礦井主要通風(fēng)機(jī)性能分布式測(cè)定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

1、礦井主要通風(fēng)機(jī)性能分布式測(cè)定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)礦井主要通風(fēng)機(jī)性能分布式測(cè)定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)吳征艷,蔣曙光,何新建,劉!文(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) /- 煤礦安全(9:2; -%-)! ! ! ! ! ! ! ! !技術(shù)經(jīng)驗(yàn)在不同時(shí)期的性能曲線,及時(shí)掌握風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)及風(fēng)機(jī)狀態(tài),礦井總阻力,電機(jī)負(fù)荷,風(fēng)網(wǎng)阻力變化,風(fēng)網(wǎng)與主要通風(fēng)機(jī)的匹配等情況,以便制定出各個(gè)生產(chǎn)階段的較合理的風(fēng)機(jī)與風(fēng)網(wǎng)匹配方案,提高礦山安全生產(chǎn)水平和風(fēng)機(jī)的綜合運(yùn)行效益.本系統(tǒng)采用多單片機(jī)協(xié)同工作機(jī)制,對(duì)相關(guān)傳感器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)多參數(shù)瞬時(shí)采樣和存儲(chǔ),并將這些數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī),經(jīng)過(guò)上位機(jī)的計(jì)算和處理,可動(dòng)態(tài)顯示主要通風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)特性工況點(diǎn)和相關(guān)計(jì)算參數(shù)

2、.所謂工況點(diǎn),即是風(fēng)機(jī)在某一特定轉(zhuǎn)速和工作風(fēng)阻條件下的工作參數(shù),如風(fēng)量,風(fēng)壓,輸入功率和效率等.該測(cè)定系統(tǒng)采用了!#$%&三相電參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊,替代過(guò)去的電流,電壓,功率,功率因數(shù)等變送器及測(cè)量這些變送器標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)的模塊,可大大降低系統(tǒng)成本,提高系統(tǒng)的集成度和可靠性,簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)布線.(分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量終端,上位機(jī)及相應(yīng)的軟件部分組成,整個(gè)系統(tǒng)的硬件組成如圖所示.風(fēng)機(jī)性能各參數(shù)測(cè)定的地理位置不同,有的相距甚遠(yuǎn),比如在風(fēng)峒平直段內(nèi)測(cè)量風(fēng)速,在電機(jī) /& 技術(shù)經(jīng)驗(yàn)( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (煤礦安全(,%7 + %)圖!風(fēng)表布局示意圖以測(cè)出測(cè)風(fēng)點(diǎn)的瞬時(shí)速度. #$%&!

3、單片機(jī)具有測(cè)量外部事件周期的功能.其工作原理是:#$%&!單片機(jī)中有一個(gè)附加的(位定時(shí)器)!,連接*個(gè)(位捕捉寄存器:%)$,%),%)!和%)+,*個(gè)捕捉寄存器對(duì)應(yīng)著*個(gè)捕捉輸入端:%)$,%),%,!,和%)+,而它們又分別對(duì)應(yīng)*個(gè)捕捉中斷源,#$%&!的捕捉輸入端和-口復(fù)用.預(yù)先將中斷請(qǐng)求設(shè)置為電平下降沿觸發(fā)外部事件(或上升沿觸發(fā)),當(dāng)捕捉輸入端電平發(fā)生變化時(shí),定時(shí)器)!的值(表現(xiàn)為脈沖數(shù))被裝入對(duì)應(yīng)捕捉寄存器中,并產(chǎn)生相應(yīng)的捕捉中斷申請(qǐng).若能在捕捉中斷程序中記錄前后兩次電平變化時(shí)的)!值并將這兩個(gè)脈沖數(shù)相減,便可得到外部事件在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù).用此功能就可以測(cè)量外部事件的頻率或兩

4、個(gè)脈沖時(shí)間間隔.#$%&!中的)!是一個(gè)(位的,具有自動(dòng)重裝載和捕獲能力的定時(shí).計(jì)數(shù)器,它的計(jì)數(shù)脈沖源有!個(gè):一個(gè)是內(nèi)部機(jī)器周期(作定時(shí)器用),另一個(gè)是由)!(-/ $)端輸入的外部計(jì)數(shù)脈沖(作計(jì)數(shù)器用),)!工作方式受!個(gè)寄存器()!%01和)!203)的控制.在本測(cè)定系統(tǒng)中)!采用外部計(jì)數(shù)脈沖,由脈寬調(diào)制輸出通道(-42)來(lái)提供.#5%&!有!路八位分辨率的脈寬調(diào)制輸出通道(-42),它們分別產(chǎn)生頻率相同而寬度可編程的脈沖.兩個(gè)脈寬調(diào)制輸出合用一個(gè)預(yù)分頻器和計(jì)數(shù)器,并且預(yù)分頻器的分頻系數(shù)決定重復(fù)頻率.脈沖的高低電平寬度比,分別取決于-42$和-42的寄存器的值.當(dāng)寄存器-42$和-42裝入

