CN104407252B - 一种矿用转撤机控制按钮的安全检测电路及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用转辙机控制按钮的安全检测电路及其检测方法。安全检测电路包括微处理器、频率信号检测电路、电平信号检测电路和矿用按钮。频率信号检测电路，其输入输出端与微处理器的输入输出端交互连接，其输入输出端通过矿用电缆与矿用按钮相连。电平信号检测电路，其输入输出端通过矿用电缆与矿用按钮相连，其输出端与微处理器的输入端相连。由以上技术方案可知，本发明采用频率信号检测电路和电平信号检测电路对矿用按钮进行了双重的安全检测，能够有效解决由于矿用按钮抖动、触点粘连等带来的误检测，在较低电路成本上实现了矿用转撤机控制按钮的安全检测。

Description

一种矿用转撤机控制按钮的安全检测电路及其检测方法

技术领域

本发明涉及矿用设备现场控制领域，具体涉及一种矿用转撤机控制按钮的安全检测电路及其检测方法。

背景技术

在矿山现场，矿用转辙机作为一种扳动道岔的设备，在物料、人员等运输过程中起到非常重要的作用。通常，矿用转辙机会接入运输监控***，***会根据当前需要控制矿用转辙机自动进行扳动道岔。然而，当未使用监控***或者监控***出现异常时，需要现场对矿用转辙机进行操作。

此时，矿用转撤机控制按钮，简称矿用按钮，作为一种简单有效的控制方式显的十分的重要。目前，常用的矿用转辙机控制按钮工作方式为：当外力使矿用按钮触点闭合时，矿用按钮的回路导通，一旦检测到矿用按钮的回路导通即认为本次矿用按钮有效；当矿用按钮和矿用转辙机之间距离较远，或者矿用按钮浸水、触点电阻较小时，很容易出现误检测，常采用的方法是增加矿用按钮回路的电压或电流值，这种方式不仅增加了设备功耗，在煤矿等特殊领域，这种功耗的增加将带来设备的隔爆及本安要求的提高，增加了设备成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿用转辙机控制按钮的安全检测电路及其检测方法，该安全检测电路及其检测方法能够弥补现有技术的不足，且能够在低电压、消耗较小电流的情况下，对矿用按钮进行可靠的安全检测。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种矿用转辙机控制按钮的安全检测电路，包括微处理器、频率信号检测电路、电平信号检测电路和矿用按钮。

所述的频率信号检测电路，其输入输出端与微处理器的输入输出端交互连接，其输入输出端通过矿用电缆与矿用按钮相连。

所述的电平信号检测电路，其输入输出端通过矿用电缆与矿用按钮相连，其输出端与微处理器的输入端相连。

进一步的，所述的频率信号检测电路包括输出隔离电路、回路控制电路、比较器电路、分压限流电路和输入隔离电路。

所述的输出隔离电路，其输入端接微处理器的输出端，其输出端接回路控制电路的第一输入端。

所述的分压限流电路，其输入输出端与矿用按钮交互连接，其输出端与比较器电路的输入端相连。

所述的比较器电路，其输出端接回路控制电路的第二输入端。

所述的回路控制电路，其输出端接输入隔离电路的输入端。

所述的输入隔离电路，其输出端接微处理器的输入端。

进一步的，所述的电平信号检测电路包括继电器隔离电路，所述的继电器隔离电路，其输入输出端与矿用按钮交互连接，其输出端与微处理器的输入端相连。继电器具有导通电流大、抗干扰性强等特点，两路检测电路相互配合，达到安全检测的目的。

更进一步的，所述的矿用按钮为触点常开型自复式按钮。

另外，本发明还涉及一种上述矿用转辙机控制按钮的安全检测电路的检测方法，该检测方法包括以下步骤：

（1）采用频率信号检测电路和电平信号检测电路分别检测矿用按钮的按下状态，所述的矿用按钮的按下状态包括有效按下状态和故障状态；

（2）若频率信号检测电路检测出矿用按钮为有效按下状态，且电平信号检测电路检测出矿用按钮为有效按下状态，则矿用按钮为有效按下状态；否则，矿用按钮为故障状态；

（3）若矿用按钮为故障状态，则采用频率信号检测电路和电平信号检测电路继续分别检测矿用按钮的按下状态，直至矿用按钮的故障状态解除。

进一步的，步骤（1）中，所述的采用频率信号检测电路检测矿用按钮的按下状态，具体包括以下步骤：

（11）设置用于频率信号检测电路检测的检测周期T1和脉冲数阈值N1，设置用于电平信号检测电路检测的低电平时间长度阈值T2，设置频率信号检测电路与电平信号检测电路的时间误差阈值TS；

