jià)格等方面都好于系列單片機(jī)。因此,系統(tǒng)主控制器選擇了公司的單片機(jī)。單片機(jī)是一種低功耗、高性能 位微控制器。使用公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造,與工業(yè)產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上允許程序存儲(chǔ)器在線可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的位和在系統(tǒng)可編程,使得單片機(jī)為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:字節(jié)閃速存儲(chǔ)器,字節(jié)內(nèi)部,個(gè)/口線,看門狗,兩個(gè)數(shù)據(jù)指針,兩個(gè)位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,一個(gè)向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí),可降至的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工

39、作模式。空閑方式停止的工作,但允許、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作;掉電方式保存中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。.遙控接收模塊及道岔號(hào)顯示驅(qū)動(dòng)電路遙控接收模塊及道岔號(hào)顯示驅(qū)動(dòng)電路接收由無(wú)線遙控器發(fā)射的信號(hào),并在道岔顯示屏上顯示當(dāng)前工作道岔號(hào)。電路如圖.所示.遙控接收模塊遙控接收采用型遙控接收模塊。該模塊工作電壓為,靜態(tài)電流,其接等余種頻率可選,收靈敏度高,可達(dá),工作頻率為有該模塊最大特點(diǎn)為帶解碼電路。/是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文電路,/最多可有位一三態(tài)地址端管腳懸空,接高電平,接低電平,任

40、意組合可提供地址碼,最多可有位數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從腳串行輸出。編碼芯片發(fā)出的編碼信號(hào)由:地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字,解碼芯片接收到信號(hào)后,其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后,腳才輸出高電平,與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平,如果發(fā)送端一直按住按鍵,編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有按鍵按下時(shí),不接通電源,其腳為低電平,所以的高頻發(fā)射電路不工作,當(dāng)有按鍵按下時(shí),得電工作,其第腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào),當(dāng)腳為高電平期間的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào),當(dāng)腳為低平期間的高頻發(fā)射電路停止振蕩,所以高頻發(fā)射電路完全收控于的腳輸出的數(shù)字信號(hào),從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控調(diào)制相當(dāng)于調(diào)

41、制度為%的調(diào)幅。在該道岔控制系統(tǒng)中,遙控接收模塊的、腳輸出位碼,即為道岔號(hào),分別接口的低位。當(dāng)無(wú)線遙控器發(fā)射信息時(shí),該模塊通過(guò)第腳接收相應(yīng)信號(hào),并送往單片機(jī).管腳。系統(tǒng)通過(guò)軟件采樣.腳,獲取無(wú)線遙控器發(fā)送的信息。電路如圖.所示。 , 【. 伍 腳 .冊(cè)拍巍【窖。 砌姍聊,、 刪硒:。圖. 遙控接收及道岔號(hào)顯示驅(qū)動(dòng)電路圖第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文.道岔號(hào)顯示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)道岔號(hào)顯示用單色制作見圖.道岔顯示屏,采用七段數(shù)碼顯示,顯示控制由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)并驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)芯片采用能提供單路驅(qū)動(dòng)電流的芯片七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列,以滿足道岔號(hào)顯示的亮度要求。正常工作時(shí)七段數(shù)碼管常亮,以顯示所在道岔的編號(hào),若需要改變

42、編號(hào),則僅需通過(guò)撥碼盤選擇即可。手動(dòng)按鈕兩端分別接單片機(jī)的外部中斷管腳和地線,腳外接上拉電阻。將其設(shè)置為下降沿觸發(fā)方式,當(dāng)按下時(shí)觸發(fā)外部中斷,在中斷服務(wù)程序中完成扳道功能。.道岔通行顯示屏及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).道岔通行顯示屏電路設(shè)計(jì)道岔通行顯示屏由兩個(gè)道岔紅綠燈顯示以及道岔號(hào)顯示三部分組成,用來(lái)顯示當(dāng)前道岔號(hào)以及機(jī)車通行方向。如圖.所示。星:仍口口口蘭蘭蘭量。毫蘭三蘭。氣妒。擴(kuò)。道岔紅綠燈 道岔紅綠燈道岔號(hào)圖.道岔通行顯示屏道岔號(hào)采用七段數(shù)碼管,正常工作時(shí)數(shù)碼管常亮,顯示所在道岔的編號(hào)。左右兩個(gè)道岔紅綠燈使用紅綠雙色制作成通行箭頭圖形。箭頭用來(lái)指示機(jī)車通行方向,紅、綠兩色分別表示禁止通行和允許通行

