矿用防爆灯具感应功能测试系统及方法

1.本发明涉及防爆灯具测试技术领域，尤其涉及一种矿用防爆灯具感应功能测试系统及方法。


背景技术：

2.矿用隔爆型巷道灯作为井下照明主要电气设备，适用于井下采区巷道及拐角处、井底停车场、硐室、井下煤仓、变电所等场所。传统矿用防爆型灯采用全功率长时工制运行模式，而巷道有人经过时巷道灯发出的光为有用光，造成大量电力资源的浪费。矿用防爆型巷道感应灯可以智能检测移动的人或物体，当人或物体接近时开启全功率运行模式，人或物体离开后进入待机或微功率运行模式。矿用防爆型巷道感应灯具有使用寿命长、电能消耗低、节能环保等优点，已经在煤矿井下获得广泛应用。
3.矿用防爆型巷道感应灯符合智慧矿山产业政策和节能环保要求，属于矿用防爆灯具行业未来发展方向。由于我国煤矿井下安全生产环境复杂(含瓦斯、粉尘等爆炸性气体，阴暗、潮湿，气温骤变等)，所以井下用设备的质量和安全性要求明显高于地面设备。感应功能是矿用防爆型巷道感应灯区别于常规矿用防爆灯具的主要指标，感应功能失灵、感应夹角太小、延时时间过短等将感应功能指标故障造成巷道照明系统故障。现用感应功能主要依据人工测试，关键指标测试精度低、结果可靠性差，造成矿用防爆型巷道感应灯质量良莠不齐、安全性低，为煤矿安全生产带来事故隐患。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种矿用防爆灯具感应功能测试系统及方法，实现矿用防爆灯具感应功能试验可靠测试，提升矿用防爆灯具质量和安全性。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
6.一方面，本发明提供一种矿用防爆灯具感应功能测试系统，包括plc控制器、控制面板、电源模块、照度传感器、显示与参数设置模块、移动装置、激光测距仪、调节机构、计时器和测试警示模块；其中，电源模块的输入端与电网电连接，电源模块输出端与plc控制器、照度传感器、显示与参数设置模块、矿用防爆灯具的电源输入端电连接；调节机构的控制信号输入端与plc控制器的高度调节信号输出端电连接；控制面板的信号输出端与电源模块的信号输入端电连接，控制电源模块向plc控制器、照度传感器和显示与参数设置模块供电；照度传感器的照度信号输出端与plc控制器的照度信号输入端电连接，照度传感器固定在矿用防爆灯具在地面的垂直参考点处，且测试端面向防爆灯具；显示与参数设置模块的信号输出端与plc控制器的显示与参数设置信号输入端电连接，信号输入端与plc控制器的信号输出端电连接；移动装置的控制信号输入端与plc控制器的控制信号输出端电连接；激光测距仪的固定端与移动装置机械连接，激光测距仪的信号输出端与plc控制器的激光信号输入端通过无线网络连接；计时器的信号输入端与plc控制器的计时信号输出端电连接，
输出端与plc的计时信号输入端电连接；测试警示模块的信号输入端与plc控制器的测试警示信号输出端电连接；plc控制器的矿用防爆灯具电源控制信号输出端与电源模块的控制信号输入端电连接，用于控制电源模块为矿用防爆灯具供电。
7.优选地，所述plc控制器用于控制矿用防爆灯具、电源模块、移动装置、调节机构、计时器和测试警示模块，同时接收并计算照度传感器、激光测距仪和计时器反馈的照度、距离和时间数据，并将系统的运行状态和测试结果发送给显示与参数设置模块。
8.优选地，所述控制面板包括启动按钮、停止按钮和急停按钮，启动按钮和停止按钮用于控制电源模块向plc控制器和测试警示模块供电的通断，急停按钮用于在矿用防爆灯具感应功能测试过程发生意外情况下，停止电源模块向整个系统的电源输出。
9.优选地，所述电源模块具有多路不同电压输出，用于为plc控制器、照度传感器、显示与参数设置模块、矿用防爆灯具提供工作电源，plc控制器、照度传感器、显示与参数设置模块的电源输入由控制面板控制，矿用防爆灯具的电源输入由plc控制。
10.优选地，所述照度传感器用于采集矿用防爆灯具照度信息，并将照度数据反馈给plc控制器；
11.所述显示与参数设置模块用于设置矿用防爆灯具工作电压、照度要求值和额定功率这些系统参数，并显示系统运行状态和测试结果；
12.所述移动装置通过plc控制器的控制，在矿用防爆灯具所对应地面上移动，用于为矿用防爆灯具感应功能提供触发信号；
13.所述激光测距仪用于测试移动装置到矿用防爆灯具和矿用防爆灯具在地面的垂直参考点之间距离；
14.所述调节机构根据plc控制信号调节矿用防爆灯具的悬挂高度；