（12）微处理器接收输入隔离电路的输出信号，并每隔时间T1对接收的信号的脉冲数进行判断；同时，微处理器接收继电器隔离电路的输出信号，并对输出信号的低电平持续时间进行检测；

（13）条件A：微处理器在T1时间内收到的脉冲数小于N1，条件B：微处理器接收到的输出信号的电平为低电平的时间长度小于T2；

若在满足条件A的±TS时间内，满足条件B，则矿用按钮为有效按下状态；否则，矿用按钮为故障状态。

进一步的，步骤（3）中，若矿用按钮为故障状态，则采用频率信号检测电路和电平信号检测电路继续分别检测矿用按钮的按下状态，直至矿用按钮的故障状态解除，具体包括以下步骤：

（31）设置脉冲数阈值N2；同时，设置用于电平信号检测电路检测的低电平时间长度阈值T3；

（32）微处理器继续接收输入隔离电路的输出信号，并每隔时间T1对接受的信号的脉冲数进行判断；同时，微处理器继续接收继电器隔离电路的输出信号，并每隔时间T2对输出信号的低电平持续时间进行检测；

（33）条件C：微处理器在T1时间内收到的脉冲数小于N2，条件D：微处理器接收到的输出信号的电平为低电平的时间长度小于T3；

若在满足条件C的±TS时间内，满足条件D，则矿用按钮的故障状态解除；否则，返回步骤（32）。

由以上技术方案可知，本发明采用频率信号检测电路和电平信号检测电路对矿用按钮进行了双重的安全检测，能够有效解决由于矿用按钮抖动、触点粘连等带来的误检测，在较低电路成本上实现了矿用转撤机控制按钮的安全检测。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是频率信号检测电路的原理框图；

图3是电平信号检测电路的原理框图；

图4是分压限流电路的电路原理图；

图5是本发明检测方法的流程示意图；

图6是频率信号检测电路的检测流程图；

图7是电平信号检测电路的检测流程图；

其中：

1、微处理器，2、频率信号检测电路，3、电平信号检测电路，4、矿用按钮，21、输出隔离电路，22、回路控制电路，23、比较器电路，24、分压限流电路，25、输入隔离电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种矿用转辙机控制按钮的安全检测电路，包括微处理器1、频率信号检测电路2、电平信号检测电路3和矿用按钮4。正常情况下，矿用按钮供人工进行操作。所述的频率信号检测电路2，其输入输出端与微处理器1的输入输出端交互连接，其输入输出端通过矿用电缆与矿用按钮4相连。所述的电平信号检测电路3，其输入输出端通过矿用电缆与矿用按钮4相连，其输出端与微处理器1的输入端相连。优选的，所述的矿用按钮4为触点常开型自复式按钮。所述的微处理器1的型号为LPC1768芯片，该芯片不仅用于产生8khz的频率量信号，并对该频率量信号进行回测；还用于对电平信号检测电路输出的电平量进行检测。

如图2所示，所述的频率信号检测电路2包括输出隔离电路21、回路控制电路22、比较器电路23、分压限流电路24和输入隔离电路25。所述的输出隔离电路21，其输入端接微处理器1的输出端，其输出端接回路控制电路22的第一输入端。所述的分压限流电路24，其输入输出端与矿用按钮4交互连接，其输出端与比较器电路23的输入端相连。所述的比较器电路23，其输出端接回路控制电路22的第二输入端。所述的回路控制电路22，其输出端接输入隔离电路25的输入端。所述的输入隔离电路25，其输出端接微处理器1的输入端。