43、。扳道過(guò)程中若岔尖未扳到位,則兩個(gè)箭頭均不亮,表示機(jī)車不能通過(guò)。正常工作時(shí),兩個(gè)箭頭一紅一綠;出現(xiàn)故障時(shí)如扳道沒有到位,兩個(gè)箭頭均不亮。第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文.機(jī)車通行方向紅綠燈轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)該電路主要由雙路繼電器和位置傳感器配合完成。機(jī)車通行方向由顯示屏上箭頭指示,正常工作時(shí)有兩種狀態(tài)左綠右紅或者左紅右綠,出現(xiàn)故障時(shí)兩側(cè)箭頭均不亮。電路如圖.所示。圖.機(jī)車通行方向轉(zhuǎn)換電路圖位置傳感器采用電感式接近開關(guān),屬無(wú)源傳感器。它適用于煤礦井下、井口及進(jìn)風(fēng)巷道等各種場(chǎng)合。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝、使用、維護(hù)方便,防護(hù)等級(jí)高達(dá),可以采集各種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào),滿足了現(xiàn)場(chǎng)的特殊需求。位置傳感器安裝在鐵軌上,當(dāng)?shù)啦淼轿粫r(shí)傳

44、感器、腳導(dǎo)通,否則斷開。為箭頭電源,通過(guò)改變電源極性來(lái)切換兩個(gè)箭頭的紅綠光。二極管、用做反電動(dòng)勢(shì)保護(hù)。系統(tǒng)正常工作時(shí),兩個(gè)位置傳感器的任一電感式接近開關(guān)采樣到道岔到位時(shí),其、腳導(dǎo)通,使雙路繼電器或者得電吸合。若繼電器吸合,接,接地,此時(shí)道岔通行顯示屏左綠右紅,機(jī)車左側(cè)通行;若繼電器吸合,接,接地,此時(shí)道岔通行顯示屏左紅右綠,機(jī)車右側(cè)通行。若出現(xiàn)故障,比如道岔岔尖沒有到位,則兩個(gè)位置傳感器的、腳都不會(huì)導(dǎo)通,繼電器和自然都不會(huì)吸合,兩個(gè)端子、均懸空,兩側(cè)箭頭均不亮。各種工作狀態(tài)如表.所示。表.道岔工作狀態(tài)與器件、顯示屏狀態(tài)對(duì)照表道岔 位置傳 位置傳 繼電器 繼電器 端子 顯示器箭端子位置 感器 感

45、器 頭顯示未到位 斷開斷開 不得電 不得電 懸空 懸空 左滅右滅左邊到位 導(dǎo)通 斷開 得電 地 左綠右紅不得電右邊到位 斷開 導(dǎo)通 不得電 地 左紅右綠得電第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文.轉(zhuǎn)轍機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)轍機(jī) 是鐵路系統(tǒng)軌道轉(zhuǎn)換裝置的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu),其主要作用是完成對(duì)鐵路道岔的牽引,從而改變鐵路道岔的開通方向,并反映道岔的位置狀態(tài)。轉(zhuǎn)轍機(jī)以交流、直流電動(dòng)機(jī)或者汽泵為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換、鎖閉和監(jiān)督功能。本系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖.所示。圖.轉(zhuǎn)轍機(jī).驅(qū)動(dòng)電路圖單片機(jī)的兩個(gè)/口.和.通過(guò)光耦和控制兩個(gè)單路繼電器和。/口輸出低電平有效,即.輸出低電平時(shí)繼電器得電吸合,的、端子導(dǎo)通,電機(jī)正轉(zhuǎn);.輸出低電平時(shí)

46、繼電器得電吸合,的、端子導(dǎo)通,電機(jī)反轉(zhuǎn)。和輪流得電分別驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)完成兩個(gè)方向的扳道操作。扳道操作不允許和同時(shí)得電,即.和.不能同時(shí)輸出低電平。系統(tǒng)正常工作時(shí),單片機(jī)受程序控制不會(huì)輸出此非法狀態(tài).和.同時(shí)輸出低電平。但為了確保系統(tǒng)可靠,另外設(shè)計(jì)了一個(gè)或門來(lái)再次避免和同時(shí)得電。當(dāng).和.同時(shí)為低電平時(shí),或門輸出低電平,光耦、都只能處于截止?fàn)顟B(tài),繼電器、都不可能得電吸合,轉(zhuǎn)轍機(jī)既不能正轉(zhuǎn)也不能反轉(zhuǎn),不會(huì)實(shí)現(xiàn)扳道工作。各種工作狀態(tài)關(guān)系見表.。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)轍機(jī)驅(qū)動(dòng)電路既適用于直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī),也可用于氣動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī),從而使系統(tǒng)更加具有通用性。當(dāng)使用直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)時(shí),第腳接交流接觸器;當(dāng)使用氣第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩

47、士學(xué)位論文動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)時(shí),該管腳接電磁閥。表.工作狀態(tài)關(guān)系表光耦 光耦或門輸出 繼電器 繼電器勉高電平 高電平 高電平 截止 截止 不得電 不得電高電平 低電平 高電平 截止. 導(dǎo)通 不得電 得電低電平 高電平 高電平 導(dǎo)通 截止得電 不得電低電平 低電平 低電平 截止 截止不得電 不得電.傳感器信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)考慮到系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)道岔故障,即扳道指令已發(fā)出并延時(shí),而道岔仍未到位,此時(shí)需要系統(tǒng)復(fù)位從而進(jìn)行故障處理。而單片機(jī)要想在系統(tǒng)遇到此類狀況時(shí)自動(dòng)發(fā)出復(fù)位指令,需對(duì)位置傳感器信號(hào)進(jìn)行采集分析。若直接采集位置傳感器信號(hào),則需對(duì)兩個(gè)位置傳感器的信號(hào)分別采集并進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換由于傳感器用的是電源,