15.所述计时器用于记录矿用防爆灯具感应功能的延时时间；
16.所述测试警示模块通过警示灯为矿用防爆灯具测试过程提供警示信号。
17.另一方面，本发明还提供一种矿用防爆灯具感应功能测试方法，包括以下步骤：
18.步骤1、按动控制面板的启动按钮，plc控制器、测试警示模块、显示与参数设置模块上电，plc控制器进行自检，如果系统状态正常，执行步骤2，进行防爆灯具感应功能测试，否则停止防爆灯具感应功能测试；
19.步骤2、根据矿用防爆灯具使用场所的高度，plc控制器控制调节机构的高度，使矿用防爆灯具悬挂至要求高度，并在矿用防爆灯具对应的地面垂直参考点位置设置地面标记；
20.步骤3、plc控制器控制电源模块为矿用防爆灯具输出电源，矿用防爆灯具上电运行，且plc控制器测试警示模块进入警示状态；
21.步骤4、经过地面标记做一条直线l，矿用防爆灯具在低功耗运行时，plc控制器控制移动装置沿着直线l按固定速度从远处向地面标记运动；
22.步骤5、plc控制器接收照度传感器实时采集的照度数据，分别记录矿用防爆灯具低功耗和高功耗时的照度数据e1和e2；
23.步骤6、plc控制器控制电源模块停止为矿用防爆灯具供电，并控制测试警示模块停止警示状态，矿用防爆灯具熄灭；
24.步骤7、plc控制移动装置返回到初始运动位置，plc控制器控制电源模块为矿用防
爆灯具供电，控制测试警示模块进入警示状态，矿用防爆灯具上电运行；
25.步骤8、plc控制器控制移动装置沿着地面标记所在直线从初始运动位置向地面标记按固定速度运动，plc接收照度传感器实时采集的照度数据，在照度数据从e1变为e2时，plc控制器向移动装置发送停止运行指令，移动装置所在位置即为矿用防爆灯具的感应点；
26.步骤9、移动装置停止运行，同时plc控制器给计时器发送计时命令，计时器开始计时，在照度数据从e1变为e2时，plc控制器控制计数器停止计数，同时计数器将记录时间数据反馈给plc控制器，plc控制器得到矿用防爆灯具感应的延时时间数据；
27.步骤10、激光测距仪实时测量移动装置到矿用防爆灯具和地面标记的距离，并将距离数据反馈给plc控制器；
28.步骤11、plc控制器对激光测距仪测得的距离数据进行计算，得到矿用防爆灯具的感应距离和感应夹角数据；
29.步骤12、plc控制器控制电源模块，停止为矿用防爆灯具供电，控制测试警示模块停止警示状态，矿用防爆灯具熄灭；
30.步骤13、按动控制面板的停止按钮，系统停止运行。
31.所述步骤11的具体方法为：
32.设定矿用防爆灯具悬挂位置的最低点为o点，激光测距仪位置为a点，移动装置最前端位置为b点，矿用防爆灯具和地面的垂直线与激光测距仪位置同一高度的水平线的交点为p点，则通过激光测距仪测试得到激光测距仪位置与移动装置最前端位置的距离l
ab
，经过试验测试得到矿用防爆灯具悬挂的最低点位置与激光测距仪位置的距离l
oa
和激光测距仪位置l
ap
数据，进而得到矿用防爆灯具的感应距离l
bo
如下公式所示：
[0033][0034]
式中，l
bo
为矿用防爆灯具的感应距离，l
bp
为移动装置前端位置b点到矿用防爆灯具与地面的垂直线与激光测距仪位置同一高度的水平线的交点p的距离，如下公式所示：
[0035]
l
bp
＝l
ap-l
ab
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0036]
式中，l
ab
为激光测距仪位置a点到移动装置最前端位置b点的距离；
[0037]
l
op
为矿用防爆灯具与地面的垂直线与激光测距仪位置同一高度的水平线的交点p到矿用防爆灯具悬挂位置的最低点o点的距离，如下公式所示：
[0038][0039]
式中，l
ao
为激光测距仪位置a点到矿用防爆灯具悬挂位置最低点o点的距离，l
ap
为激光测距仪位置a点到矿用防爆灯具与地面垂直线与激光测距仪位置同一高度水平线的交点p的距离；
[0040]
根据公式(2)、(3)得到矿用防爆灯具的感应距离l
bo
如下公式所示：
[0041][0042]
矿用防爆灯具的感应夹角为在同一平面上两侧感应点与矿用防爆灯具悬挂位置最低点o点之间的夹角，感应夹角大小为θ＝2∠bop，∠bop为矿用防爆灯具的感应距离与的移动装置前端位置b点到矿用防爆灯具与地面的垂直线与激光测距仪位置同一高度的水平线的交点p的距离之间的夹角，其正弦值如下公式所示：
[0043][0044]