具体地说，所述的输出隔离电路21与输入隔离电路25均采用光耦隔离电路。所述的回路控制电路22包括一开关三极管。所述开关三极管，其基极接输出隔离电路21的输出端，其集电极接输入隔离电路25的输入端，其发射极接比较器电路23的输出端。所述的比较器电路23采用放大器电路。如图4所示，所述的分压限流电路24包括电阻R1、电阻R2、二极管D和矿用按钮用电源（DC24V），矿用按钮用电源的正极经电阻R1、电阻R2接二极管D的阳极，二极管D的阴极接矿用按钮4的电源信号输入端，矿用按钮4的电源信号输出端接矿用按钮用电源的接地端。从电阻R1与电阻R2之间引出一条线作为该分压限流电路24的输出端，接比较器电路23的输入端。

频率信号检测电路的工作原理为：

微处理器1输出一频率量信号，经输出隔离电路21隔离后，将该频率量信号传输至回路控制电路22开关三极管的基极。此时，当矿用按钮4按下时，分压限流电路24会形成如图4所示的回路，分压限流电路24输出给比较器电路23的电压信号为电阻R1与R2分压后的电压值U1。当矿用按钮4未按下时，分压限流电路24不会形成如图4所示的回路，分压限流电路24输出给比较器电路23的电压信号即为矿用按钮用电源的电压U2。U1与U2是两个不同大小的电压值，其输出给比较器电路23，比较器电路会输出两个不同的控制信号给回路控制电路22开关三极管的发射极。当为U1时，回路控制电路22的开关三极管导通，频率量信号将继续传输至输入隔离电路25进行隔离，然后再输出至微处理器1。当为U2时，回路控制电路22的开关三极管截止，频率量信号从输出隔离电路21传输至回路控制电路22后，无法传输回微处理器1。因此，根据微处理器1从输入隔离电路25接收的信号，来判定矿用按钮是否正常工作。

如图3所示，所述的电平信号检测电路3包括继电器隔离电路，所述的继电器隔离电路，其输入输出端与矿用按钮4交互连接，其输出端与微处理器1的输入端相连。继电器隔离电路包括继电器和继电器用电源，继电器用电源和微处理器用电源是相互隔离的。继电器的线圈的两端继电器用电源和矿用按钮组成一回路。继电器的触点作为继电器隔离电路的输出端，接微处理器1的输入端。

电平信号检测电路的工作原理为：

当矿用按钮4按下时，继电器线圈通电，使继电器的触点闭合，微处理器1的输入端接收一个电平信号U3。当矿用按钮4未按下时，继电器线圈不通电，继电器的触点不闭合，微处理器1的输入端接收一个电平信号U4。U3和U4是两个不同的电平信号。

另外，本发明还涉及一种上述矿用转辙机控制按钮的安全检测电路的检测方法，如图5-图7所示，该检测方法包括以下步骤：

（1）采用频率信号检测电路和电平信号检测电路分别检测矿用按钮的按下状态，所述的矿用按钮的按下状态包括有效按下状态和故障状态；

进一步的，步骤（1）中，所述的采用频率信号检测电路检测矿用按钮的按下状态，具体包括以下步骤：

（11）设置用于频率信号检测电路检测的检测周期T1和脉冲数阈值N1，设置用于电平信号检测电路检测的低电平时间长度阈值T2，设置频率信号检测电路与电平信号检测电路的时间误差阈值TS。

（12）微处理器接收输入隔离电路的输出信号，并每隔时间T1对接收的信号的脉冲数进行判断；同时，微处理器接收继电器隔离电路的输出信号，并对输出信号的低电平持续时间进行检测；

（13）条件A：微处理器在T1时间内收到的脉冲数小于N1，条件B：微处理器接收到的输出信号的电平为低电平的时间长度小于T2；

若在满足条件A的±TS时间内，满足条件B，则矿用按钮为有效按下状态；否则，矿用按钮为故障状态。

（2）若频率信号检测电路检测出矿用按钮为有效按下状态，且电平信号检测电路检测出矿用按钮为有效按下状态，则矿用按钮为有效按下状态；否则，矿用按钮为故障状态。

（3）若矿用按钮为故障状态，则采用频率信号检测电路和电平信号检测电路继续分别检测矿用按钮的按下状态，直至矿用按钮的故障状态解除。

步骤（3）中，若矿用按钮为故障状态，则采用频率信号检测电路和电平信号检测电路继续分别检测矿用按钮的按下状态，直至矿用按钮的故障状态解除，具体包括以下步骤：

（31）设置脉冲数阈值N2；同时，设置用于电平信号检测电路检测的低电平时间长度阈值T3；

（32）微处理器继续接收输入隔离电路的输出信号，并每隔时间T1对接受的信号的脉冲数进行判断；同时，微处理器继续接收继电器隔离电路的输出信号，并每隔时间T2对输出信号的低电平持续时间进行检测；

