CN105539514B - 一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***及方法，包括：信号放大与处理电路、LCD显示装置、继电器和电源分别与微处理器连接，检测电路与信号放大与处理电路连接；微处理器控制继电器的触点与索道PLC控制***连接；检测电路检测索道的两条钢丝绳的行波折射信号，所述行波折射信号经过放大处理后送入微处理器，微处理器根据接收到的行波折射信号计算钢丝绳碰触和缠绕的距离，并向索道PLC控制***发送报警信号。本发明有益效果：实时检测往复式客运索道承载索和牵引索两条钢丝绳的碰触和缠绕情况，发生故障时报警并将控制继电器输出信号送至索道控制器PLC实现故障停车，根据检测到的数据判断故障地点，以便维护人员检修。
Description
技术领域
本发明属于自动化控制技术领域，尤其涉及一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***及方法。
背景技术
往复式客运索道是两侧各用一根或两根钢丝绳(称做承载索)作为运载工具的轨道，由牵引索牵引客车沿承载索往复运动。但牵引索不能循环运转，而是带动客车在两站之间做往复运动。客车进入两端站房停车后，乘客上下车。
往复式客运索道适宜于架设在地形陡峭，距地高，距离短，高差大的跨河登山地带,具有单车运载量大、爬坡能力强和速度快等特点。
客运索道作为特种设备，安全是客运索道的生命。加强安全监督管理，保障客运索道安全运营一直是各级政府和索道运营企业坚持不懈的责任和目标。往复式客运索道正常运行时承载索和牵引索是相互分离的，如果由于其他外力引起两索的碰触和缠绕，将引发钢丝绳断裂，进而产生索道车厢坠入山崖的严重事故，严重影响了人身安全和设备安全。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***及方法，该***及方法利用行波折射原理检测两个钢丝绳的状态，发生缠绕时输出报警信号，同时给索道PLC控制***发送故障信息，实现故障停车，以达到客运索道安全的目的。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***，包括：检测电路、信号放大与处理电路、微处理器、LCD显示装置、继电器和电源；
所述信号放大与处理电路、LCD显示装置、继电器和电源分别与微处理器连接，检测电路与信号放大与处理电路连接；所述微处理器控制继电器的触点与索道PLC控制***连接；
所述检测电路检测索道的两条钢丝绳的行波折射信号，所述行波折射信号经过放大处理后送入微处理器，微处理器根据接收到的行波折射信号计算钢丝绳碰触和缠绕的距离，并向索道PLC控制***发送报警信号。
所述信号放大与处理电路包括：串联连接的运算放大器和光电隔离器。
所述检测电路包括：电阻R1、电阻R2和电容C；所述电阻R2和电容C并联连接，所述电阻R1与电阻R2和电容C的并联支路串联连接；电阻R2和电容C的并联支路一端接地。
一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***的实现方法，包括：
将索道承载索和牵引索两条钢丝绳分别作为两条导电线路，向所述线路施加设定的交流脉冲信号；
当线路上某一点F发生短路故障，即钢丝绳接触或缠绕时，该点处的暂态电压分量为该点正常负荷分量和暂态故障分量的叠加；
假定F点发生经Rf短路，令km和kn分别为牵引索和承载索处的反射系数，则钢丝绳接触或缠绕点F处产生反射系数kF和折射系数kz；
采用单端行波测距原理或者双端行波测距原理计算故障点F到M端或者N端的距离；
根据求解反射系数和折射系数以及故障点F到M端或者N端的距离实现往复式客运索道钢丝绳缠绕的确定以及缠绕点位置的确定。
所述采用单端行波测距原理计算故障点F到M端或者N端的距离的方法为：
在M端检测到初始行波第一次到达M端的时刻t1以及该行波从故障点F反射回M端的时刻t2；根据两时间差，计算故障点到M端的距离；
或者，在N端检测到初始行波第一次到达N端的时刻t1以及该行波从故障点F反射回N端的时刻t2；根据两时间差，计算故障点到M端的距离。
所述采用双端行波测距原理计算故障点F到M端或者N端的距离的方法为：
设tm，tn分别为故障初始行波到达M端和N端母线的时刻，l为M端到N端的总距离，则故障点到M端或N端的距离x为M端到N端的总距离与故障初始行波到达M端和N端母线的时间差所对应的距离的和的一半。
本发明的有益效果：