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的矿用防爆灯具感应功能测试系统，提高了矿用防爆灯具感应功能指标的测试可靠性，提升了感应功能检验精度和效率，增加产品科技附加值，保证了矿用防爆灯具质量和安全性，为矿用防爆灯具新产品研发过程试验和型式试验感应功能测试提供技术支撑，促进检测检验和矿用防爆灯具领域持续健康发展。
附图说明
[0045]
图1为本发明实施例提供的矿用防爆灯具感应功能测试系统的结构框图；
[0046]
图2为本发明实施例提供的矿用防爆灯具感应功能测试方法的流程图；
[0047]
图3为本发明实施例提供的感应距离和感应夹角计算示意图。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0049]
本实施例中，矿用防爆灯具感应功能测试系统，如图1所示，包括plc控制器、控制面板、电源模块、照度传感器、显示与参数设置模块、移动装置、激光测距仪、调节机构、计时器和测试警示模块；其中，电源模块的输入端与电网电连接，电源模块输出端与plc控制器、照度传感器、显示与参数设置模块、矿用防爆灯具的电源输入端电连接；调节机构的控制信号输入端与plc控制器的高度调节信号输出端电连接；控制面板的信号输出端与电源模块的信号输入端电连接，控制电源模块向plc控制器、照度传感器和显示与参数设置模块供电；照度传感器的照度信号输出端与plc控制器的照度信号输入端电连接，照度传感器固定在矿用防爆灯具在地面的垂直参考点处，且测试端面向防爆灯具；显示与参数设置模块的信号输出端与plc控制器的显示与参数设置信号输入端电连接，信号输入端与plc控制器的信号输出端电连接；移动装置的控制信号输入端与plc控制器的控制信号输出端电连接；激光测距仪的固定端与移动装置机械连接，激光测距仪的信号输出端与plc控制器的激光信号输入端通过无线网络连接；计时器的信号输入端与plc控制器的计时信号输出端电连接，输出端与plc的计时信号输入端电连接；测试警示模块的信号输入端与plc控制器的测试警示信号输出端电连接；plc控制器的矿用防爆灯具电源控制信号输出端与电源模块的控制信号输入端电连接，用于控制电源模块为矿用防爆灯具供电。
[0050]
本实施例中，plc控制器为矿用防爆灯具感应功能测试系统的核心，用于控制矿用防爆灯具、电源模块、移动装置、调节机构、计时器和测试警示模块，同时接收并计算照度传感器、激光测距仪和计时器反馈的照度、距离和时间数据，并将系统的运行状态和测试结果发送给显示与参数设置模块。
[0051]
控制面板包括启动按钮、停止按钮和急停按钮，启动按钮和停止按钮用于控制电源模块向plc控制器和测试警示模块供电的通断，急停按钮用于在矿用防爆灯具感应功能测试过程发生意外情况下，停止电源模块向整个系统的电源输出。
[0052]
电源模块具有多路不同电压输出，用于为plc控制器、照度传感器、显示与参数设
置模块、矿用防爆灯具提供工作电源，plc控制器、照度传感器、显示与参数设置模块的电源输入由控制面板控制，矿用防爆灯具的电源输入由plc控制。
[0053]
照度传感器用于采集矿用防爆灯具照度信息，并将照度数据反馈给plc控制器；
[0054]
所述显示与参数设置模块用于设置矿用防爆灯具工作电压、照度要求值和额定功率这些系统参数，并显示系统运行状态和测试结果；
[0055]
所述移动装置通过plc控制器的控制，在矿用防爆灯具所对应地面上移动，用于为矿用防爆灯具感应功能提供触发信号；
[0056]
所述激光测距仪用于测试移动装置到矿用防爆灯具和矿用防爆灯具在地面的垂直参考点之间距离；
[0057]
所述调节机构根据plc控制信号调节矿用防爆灯具的悬挂高度；
[0058]
所述计时器用于记录矿用防爆灯具感应功能的延时时间；
[0059]
所述测试警示模块通过警示灯为矿用防爆灯具测试过程提供警示信号，本实施例中，测试警示模块上电后，警示灯为黄色，警示状态为红色。
[0060]
本实施例中，矿用防爆灯具感应功能测试方法，如图2所示，包括以下步骤：
[0061]
步骤1、按动控制面板的启动按钮，plc控制器、测试警示模块、显示与参数设置模块上电，plc控制器进行自检，如果系统状态正常，执行步骤2进行防爆灯具感应功能测试，否则停止防爆灯具感应功能测试；
[0062]
步骤2、根据矿用防爆灯具使用场所的高度，plc控制器控制调节机构的高度，使矿用防爆灯具悬挂至要求高度，并在矿用防爆灯具对应的地面垂直参考点位置设置地面标记；
[0063]