5、一個(gè)新的數(shù)值時(shí),輸出立即被更改.-42$和-42的取值范圍在$ 6 !&之間,并以 . !&的增量進(jìn)行編程.兩路的脈沖的高低電平寬度比分別按下式計(jì)算:輸出高輸出低7-42$!& 8(-42$);輸出高輸出低7-42!& 8(-42);-42-是預(yù)分頻寄存器,(-42- 9 )為分頻系數(shù),!0:%為外部振蕩 (+ 煤礦安全()FGHI +#+) 技術(shù)經(jīng)驗(yàn)圖!第一路風(fēng)表的轉(zhuǎn)速測(cè)量程序框圖#$ %電參數(shù)的測(cè)定系統(tǒng)&()*+模塊是一智能型電參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊,可測(cè)量三相三線制或三相四線制電路中的三相電流,電壓的真有效值,功率,功率因數(shù)和電度數(shù).其輸入為三相電壓(* , -*.),三相電流(* ,%*()

6、,輸出為/0 1 !2-或/0 1 %+%數(shù)字信號(hào).&()*+可采用多種供電方式,既可以采用直流3 -.,#* , +* .供電也可采用交流4* , %4- .供電,還可直接由電壓測(cè)量線供電,滿(mǎn)足各種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況.上位機(jī)通過(guò)/0 1 %+%通訊方式直接與&()*+模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,只要向該模塊寫(xiě)入相關(guān)的命令控制字,就可初始化模塊和讀出需要的電氣參數(shù)值,不過(guò)上位機(jī)對(duì)讀出的數(shù)值必須進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,才能得出實(shí)際值.#$ +相對(duì)靜壓大氣壓溫度及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)定系統(tǒng)測(cè)量大氣壓和氣溫的目的是為了計(jì)算空氣密度,空氣密度是計(jì)算主要通風(fēng)機(jī)工況的必要參數(shù).主要通風(fēng)機(jī)相對(duì)靜壓表明了主要通風(fēng)機(jī)能克服礦井通風(fēng)阻力的大

7、小.(#)大氣壓和靜壓的測(cè)定.大氣壓的測(cè)量采用大氣壓力傳感器,主要通風(fēng)機(jī)相對(duì)靜壓的測(cè)量采用差壓傳感器,這些傳感器都自帶變送器,即將采集的微弱信號(hào)變成* , - .的電壓信號(hào)或! , %* 5(的直流信號(hào)輸出.工作電壓為) , +* .6.選擇大氣壓力傳感器的測(cè)量范圍為* , #$ % 789,差壓傳感器的測(cè)量范圍為* , + :89,完全滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的需要.若選用! , %* 5(的電流輸出,則需要在其輸出端串聯(lián)一個(gè)%-*! (0公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度計(jì)0#2A%*,它提供)位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù),可把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào).%結(jié)論礦井主要通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定是檢查風(fēng)機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一種重要

8、手段,本系統(tǒng)通過(guò)分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三個(gè)測(cè)定子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中管理,采用的集成性較高的電參數(shù)采集模塊和傳感器元件,使現(xiàn)場(chǎng)布線簡(jiǎn)單,便于維護(hù).上位機(jī)通過(guò)6B7口與三個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行串行通信,存儲(chǔ)從機(jī)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),并動(dòng)態(tài)擬合出風(fēng)量1風(fēng)壓曲線,風(fēng)量1功率曲線和風(fēng)量1效率曲線.整個(gè)系統(tǒng)具有電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,成本低,抗干擾能力好,通訊距離相對(duì)較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn).目前本系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中使用效果良好.參考文獻(xiàn):#田景文,鄒繼剛,李汐$用單片機(jī)測(cè)量脈沖周期和頻率的方法C$儀表技術(shù),#)(-)$%王勇,宋愛(ài)山,蔣曙光,等$ &()*+在風(fēng)機(jī)性能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用C$工礦自動(dòng)化,%*!(%)$+金寧,汪偉$分步式控制系統(tǒng)的主從式/0 1 !2-多