矿用空压机综合后备保护仪(论文).doc

第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛作品矿用空压机综合后备保护仪目 录摘 要3 Abstract4 1、研究背景5 1.1空压机综合后备保护仪研究的意义5 1.2空压机综合后备保护仪研究的现状5 1.3空压机研究现状61.4本系统要达到的目标72、系统可行性分析82.1空压机综合后备保护仪可行性分析8 2.3空压机综合后备保护仪安全性分析10 2.4空压机综合后备保护仪的应用性分析113、各个模块的设计方案和思路113.1整个方案设计的总体思路框图11 3.2信号采集方案设计12 3.4信号滤波方案的设计14 3.5信号隔离放大方案设计16 3.6信号数模转换方案的设计17 3.7 CPU模块方案的设计18 4、系统测试与结果分析 1.测试环境 2.测试方法3.测试结果4.成果展示5、应用展望205.1系统实现的功能205.2系统课扩展的用途215.3系统技术性的突破21 6、总结22 参考文献23附录1 元器件清单附录2 系统原理图摘 要本设计在分析空压机（空气压缩机）综合后备保护现状及发展趋势的基础上，针对空压机综合后备保护的各个方面进行了研究，从系统硬件电路、软件、通信外扩等几部分描述了整个系统的设计过程。该作品可以实现空压机的的四种安全保护装置：超压、 欠压保护、 超温保护、 断水保护、 主电机保护，能有效改善各项指标，提高矿用空压机运行的安全性和可靠性，为现代采矿、 采煤提供了良好的基础支持。本系统采用PLC为主控制器，选用PLC外部扩展模块实现空压机后备的综合保护。系统功能设计符合煤矿安全规程要求结构合理工作可靠、性能稳定、安装维护方便、应用效果良好。关键字：空压机 PLC 传感器 安全保护 AbstractThis design on the analysis of EEG present research situation and development trend basis，the EEG signal acquisition and processing for all aspects of the in-depth study, from the system hardware design, system software design, Outside the design of system communication expanded sections describe the design process of the whole system works. It can achieve 20-channel EEG signal acquisition, processing, display, communication; it also can effectively improve the technical indicators, to improve the diagnostic rate of brain diseases, to provide a good basis for support modern medical care, family care and other fields. This system uses the current popular technologies called “Internet of Things”, use advanced embedded operating system for data processing and communications. Make the system more portable, more interference, easy operation, low power consumption and ease communication, making the instrument easier to use EEG to obtain more precise EEG signal recorded more sustainable, through the network communication, to achieve remote diagnosis and treatment.Keywords： EEG signal acquisition and processing; Embedded Systems; Internet of Things; Low power consumption; Portable;1 研究背景1.1空压机后备保护研究的意义空气压缩机属于动力机械, 其原理是:将空气压缩, 增加其动力, 使之具有一定的能量, 并将这种能量作为风动机械、 风动工具等装置的动力 。 