步骤3、plc控制器控制电源模块为矿用防爆灯具输出电源，矿用防爆灯具上电运行，且plc控制器测试警示模块由黄色变为红色闪烁状态进入警示状态；
[0064]
步骤4、经过地面标记做一条直线l，矿用防爆灯具在低功耗运行时，plc控制器控制移动装置沿着直线l按固定速度从远处向地面标记运动；
[0065]
步骤5、plc控制器接收照度传感器实时采集的照度数据，分别记录矿用防爆灯具低功耗和高功耗时的照度数据e1和e2(矿用防爆灯具感应前为低功耗模式，感应后为高功耗模式)；
[0066]
步骤6、plc控制器控制电源模块停止为矿用防爆灯具供电，并控制测试警示模块由红色闪烁状态变为黄色，矿用防爆灯具熄灭；
[0067]
步骤7、plc控制移动装置返回到初始运动位置，plc控制器控制电源模块为矿用防爆灯具供电，控制测试警示模块由黄色变为红色闪烁状态进入警示状态，矿用防爆灯具上电运行；
[0068]
步骤8、plc控制器控制移动装置沿着地面标记所在直线从初始运动位置向地面标记按固定速度运动，plc接收照度传感器实时采集的照度数据，在照度数据从e1变为e2转变时，plc控制器向移动装置发送停止运行指令，移动装置所在位置即为矿用防爆灯具的感应点(也即触发点)；
[0069]
步骤9、移动装置停止运行，同时plc控制器给计时器发送计时命令，计时器开始计时，在照度数据从高功耗转变为低功耗时，plc控制器控制计数器停止计数，同时计数器将记录时间数据反馈给plc控制器，plc控制器得到矿用防爆灯具感应的延时时间数据(矿用
防爆灯具感应后变为高功耗运行模式，感应信号消失后经过一段延时时间变为低功耗模式)；
[0070]
步骤10、激光测距仪实时测量移动装置到矿用防爆灯具和地面标记的距离，并将距离数据反馈给plc控制器；
[0071]
步骤11、plc控制器对激光测距仪测得的距离数据进行计算，得到矿用防爆灯具的感应距离和感应夹角数据；
[0072]
步骤12、plc控制器控制电源模块，停止为矿用防爆灯具供电，控制测试警示模块由红色闪烁状态变为黄色，矿用防爆灯具熄灭；
[0073]
步骤13、按动控制面板的停止按钮，系统停止运行。
[0074]
本实施例中，矿用防爆灯具感应距离和感应夹角的计算如图3所示，具体方法为：
[0075]
设定矿用防爆灯具悬挂位置的最低点为o点，激光测距仪位置为a点，移动装置最前端位置为b点，矿用防爆灯具和地面的垂直线与激光测距仪位置同一高度的水平线的交点为p点，则通过激光测距仪测试得到激光测距仪位置与移动装置最前端位置的距离l
ab
，经过试验测试得到矿用防爆灯具悬挂的最低点位置与激光测距仪位置的距离l
oa
和激光测距仪位置l
ap
数据，进而得到矿用防爆灯具的感应距离l
bo
如下公式所示：
[0076][0077]
式中，l
bo
为矿用防爆灯具的感应距离，单位为米(m)，l
bp
为移动装置前端位置b点到矿用防爆灯具与地面的垂直线与激光测距仪位置同一高度的水平线的交点p的距离，单位为米(m)，如下公式所示：
[0078]
l
bp
＝l
ap-l
ab
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0079]
式中，l
ab
为激光测距仪位置a点到移动装置最前端位置b点的距离，单位为米(m)；
[0080]
l
op
为矿用防爆灯具与地面的垂直线与激光测距仪位置同一高度的水平线的交点p到矿用防爆灯具悬挂位置的最低点o点的距离，单位为米(m)，如下公式所示：
[0081][0082]
式中，l
ao
为激光测距仪位置a点到矿用防爆灯具悬挂位置最低点o点的距离，单位为米(m)，l
ap
为激光测距仪位置a点到矿用防爆灯具与地面垂直线与激光测距仪位置同一高度水平线的交点p的距离，单位为米(m)；
[0083]
根据公式(2)、(3)得到矿用防爆灯具的感应距离l
bo
如下公式所示：
[0084][0085]
矿用防爆灯具的感应夹角为在同一平面上两侧感应点与矿用防爆灯具悬挂位置最低点o点之间的夹角，如图3所示，感应夹角大小为θ＝2∠bop，∠bop为矿用防爆灯具的感应距离与的移动装置前端位置b点到矿用防爆灯具与地面的垂直线与激光测距仪位置同一高度的水平线的交点p的距离之间的夹角，其正弦值如下公式所示：
[0086][0087]
根据计算可以得到sin∠bop数值，最后通过查询正弦值表，可以得到感应夹角θ值。
[0088]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。