48、而單片機(jī)使用電源后送單片機(jī)處理。這種設(shè)計(jì)思路會(huì)導(dǎo)致硬件和軟件都相對(duì)復(fù)雜且降低工作穩(wěn)定性?？紤]到道岔通行顯示屏上箭頭電源端子和直接反映了兩個(gè)位置傳感器的狀態(tài)均不導(dǎo)通或只有一個(gè)導(dǎo)通,而自動(dòng)復(fù)位功能又只需關(guān)注扳道正常或不正常兩種情況的區(qū)別,無(wú)需判斷扳道到位時(shí)道岔岔尖具體位于哪個(gè)方向,因此可以把采集兩個(gè)傳感器信號(hào)的工作簡(jiǎn)化為采集顯示器兩個(gè)箭頭電源端子和是否有電而無(wú)需考慮電源極性。基于此,采集電路對(duì)兩種極性的顯示器箭頭電源信號(hào)用整流橋整流,整流后的單一極性信號(hào)送給光耦。光耦這里有兩個(gè)作用:一是通過(guò)信號(hào)隔離實(shí)現(xiàn)抗干擾,二是實(shí)現(xiàn)到的電平轉(zhuǎn)換。的輸出送單片機(jī)/口.。程序中通過(guò)對(duì).狀態(tài)的檢測(cè),實(shí)現(xiàn)故障處理。傳感

49、器信號(hào)采集電路如圖.所示。.系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),電源端子和都懸空,光耦輸出低電平,即可通過(guò)軟件檢測(cè)到.為低電平,單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位處理;系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),兩個(gè)電源端子其中一個(gè)為,另一個(gè)接地,經(jīng)過(guò)整流橋整流后輸出,光耦導(dǎo)通,輸出高電第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文平,軟件檢測(cè)到.為高電平,單片機(jī)不進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位。由于的輸出只有高、低電平兩種狀態(tài),所以也簡(jiǎn)化了單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)。圖.傳感器信號(hào)采集電路圖.復(fù)位及看門狗電路.復(fù)位及看門狗電路設(shè)計(jì)思路工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn),給系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)諸多問(wèn)題,使系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行而“死機(jī),甚至產(chǎn)生誤操作,造成嚴(yán)重的事故,究其原因是在執(zhí)行某條指令時(shí),受干擾的沖擊,使

50、它的操作碼或地址碼發(fā)生改變,致使該條指令出錯(cuò)。這時(shí),執(zhí)行隨機(jī)拼寫的指令,甚至將操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行,導(dǎo)致程序“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)。為使這種“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)的程序自動(dòng)恢復(fù),重新正常工作,一種有效的辦法是采用硬件“看門狗”技術(shù)。用看門狗監(jiān)視程序的運(yùn)行。若程序發(fā)生“死機(jī),則看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號(hào),引導(dǎo)單片機(jī)程序重新進(jìn)入正常運(yùn)行。干擾按其來(lái)源通?？煞譃閮煞N:第一、由電壓電源引起的干擾:這種干擾因素很多,如減幅振蕩、瞬時(shí)斷電及停電等都會(huì)經(jīng)電源竄入瞬變干擾,引起誤動(dòng)作。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,在單片機(jī)系統(tǒng)因外部干擾而引起的故障中,%以上是因電源干擾產(chǎn)生的,因此,對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)并采取相應(yīng)的措施對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行

51、非常必要。第頁(yè)江蘇大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二、由電源以外原因引起的干擾:主要是傳輸信道的干擾,如雜散電磁場(chǎng)通過(guò)感應(yīng)和輻射進(jìn)入信道的干擾,由于地阻抗耦合、漏電流等因素產(chǎn)生的干擾等。此類干擾同樣可以引起系統(tǒng)程序跑飛或死機(jī)等故障。除了從硬件方面加強(qiáng)抗干擾措施以外,使跑飛的程序重新進(jìn)入正常運(yùn)行也是很重要的。此外,單片機(jī)系統(tǒng)還有正常情況下的復(fù)位要求?；谝陨峡紤],系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)抗干擾以及復(fù)位環(huán)節(jié)。而美國(guó)公司生產(chǎn)的低價(jià)格微處理器專用監(jiān)控器芯片,減少了在微處理器系統(tǒng)中采用分離元件來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能所用的元器件數(shù)量和復(fù)雜性,并能提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。而且,除有看門狗作用以外,還有電源電壓檢測(cè)和上電手動(dòng)復(fù)位的功能。因此,設(shè)計(jì)中選用作為復(fù)位芯片,實(shí)現(xiàn)看門狗和復(fù)位功能。.芯片介紹、弓腳定義魄圖. 管腳定義、手動(dòng)復(fù)位輸入端/當(dāng)該端輸