新型可调延时点火电路的设计及应用.pdf

第 3期 总第 1 4 8 期 2 0 0 8年 6月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUTOM AT1 0N No．3 J u n ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 8 0 3 0 1 5 9 - 0 2 新型可调 延 时点火 电路 的设计及应用 刘 琪 ，谭迎新 中北 大学 化 工与环境 学院 ，山西 太原0 3 0 0 5 1 摘要 在粉尘爆炸试验过程 中 ， 可燃粉尘被扬起后 。 扬尘 悬浮时间需要精确控制 ，延时一段 时间后 点火 ，这样 才能达到较高的燃爆 效果 。 介绍 了点火延 时电路、 高压点火触发 电路各部分 的工 作原 理 ， 并设计出各部分的电 路图 ，使各部分 电路 协调工作 ，以达到延时点火控制 的要求 。最 后还对延时误差及延时精确度进行 了分析 。 关键词 可燃粉尘 ；延 时电路 ；高压点 火控 制 中图分 类号 T K4 1 3 ． 9 1 T D7 1 4 ． 5 3 文献标识码 A 0 引言 目前 ，我 国煤 矿重 特大 事故 爆发 频繁 ，随着粉 尘 爆炸事故在现代工业生产中的 日益增多 ，已引起各国 研究人员的高度重视。因此 ，为模拟煤矿现场爆炸状 况 ，设计制造出一套水平管道气体一粉尘爆炸实验装 置。当粉尘被吹起后，扬尘时间需要精确控制，使粉 尘悬浮一段时间后点火 ，这样才能达到较高的燃爆效 果 。 L 1 精 确得 到粉尘 悬 浮与沉 降 时间 ， 在巷 道 中悬 浮最 为充分时点燃粉尘 ，得到的燃爆指数可信度更高 。 1 系统 控 制原 理 首先将需要试验的可燃粉尘吹入管道设备，利用 电极点火， 使其发生爆炸； 然后采集所需的爆炸参数， 并通过管道设备预留的视窗观察爆炸现象 。整个试验 在一个管道设备内进行，试验粉尘吹入管道设备后接 着就是电极点火，其间有一个延时，这段时间要求设 计的延时电路可调可视 ， 延时时间为 1 0 ms 2 s ， 控制 精度 为 0 ． 1 ms 。 2延时 电路设 计原理 首先 预置 一个 延 时时 间 ，通 过调节 拨码 开关 改 变 预置 的 时间 ， 并通 过 I E D数 字显 示器 显示 。 在 吹粉 结 束的同时， 1 0 k Hz 方波触发计时电路开始工作 ， 计时开 始。 当计时电路输出端通过译码器与 I E D数字显示器 连接时，可以看到变化的数字显示 。延时电路原理图 见 图 1 。计 时 电路 的输 出端 电平 与拨 码 开关 预置 的 电 平通过门控 电路进行控制 ，在计 时时间到达预置时间 时给出延时结束信号 。 2 ． 1 1 O k Hz方 波信号 发 生器 计时电路的 C P触发信号为 1 0 k Hz方波信号 ，延 太原市科技 局明星专项基金项 目 0 7 0 2 0 4 0 0 3 收稿 日期 2 0 0 7 ～ 0 9 1 4 ；修 回 日期 2 0 0 7 ～ 1 2 - 2 5 作者简介 刘琪 1 9 8 2 一 ， 女， 河南新 乡人 ， 硕 士研究生。 时精度要求在 0 ． 1 ms 。因此，采用 5 MHz晶振设计了 1 0 k H z方波信号发生电路， 见图 2 。 5 MHz的方波信号 经过两次 1 O分频 ，再经过一次 5分频 即得到 1 0 k Hz 方波信号 ， 即输 出频率一原始频率／ 分频 1 分频 2 分频 3 一5 0 0 0 0 0 0 Hz ／ 1 0 1 0 5 一1 0 0 0 0 Hz 。 图 1延 时 电路 原 理 图 2 ． 2计 时 电路 设计 7 4 1 6 0是 同步可预置十进制计数器 ，它具有异步 清除端与同步清除端 。它不受时钟脉冲控制 ，只要到 达有效电平 ，就立即清零 ，无需再等下一个计数脉冲 的有效 沿到 来 。 在 I OAD 、 E NT、 E NP都 为 高电平 的前 提下 ， 一 旦 c I K端接收到脉冲信号就会开始计时， 最开始 Q A 、 Qn 、Q 、 Q。 端输 出为 0 、0 、0 、0 ，在脉冲信号第一个 上升沿时 ，计数为 1 ，QA 、 Qn 、Q QD 输出为 1 、0 、 0 、0 。以此类 推 ，当 Q A 、 Qn 、 Qc 、 QD 输 出 为 1 、0 、0 、 1时 ， RC O进位条件满足 ， RC O端就会输出一个高电 平。两个 7 4 1 6 0的串联电路见图 3 。 