采用行波折射检测原理，以可编程DSP320系列微处理器作为检测、运算和控制单元，实时检测往复式客运索道承载索和牵引索两条钢丝绳的碰触和缠绕情况，发生故障时报警并将控制继电器输出信号送至索道控制器PLC实现故障停车，根据检测到的数据判断故障地点，以便维护人员检修。
附图说明
图1(a)为短路故障示意图；
图1(b)为短路故障等效电路示意图；
图1(c)为短路故障正常负荷分量示意图；
图1(d)为短路故障暂态故障分量示意图；
图2为单相导线的等值电路示意图；
图3为故障行波过程网格图；
图4(a)为单端行波测距法原理图；
图4(b)为双端行波测距法原理图；
图5为本发明往复式客运索道钢丝绳防缠绕***结构示意图；
图6为检测电路结构示意图；
其中，1、检测电路；2、信号放大与处理；3、微处理器；4、LCD显示；5、继电器；6、稳压电源与特定电源。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***，如图5所示，包括：检测电路1、信号放大与处理2、微处理器3、LCD显示4、继电器5和电源6；所述信号放大与处理2、LCD显示4、继电器5、电源6分别与微处理器3连接，检测电路1与信号放大与处理2连接。
检测电路检测索道的两条钢丝绳的行波折射信号，行波折射信号经过放大处理后送入微处理器，微处理器根据接收到的行波折射信号计算钢丝绳碰触和缠绕的距离，并向索道PLC控制***发送报警信号。
信号放大与处理电路包括：运算放大器LM324和光电隔离4N25。
检测电路如图6所示，包括：电阻R1、R2，电容C组成的信号采集电路。电阻R2和电容C并联连接，电阻R1与电阻R2和电容C的并联支路串联连接；电阻R2和电容C的并联支路一端接地。
本发明采用TMS320C6416微处理器作为行波检测和处理单元。TMS320C6416微处理器，主频600MHz，内部包括一个DSP内核、一级数据Che、一级程序Che、二级存储器、增强型DMA控制器(EDMA)、Vterbi译码协处理器(VCP)、Turbo译码协处理器(TCP)；对外接口包括两个外部存储器接口(EMIFA和EMIFB)、主机接口(HPI)、PCI接口、UTOPIA接口、多通道缓冲串口(McBSP)。DSP内核采用超长指令字(VLIW)体系结构，有8个功能单元、64个32bit通用寄存器。一个时钟周期同时执行8条指令，运算能力可达到4800MIPS(每秒百万条指令)，支持8/16/32/64bit的数据类型。两个乘法累加单元一个时钟周期可同时执行4组16×16bit乘法或8组8×8bit乘法，每个功能单元在硬件上都增加了附加功能，增强了指令集的正交性。除此之外还增加了一些指令用以削减代码长度和增加寄存器的灵活性。
行波折射信号通过信号放大器放大，连接到TMS320C6416微处理器的A/D转换器接口进行模数转换，微处理器通过运算得出钢丝绳碰触和缠绕的距离，由LCD显示器显示出来，并通过I/O接口输出报警信号到索道控制PLC，实现故障停车。
本发明的原理为：
1、本发明是基于行波保护的原理来进行钢丝绳的碰触缠绕检测。
把两条钢丝绳作为两条导电线路，施加特定的交流电源信号，当线路上某一点F发生短路(钢丝绳接触和缠绕)时可利用叠加原理进行分析。因此，图1(a)可用图1(b)等效，进而图1(b)又可视为正常负荷分量图1(c)和故障分量图1(d)二者的叠加。由于行波测距仅反映时间极短的故障暂态分量信号，因此仅讨论故障暂态分量信号。由图1(d)可见，故障分量相当于***电势为零时，在故障点F处附加一与该点正常负荷状态下大小相等而方向相反的电压。
假定线路参数沿线均匀分布，且忽略电阻和电导的影响，即认为电线是均匀无损的，其单根导线的等值电路如图2所示。图2中线路单位长度电感和电容分别为L和C，则在Δx这一段线路上的电感和电容分别为LΔx和CΔx。根据图1(d)所示的故障分量原理图，当在图2中F点加上电压时，相当于C1上的电压为UF。C2和C'2分别经过电感LΔx与F点相连，因此UF到达C2和C'2要经过一定的时间。同理，UF到达C3和C'3要经过更长的时间。由此可见，UF这一电压是以一定的速度向+x和-x方向运动，即电场是以一定速度运动的。
同时，在电容充电时将有电流流过电感，并在导线周围建立磁场。因为电压UF以一定的速度运动，所以也有对应的电流iF以一定的速度运动，即磁场也是一定的速度运动的。当UF和iF运动到某一点时，该点就获得UF和iF及相应的电磁场，这个运动着的UF和iF就称电压波和电流波。
