矿井主要通风机性能分布式测定系统的开发

1、矿井主要通风机性能分布式测定系统的开发矿井主要通风机性能分布式测定系统的开发吴征艳,蒋曙光,何新建,刘!文(中国矿业大学 /- 煤矿安全(9:2; -%-)! ! ! ! ! ! ! ! !技术经验在不同时期的性能曲线,及时掌握风机的各项运转参数及风机状态,矿井总阻力,电机负荷,风网阻力变化,风网与主要通风机的匹配等情况,以便制定出各个生产阶段的较合理的风机与风网匹配方案,提高矿山安全生产水平和风机的综合运行效益.本系统采用多单片机协同工作机制,对相关传感器信号进行转换,实现多参数瞬时采样和存储,并将这些数据上传给上位机,经过上位机的计算和处理,可动态显示主要通风机实测特性工况点和相关计算参数

2、.所谓工况点,即是风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数,如风量,风压,输入功率和效率等.该测定系统采用了!#$%&三相电参数数据采集模块,替代过去的电流,电压,功率,功率因数等变送器及测量这些变送器标准输出信号的模块,可大大降低系统成本,提高系统的集成度和可靠性,简化现场布线.(分布式系统设计该系统由现场测量终端,上位机及相应的软件部分组成,整个系统的硬件组成如图所示.风机性能各参数测定的地理位置不同,有的相距甚远,比如在风峒平直段内测量风速,在电机 /& 技术经验( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (煤矿安全(,%7 + %)图!风表布局示意图以测出测风点的瞬时速度. #$%&!

3、单片机具有测量外部事件周期的功能.其工作原理是:#$%&!单片机中有一个附加的(位定时器)!,连接*个(位捕捉寄存器:%)$,%),%)!和%)+,*个捕捉寄存器对应着*个捕捉输入端:%)$,%),%,!,和%)+,而它们又分别对应*个捕捉中断源,#$%&!的捕捉输入端和-口复用.预先将中断请求设置为电平下降沿触发外部事件(或上升沿触发),当捕捉输入端电平发生变化时,定时器)!的值(表现为脉冲数)被装入对应捕捉寄存器中,并产生相应的捕捉中断申请.若能在捕捉中断程序中记录前后两次电平变化时的)!值并将这两个脉冲数相减,便可得到外部事件在一个周期内产生的脉冲数.用此功能就可以测量外部事件的频率或两

4、个脉冲时间间隔.#$%&!中的)!是一个(位的,具有自动重装载和捕获能力的定时.计数器,它的计数脉冲源有!个:一个是内部机器周期(作定时器用),另一个是由)!(-/ $)端输入的外部计数脉冲(作计数器用),)!工作方式受!个寄存器()!%01和)!203)的控制.在本测定系统中)!采用外部计数脉冲,由脉宽调制输出通道(-42)来提供.#5%&!有!路八位分辨率的脉宽调制输出通道(-42),它们分别产生频率相同而宽度可编程的脉冲.两个脉宽调制输出合用一个预分频器和计数器,并且预分频器的分频系数决定重复频率.脉冲的高低电平宽度比,分别取决于-42$和-42的寄存器的值.当寄存器-42$和-42装入

5、一个新的数值时,输出立即被更改.-42$和-42的取值范围在$ 6 !&之间,并以 . !&的增量进行编程.两路的脉冲的高低电平宽度比分别按下式计算:输出高输出低7-42$!& 8(-42$);输出高输出低7-42!& 8(-42);-42-是预分频寄存器,(-42- 9 )为分频系数,!0:%为外部振荡 (+ 煤矿安全()FGHI +#+) 技术经验图!第一路风表的转速测量程序框图#$ %电参数的测定系统&()*+模块是一智能型电参数数据采集模块,可测量三相三线制或三相四线制电路中的三相电流,电压的真有效值,功率,功率因数和电度数.其输入为三相电压(* , -*.),三相电流(* ,%*()

6、,输出为/0 1 !2-或/0 1 %+%数字信号.&()*+可采用多种供电方式,既可以采用直流3 -.,#* , +* .供电也可采用交流4* , %4- .供电,还可直接由电压测量线供电,满足各种现场应用情况.上位机通过/0 1 %+%通讯方式直接与&()*+模块进行数据通讯,只要向该模块写入相关的命令控制字,就可初始化模块和读出需要的电气参数值,不过上位机对读出的数值必须进行一系列数据转换,才能得出实际值.#$ +相对静压大气压温度及风机转速的测定系统测量大气压和气温的目的是为了计算空气密度,空气密度是计算主要通风机工况的必要参数.主要通风机相对静压表明了主要通风机能克服矿井通风阻力的大

7、小.(#)大气压和静压的测定.大气压的测量采用大气压力传感器,主要通风机相对静压的测量采用差压传感器,这些传感器都自带变送器,即将采集的微弱信号变成* , - .的电压信号或! , %* 5(的直流信号输出.工作电压为) , +* .6.选择大气压力传感器的测量范围为* , #$ % 789,差压传感器的测量范围为* , + :89,完全满足现场实际使用的需要.若选用! , %* 5(的电流输出,则需要在其输出端串联一个%-*! (0公司生产的一线式数字温度计0#2A%*,它提供)位(二进制)温度读数,可把温度信号直接转换成数字信号.%结论矿井主要通风机性能测定是检查风机是否正常运转的一种重要

8、手段,本系统通过分布式控制系统实现三个测定子系统数据的集中管理,采用的集成性较高的电参数采集模块和传感器元件,使现场布线简单,便于维护.上位机通过6B7口与三个子系统进行串行通信,存储从机传送过来的数据,并动态拟合出风量1风压曲线,风量1功率曲线和风量1效率曲线.整个系统具有电路实现简单,成本低,抗干扰能力好,通讯距离相对较远等优点.目前本系统在现场测试中使用效果良好.参考文献:#田景文,邹继刚,李汐$用单片机测量脉冲周期和频率的方法C$仪表技术,#)(-)$%王勇,宋爱山,蒋曙光,等$ &()*+在风机性能在线监测系统中的应用C$工矿自动化,%*!(%)$+金宁,汪伟$分步式控制系统的主从式/0 1 !2-多