空气压缩机的经济 、安全、 使用方便的特点使其具有广阔的市场应用前景。 但是, 与其配套的控制及保护装置目前主要以人工和机械相结合的方式为主, 这种方式的的缺点很明显: 功能少、控制精度低、 可靠性差等等, 对空气压缩机的质量和稳定性有很大的影响。 一旦在现场发生事故时, 若自动采取紧急措施, 极易造成巨大的经济损失, 大大减少机器的使用寿命。因此，设计出一款功能多 控制精度高 可靠性好的空压机后备保护仪就显得格外重要。1.2空压机后备保护仪研究的现状现在市场上的空压机后备保护仪多采用单片机进行控制，可以检测空压机的润滑油油压 、一级缸温度、 二级缸温度 、风包温度和断水等参数。当各参数超限时发出相应的声光报警。1.3本系统要达到的目标通过市场现有的仪器优缺点的对比，在本系统中我们应用先进的电子技术对其不足加以改进，同时继承其优越性。本系统解决了内部电路的复杂问题，实现了便携性、高性能、高精度、高可靠性。通过PLC外部扩展模块，有效解决了信号处理部分的数据计算和叠加等一系列问题。同时，还可以在PLC液晶显示屏上对其限值参数进行更加精确细致的处理，以便观察。运用工业以太网技术建立后台监控系统，能够让后台工作人员及时发现故障，起到对设备运行参数进行实时监控。系统参数电 源 电 压： 220V排气温度保护范围： 100160 可调风包温度保护范围: 90120 可调润滑油温度保护范围: 4070 可调断油保护保护范围： 0.1Mpa0.4Mpa 可调断水保护保护范围： 0.1Mpa0.4Mpa 可调测试温度精度： +12 系统可行性分析2.1空压机综合后备保护仪可行性分析 市场上现有的后备保护装置多为基于单片机设计的可编程控制系统，系统虽可以对空压机的各故障点进行测试，起到一定程度的对设备运行参数进行实时监控。但仪器的供电电源为直流5V,工作时功耗低，在工厂这个环境中极易发生程序跑飞，主控芯片死机现象，可靠性不足，抗干扰性差。该项目综合保护装置主机采用国产的PLC可编程序控制器技术，电源采用交流220V供电，为保护设备能在嘈杂工业环境中正常运行提供了保证，提高了后备保护仪的抗干扰性。显示器采用信捷公司提供TP系列触摸屏，强大而又人性化的设计软件TouchWin给触摸屏的图形界面设计带来了极大地便利，可以很方便的设计出检测画面。可以对采集信号进行设置和观察，有限避免风包燃烧与爆炸等事故的发生，解决风包温度如何控制在国家规定的“不得超过120”的要求现压风系统的远程自动化控制。另外，采用XC3型号PLC的外部扩展以太网模块，可以实时将检测数据及报警数据上传，实现空压系统无人值守和远程监控。温度传感器采用先进的PT100对风包温度信号进行采集，pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变，具有误差小精度高特点。压力变送器可以对风包的压力进行采集，可以有效的解决解决风包的压力如何控制在额定压力1.21.4倍安全系数范围内的技术难题。2.2空压机综合后备保护仪安全性分析空压机综合后备保护仪安全防护功能，极大的保护了空压机和风包的安全性能，最大程度上提高了风包的安全系数，使得使用风包工作的行业及单位避免了许多人员和财产损失，为社会节省资源，避免损耗做出了显著成绩。其次，后备保护仪的供电电源为交流220V，保护仪的外壳可靠接地，为防止外壳带电伤及人身，本系统可靠性接地和接零，同时进行对其漏电流的监测，绝缘电阻的接地监测、接地性电阻的监测以及等电位监测系统的监测等等。本系统严格按照国家医疗器械有关规定，严谨设计，各项指标均在国家规定指标内，做到对人体零伤害。2.4空压机综合后备保护仪应用性分析我国的压缩机械工业是在新中国成立以后建立和发展起来的， 压缩机专业高等教育学科已设置半个世纪， 机械制造部门的压缩机研究 机构也已面世近 50 年。改革开放后，压缩机行业得到了快速发展， 现已形成了人才培养、科学研究、产品开发设计和制造较为完善的体系。除少数超高压和特殊气体压缩机外，现有产品品种和数量基本能 满足国民经济各部门的需要。压缩机产品在石油化工、冶金、矿山、 电力、纺织、轻工、医药、电子、建筑、机械制造、交通运输及国防、军工等各经济部门中得到了广泛应用。因此，必须要有对空压机各故障点进行测试，数显温度数值，声光报警，准确直观，能够对设备的安全运行起到有效保护作用的后备保护仪器。3各个模块设计方案3.1方案设计的总体框图3.2主控器的选择与设计3.2 显示模块的选择与设计3.3压力采集模块的选择与比设计3.4 温度采集模块的选择与设计4.空压机综合后备保护仪的软件设计4.1 XC3系统软件总流程图4.2 数据采集控制模块4.3 数据存储及处理模块4.4 液晶显示模块 4.5数据通信模块5、系统测试与结果分析5.1 测试环境 5.2 测试方法5.3 测试结果5.4 成果展示6 应用展望6.1系统实现的功能6.2系统