当传播路径上，当某点两侧的波阻抗不匹配，就会出现折反射现象。假定F点发生经Rf短路，令km、kF和kn分别为M母线、F点和N母线处的反射系数，kz为F点的折射系数,则故障产生的暂态行波过程可用网格图3表示。
F点的折反射系数计算如下(从M侧看F点，下文同)：
Zc1＝Zc (2)
其中kF为模值小于1的负实数，kz＜1为正实数。
本实施例采用单端行波定位检测原理，如图4(a)所示，当线路F点发生故障时，在M端可以检测到初始行波第一次到达M端的时刻(t1)以及该行波从故障点反射回M端的时刻(t2)。根据行波传播原理，在M端可以利用单端获取的时间信息计算出故障点到M端的距离：
式中，l为故障点距离；v为行波传播速度(接近光速)。
同理，也可利用N端获取的时间信息计算出故障距离。
也可以采用双端行波故障定位是指同时利用两端获取的行波信息进行故障距离的计算，图4(b)为双端行波定位原理图。
设tm，tn分别为故障初始行波到达m侧和n侧母线的时刻，则有
式中v为行波传播速度，Δt为两侧接收到初始行波的时间差。故障后将本端测量到的时间传给对端，两端均可计算出故障距离。
本发明采用单端行波定位检测原理计算故障点F到M端或者N端的距离。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***，包括：检测电路、信号放大与处理电路以及微处理器，检测电路与信号放大与处理电路连接；其特征是，还包括：LCD显示装置、继电器和电源；
所述信号放大与处理电路、LCD显示装置、继电器和电源分别与微处理器连接；所述微处理器控制继电器的触点与索道PLC控制***连接；
所述检测电路检测索道的两条钢丝绳的行波折射信号，所述行波折射信号经过放大处理后送入微处理器，微处理器根据接收到的行波折射信号计算钢丝绳碰触和缠绕的距离，并向索道PLC控制***发送报警信号。
2.如权利要求1所述的一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***，其特征是，所述信号放大与处理电路包括：串联连接的运算放大器和光电隔离器。
3.如权利要求1所述的一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***，其特征是，所述检测电路包括：电阻R1、电阻R2和电容C；所述电阻R2和电容C并联连接，所述电阻R1与电阻R2和电容C的并联支路串联连接；电阻R2和电容C的并联支路一端接地。
4.一种如权利要求1所述的往复式客运索道钢丝绳防缠绕***的实现方法，其特征是，包括：
将索道承载索和牵引索两条钢丝绳分别作为两条导电线路，向所述线路施加设定的交流脉冲信号；
当线路上某一点F发生短路故障，即钢丝绳接触或缠绕时，该点处的暂态电压分量为该点正常负荷分量和暂态故障分量的叠加；
假定F点发生经Rf短路，令km和kn分别为牵引索和承载索处的反射系数，则钢丝绳接触或缠绕点F处产生反射系数kF和折射系数kz；
采用单端行波测距原理或者双端行波测距原理计算故障点F到M端或者N端的距离；
根据求解反射系数和折射系数以及故障点F到M端或者N端的距离实现往复式客运索道钢丝绳缠绕的确定以及缠绕点位置的确定。
5.如权利要求4所述的一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***的实现方法，其特征是，所述设定的交流脉冲信号具体为24V，1000Hz。
6.如权利要求4所述的一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***的实现方法，其特征是，所述采用单端行波测距原理计算故障点F到M端或者N端的距离的方法为：
在M端检测到初始行波第一次到达M端的时刻t1以及该行波从故障点F反射回M端的时刻t2；根据两时间差，计算故障点到M端的距离；
或者，在N端检测到初始行波第一次到达N端的时刻t1以及该行波从故障点F反射回N端的时刻t2；根据两时间差，计算故障点到M端的距离。
7.如权利要求4所述的一种往复式客运索道钢丝绳防缠绕***的实现方法，其特征是，所述采用双端行波测距原理计算故障点F到M端或者N端的距离的方法为：
设tm，tn分别为故障初始行波到达M端和N端母线的时刻，l为M端到N端的总距离，则故障点到M端或N端的距离x为M端到N端的总距离与故障初始行波到达M端和N端母线的时间差所对应的距离的和的一半。
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