2 ． 3延 时时 间到达信 号 的输 出电路 设计 利用 拨码 开关 设定 延 时时 间 ， L E D 上显示 的数 字 就 不会改 变 。另外 一 端 的计 时 器随 着时 间 的变 化 ，从 0到 9循环 。 - 3 J 可以将各对应端电平分别进行 比较，通过一些 门 控电路来实现 电平两两相同时导通 ，即计时器的计时 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 0 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 8年第 3 期 时间与设定时间相同时导通。 2 ． 4 延 时到 达启 动点 火 电路 设计 当延时时间到达时， 延时电路输出端 Q会输出高 电平 。 用延时电路的输出端与继 电器的输入端相连 ， 继 电器 的输 出端 接在 高压 电源和 点火 电极 之间 ，即能 将 延时时间到达信号输 出给点火电源。启动点火电路原 理 图见 图 4 。 整个延时电流都是在 5 V 电压下工作的，当延时 时间到达时，高电平从 Q端输 出，整个回路导通，动 合型继 电器 K2的输 出端就会闭合 ，高压回路也就随 之 导通 ，高压 电源就 会放 电 。 图 2 1 0 k Hz 方波信号发 生电路 国 3两个 7 4 1 6 0的串联电路图 图 4 启动点火 电路原理 图 3 延 时精 度讨 论 T TI 集成 块工 作时 间会 有一 定 的延迟 ， 这 段延迟 时间将影响到延时电路的精度 。 7 4 I S 0 4的延时时间小 于 4 0 n s ， 当触发延时电路工作的信号从 C P端输 出时， 信号延时为不大于 4 O 4 1 6 0 n s ，C P信号通过 3片 7 4 I 9 0电路造成 的延 时不 大于 4 O 3 1 2 0 n s 。 L 4 由 于计数器 7 4 1 6 0的工作频率为 2 5 MHz ， 所以它可以计 数到的脉冲最短时间不会大于 4 0 n s 。由上述分析可知 延时电路输入与输出端之间总延迟时间不大于 4 O 4 4 O 4 O 3 3 20 ns。 此延迟时间与延时 电路 工作 的最 短时间 0 ． 1 ms 相 比可以忽略 ，可保证本设计 的精度 。 下 转第 1 6 3页 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8 年 第 3 期 机 械 工 程 与 自 动 化 1 6 3 轻了工人的劳动强度 ，提高了生产效率，而且可以实 现分段控制总管理 ，维修时不必停泵 ，且不会造成乳 化液的大量损耗 ，在煤矿行业市场有很大的潜力 。 ⋯管 一 主 回 液 管 路 一 2 Fl l N tiS 2 I赫3 阀 组 。 。 L 液箱 1 一 高 压 截 止 阀 ；2 -- 低 压 截 止 阀 图 2 支架液压 系统中截止阀的实 际应 用情况 4结束语 液压支架检修时 ，需分别关闭本架的进 回液截止 阀，检修完毕后再分别开启进回液截止阀。如果要检 修 1 O架或更多的支架， 则反复很多次 ， 检修工的工作 量较大。F Y J T4 o o ／ 4 O型顺序控制主管路断路阀采 取分段控制 ，在不停泵的情况下 ，可以集 中处理支架 的各类 问题 。这 样一 来 既避免 了重复 劳动 ，节 约 了时 间 ，同时也提高了工作效率。该 阀必将取代手动截止 阀 ，在 支架 液压 领 域 内大量 推广 。 图 3 支架液压 系统中 F YJ ～T4 0 0 ／ 4 0 顺序控 制 主管路 断路 阀的安装情况 参考文 献 [ 1 ] 张宏 ， 赵国栋． 新型液压 阀 液控式截 止阀[ J ] ． 煤炭科 技 ， 1 9 9 9 3 8 一 l O ． S t ud y o n S e q u e n c e Co nt r o l M a i n Pi pe l i ne Cu t o f f Va l v e ZHANG Ho ng mi ng To n gme i Da t o n g Ta s h a n Co a l Mi n e Co． Lt d．