（33）条件C：微处理器在T1时间内收到的脉冲数小于N2，条件D：微处理器接收到的输出信号的电平为低电平的时间长度小于T3；

若在满足条件C的±TS时间内，满足条件D，则矿用按钮的故障状态解除；否则，返回步骤（32）。

在本发明中，T1取值为5秒，T2取值为5秒，T3取值为2秒。微处理器输出的频率量信号为8KHz，N1取值为32000，N2取值为8000。

上述检测方法的原理为：

频率信号检测电路和电平信号检测电路的检测过程是相互独立的，微处理器对两个检测电路的输出信号进行综合判断分析。只有采用频率信号检测电路与采用电平信号检测电路同时检测出矿用按钮为有效按下状态时，微处理器才判定本次矿用按钮为有效按下状态。只要频率检测电路和电平信号检测电路中的一个检测出矿用按钮为故障状态时，也就是说如果微处理器检测到两个检测电路其中之一输出的矿用按钮的按下时间（触点闭合时间）大于T1时，微处理器就判定矿用按钮为故障状态，进入故障解除检测。当微处理器根据两个检测电路的输出信号，都能判定矿用按钮的故障解除时，才能够判定矿用按钮的故障真正解除、恢复正常的有效按下状态。

如图6所示，对于频率信号检测电路来讲，频率量信号通过对脉冲进行计数来达到计时的目的；当微处理器接收到输入隔离电路输出的脉冲信号，微处理器就启动定时器进行计数。若在T1时间长度内，微处理器检测到输入隔离电路输出脉冲信号的脉冲数大于等于N1，则微处理器判断矿用按钮为故障状态；若在T1时间内，微处理器检测到输入隔离电路输出脉冲信号的脉冲数小于N1，则根据频率检测电路判断矿用按钮为有效按下状态，脉冲计数器清零。当微处理器判定矿用按钮为故障状态时，微处理器每隔时间T1对输入隔离电路的输出信号进行检测，若在T1时间内，微处理器检测到输入隔离电路输出脉冲信号的脉冲数小于N2，则根据频率检测电路判断矿用按钮的故障状态解除。频率量信号与矿用按钮之间，不是直接通过矿用电缆连接的，矿用按钮只对频率信号检测电路的频率信号的通断起到控制作用；这种方式保证了矿用转撤机设备到矿用按钮之间的距离。

如图7所示，电平信号检测电路，与频率信号检测电路配合使用。通过矿用按钮控制继电器的吸合，实现电平信号的翻转。微处理器通过读取继电器隔离电路的电平输出信号，就能够判断矿用按钮的按下状态。对于电平信号检测电路来讲，微处理器接收到的输出信号的电平为低电平的时间长度小于T2，则根据电平信号检测电路判断矿用按钮为有效按下状态；若微处理器接收到的输出信号的电平为低电平的时间长度大于等于T2，则微处理器判断矿用按钮为故障状态。当微处理器判定矿用按钮为故障状态时，微处理器每隔时间T2对电平检测电路的输出信号进行检测，若输出信号的电平为低电平的时间长度小于T3，则根据电平信号检测电路判断矿用按钮的故障状态解除。

在实际检测过程中，采用频率信号检测电路和电平信号检测电路检测到矿用按钮有效按下的时间，并不是严格意义上的同一时间。因此，微处理器在接收两个检测电路的输出信号进行综合判断时，设置了一个频率信号检测电路与电平信号检测电路的时间误差阈值TS。也就是说，只要微处理器收到两个检测电路的矿用按钮为有效按下状态的时间差在TS时间以内，微处理器就认为两个检测电路是同时检测到矿用按钮为有效按下状态的。在本发明中，TS取1秒。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种矿用转辙机控制按钮的安全检测电路，其特征在于：包括微处理器（1）、频率信号检测电路（2）、电平信号检测电路（3）和矿用按钮（4）；

