矿山卷扬机信号显示仪中的同步与传输电路原理2004年9月

摘要  介绍了矿山卷扬机信号显示仪的组成、功能特点，分析了信号接收、发送电路及故障自动保护电路，说明了其优点及存在的不足。

关键词  矿山卷扬机信号显示仪  信号显示   同步  信号传输  自动保护

0  引言

在矿山分层开采中，矿井卷扬机通过升降罐笼将人员、物品在井口与各中段（开采层）以及中段之间运送。矿山卷扬机信号显示仪专门用来沟通井口、各中段、卷扬机司机台之间的信息，以使地面司机能够控制好卷扬机完成各种运送任务。

1  显示仪简介

1.1 组成

矿山卷扬机信号显示系统组成框图如图1所示。司机台与井口总机（以下如无特别说明，将司机台与井口总机也统称为分机）位于地面，其它的分机均处于地下各中段处。如图1所示，系统中各分机之间的信号传输介质为双绞线（也可以是其它导线），双绞线的一根接地，信号电平（采用负逻辑）在另一根导线上传输。在每一个中段处的各分机都具有发送和接收信号的功能。这种发送与接收信号的功能转换是由系统预定的时间表来规定的，即系统规定了何时由何分机来发送信号，其它分机只能处于接收信号的状态。井口总机具有对显示仪所控资源（如运输罐笼的使用权）最高的控制权力，其它分机如果要使用这些资源，必须发送信息给井口总机并获得总机的允许才能使用。一旦获得总机的允许，该分机就获得了系统资源的控制使用权，其使用系统资源的状况等各种信息都将显示在所有接入显示仪系统中的分机显示器上。在该分机所处中段完成了运送任务后，需要发送结束信号到井口总机，将控制权交还给总机，以便总机能够将系统的资源交给别的分机使用。

                      图1 矿山卷扬信号显示仪系统组成

1.2 功能特点

该显示仪具有如下一些功能特点：

①任何一台分机均可以向井口总机要求使用系统资源；

②任何一台分机均可以故障自动切除,不影响显示仪中其它分机的正常工作；

③任何一台分机可以随时投入到显示仪中来工作，1.6s即可正常，也可以随时关掉任何一台分机而不影响其它分机的工作；

④信号传输抗干扰能力强，显示准确无误；

⑤显示仪的所有信号传输介质仅为一对双绞线，与以前传统的信号显示方法相比大大降低了敷设电缆的造价，传输距离超过200m。

2 各分机的同步

   因为系统只采用一对导线传输信号，传输信号采用时分制进行，而且要保证各分机能随时随地地投入或者退出，所以本显示仪一定要有一种同步地措施来保证各分机地同步，才能保证信号的正确传输。本仪器采用的同步方法是行之有效的，能在任何情况下保证不失步。其主要是利用同一交流电网正弦波来触发产生各分机的同步脉冲。即每一分机的步调都以电网的频率和相位作为参照，其组成方框图如图2所示。各分机都是通过将电网电压变压成15V的正弦波再整流，然后利用施密特触发器整形变成100Hz的方波脉冲，将该方波脉冲作为各分机的同步脉冲来达到发送与接收的同步。由于各分机使用的是同一电网，其同步信号在频率和相位上完全是一样的，从而保证了显示仪系统内的各分机的发送与接收信号时间表的严格一致，能够准确地同步。即使各分机开机的先后次序不同，也能保证同步。因为整个显示仪的工作周期定为1.6s，故同步只须1.6s就可完成。

                     图2 同步脉冲发生电路框图

3 信号传输

3.1逻辑制度的规定

   本仪器系统规定在分机内部采用正逻辑制度，即信号用高电平（逻辑“1”）表示，无信号用低电平（逻辑“0”）表示；传输信号采用负逻辑制度，即正电压表示“0”，负电压表示“1”。这样使得传输信号线上的逻辑摆幅很大，有利于抗干扰。在发送信号时只发送“1”不发送“0”。或者说当分机发送信号“1”时，传输介质上为低电平“0”；当分机发送“0”信号时，传输介质上为高电平“1”。所以当传输介质上无信号时为高电平。

3.2信号传输电路

3.2.1信号接收电路

在图3中， 组成了信号接收电路。当双绞线输入一个低电平信号时， 导通， 截止， 导通，使本机接收到高电平“1”，从而完成信号的接收，同时将双绞线上的负逻辑信号转换成了正逻辑信号。此电路接收到的信号送入本机内部进行处理并显示。

3.2.2 信号发送电路

如图3所示，信号发送电路由 组成。当本机发送信号为“1”时， 导通，使 饱和导通， 导通，使双绞线上为低电平，将信号发到了传输双绞线上。在信号通过双绞线发送出去的信号送入本分机的接收电路接收到内部，供本机内部电路处理并显示在本机显示器上。

                   图3 信号传输及故障自动保护电路

3.2.3 故障自动保护电路

由于多台分机均要通过一对双绞线来传输信号，当连接到双绞线上的某一台分机出现故障时会导致整个仪器系统不能正常工作，故必须采取保护措施将故障分机自动切除。由传输逻辑的规定可知，如果某台分机发生故障，它不发任何信号，即当轮到它发信号时，总是发出“0”信号，这时它不会影响其它分机的正常运行，就像它不存在一样，可以不加理会，这种故障可由人工干预排除；但如果某台分机发生故障且总是发出“1”信号，双绞线上一直为低电平，这时它就会影响别的分机发出信号了，应迅速将它自动切除。对这种情况本显示仪采用了如图3所示的自动保护电路来切除故障分机。在故障分机一直发送信号“1”时，传输介质上就会一直保持低电平， 将一直导通，使 截止， 将被充电。当 充电到一定的电压时，稳压管 会击穿，使 导通， 截止，继电器J失电跳开，从而将故障分机从双绞线上切除，达到自动保护的目的。

4 结束语

  本文所述的同步方法独特有效，能保证仪器的各个分机可靠同步；信号传输电路只需要一对传输导线，抗干扰能力强，传输距离可达到200m以上，对负载的电容效应没有要求；同时还实现了故障自动保护的功能，能够十分迅速准确地将故障分机自动从系统中切除。其缺点是它需要有一负电源支持，而且不适用于高频电路。

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以上资料摘录自《自动化仪表》杂志
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