， Da t on g 0 37 0 03 ， Chi n a Ab s t r a c t Th e s t r u c t ur e a n d o p e r a t i n g p r i n c i p l e o f s e q u e n c e c o n t r o l ma i n p i p e l i n e c u t o f f v a l v e a r e i n t r o d u c e d ． An d t h e a p p l i c a t i o n f o r e gr ou nd o f c ut of f v a l v e s i n t h e po we r e d s upp o rt i s pr os pe c t e d． Ke y wo r d hy dr a u l i c c o nt r o l ； s e que nt i a l c ont r ol ； c ut of f v al v e ． 上接 第 1 6 0页 4结论 本文详细叙述 了可调延时时间控制点火 电路的设 计方案 ， 讨论 了延时范 围， 分析了延时误差。在控制系 统 领 域 中， 大 量用 到 时 间控制 系统 ， 因此设 计 一套 切 实 可用 的延时系统非常必要 ， 它使得测得 的数据可信度 更高。本设计可推广到其它数控系统 中的延时控制领 域 ， 实用 性强 ， 应用 面广 。 参考 文献 [ 1 ] 高存 文 ， 王 晶禹． 密 闭容器中粉尘 爆炸发展 的影 响因素分 析 [ J ] ． 科技 情报开发与经济 ， 2 0 0 2 ， 1 2 1 1 1 8 1 1 9 ． [ 2 ] 隋涛 ， 周强． 一种可控制延时 电路 的设 计[ J ] ． 煤 矿现代 化 ， 2 0 0 5 6 4 1 - 4 2 ． [ 3 ] 额尔登宝音． 利用数字技术 的延时 电路 [ J ] ． 北京广播学 院 学报 ， 2 0 0 0 2 3 9 4 2 ． [ 4 ] 彭连 群 ， 盖春 华． 可 调 自动定 时器 的设 计与应用 [ J ] ． 气象 水文海洋仪器 ， 1 9 9 9 1 3 9 4 2 ． De s i g n a n d Ap p l i c a t i o n 0 f a Ne w Ad j u s t a b l e Ti me De l a y I g n i t i o n Ci r c u i t L I U Qi T AN Yi n g x i n S c h o o l o f Ch e mi c a l En g i n e e r i n g a n d En v i o n me n t ， No r t h Un i v e r c i t y of Ch i n a， Ta i y u a n 0 3 0 0 51 。 Chi n a Abs t r a c t I n o r d e r t o ac hi e ve t he ide a l e x pl o s i on e f f e c t， t h e du s t s us pe ns i o n t i me mus t be c on t r ol l e d a c c ur a t e l y i n du s t e xp l o s i on t e s t ．Thi s pa pe r i n t r o duc e d t he wor ki ng pr i nc i pl e of t he i g ni t i o n de l a y c i r c ui t a nd t he hi gh vo l t a ge i gni t i o n t r i gg e r c i r c ui t， a nd de s i gne d t he d i a g r a ms of t he c i r c ui t s ． Ea c h p ar t o f t he s y s t e m wor k s c o or di na t e dl y t o c ont r ol t he i gn i t i on de l a y t i me． At t h e e n d， t he pa p e r a l s o a na l yz e d t he d el a y e r r or a nd de l a y a c c ur a c y． Ke y wo r ds c o mbus t i bl e du s t； de l a y c i r c ui t； hi g h vo l t a ge i gn i t i on c ont r ol 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m