所述的频率信号检测电路（2），其输入输出端与微处理器（1）的输入输出端交互连接，其输入输出端通过矿用电缆与矿用按钮（4）相连；

所述的电平信号检测电路（3），其输入输出端通过矿用电缆与矿用按钮（4）相连，其输出端与微处理器（1）的输入端相连；

所述的频率信号检测电路（2）包括输出隔离电路（21）、回路控制电路（22）、比较器电路（23）、分压限流电路（24）和输入隔离电路（25）；

所述的输出隔离电路（21），其输入端接微处理器（1）的输出端，其输出端接回路控制电路（22）的第一输入端；

所述的分压限流电路（24），其输入输出端与矿用按钮（4）交互连接，其输出端与比较器电路（23）的输入端相连；

所述的比较器电路（23），其输出端接回路控制电路（22）的第二输入端；

所述的回路控制电路（22），其输出端接输入隔离电路（25）的输入端；

所述的输入隔离电路（25），其输出端接微处理器（1）的输入端；

所述的电平信号检测电路（3）包括继电器隔离电路，所述的继电器隔离电路，其输入输出端与矿用按钮（4）交互连接，其输出端与微处理器（1）的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种矿用转辙机控制按钮的安全检测电路，其特征在于：所述的矿用按钮（4）为触点常开型自复式按钮。

3.根据权利要求1所述的一种矿用转辙机控制按钮的安全检测电路的检测方法，其特征在于：该检测方法包括以下步骤：

（1）采用频率信号检测电路和电平信号检测电路分别检测矿用按钮的按下状态，所述的矿用按钮的按下状态包括有效按下状态和故障状态；

（2）若频率信号检测电路检测出矿用按钮为有效按下状态，且电平信号检测电路检测出矿用按钮为有效按下状态，则矿用按钮为有效按下状态；否则，矿用按钮为故障状态；

（3）若矿用按钮为故障状态，则采用频率信号检测电路和电平信号检测电路继续分别检测矿用按钮的按下状态，直至矿用按钮的故障状态解除。

4.根据权利要求3所述的一种矿用转撤机控制按钮的安全检测电路的检测方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的采用频率信号检测电路检测矿用按钮的按下状态，具体包括以下步骤：

（11）设置用于频率信号检测电路检测的检测周期T1和脉冲数阈值N1，设置用于电平信号检测电路检测的低电平时间长度阈值T2，设置频率信号检测电路与电平信号检测电路的时间误差阈值TS；

（12）微处理器接收输入隔离电路的输出信号，并每隔时间T1对接收的信号的脉冲数进行判断；同时，微处理器接收继电器隔离电路的输出信号，并对输出信号的低电平持续时间进行检测；

（13）条件A：微处理器在T1时间内收到的脉冲数小于N1，条件B：微处理器接收到的输出信号的电平为低电平的时间长度小于T2；

若在满足条件A的±TS时间内，满足条件B，则矿用按钮为有效按下状态；否则，矿用按钮为故障状态。

5.根据权利要求4所述的一种矿用转撤机控制按钮的安全检测电路的检测方法，其特征在于：步骤（3）中，若矿用按钮为故障状态，则采用频率信号检测电路和电平信号检测电路继续分别检测矿用按钮的按下状态，直至矿用按钮的故障状态解除，具体包括以下步骤：

（31）设置脉冲数阈值N2；同时，设置用于电平信号检测电路检测的低电平时间长度阈值T3；

（32）微处理器继续接收输入隔离电路的输出信号，并每隔时间T1对接受的信号的脉冲数进行判断；同时，微处理器继续接收继电器隔离电路的输出信号，并每隔时间T2对输出信号的低电平持续时间进行检测；

（33）条件C：微处理器在T1时间内收到的脉冲数小于N2，条件D：微处理器接收到的输出信号的电平为低电平的时间长度小于T3；

若在满足条件C的±TS时间内，满足条件D，则矿用按钮的故障状态解除；否则，返回步骤（32）。