CN101463828B - 一种煤矿风机主扇监控器 - Google Patents

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Abstract

一种煤矿风机主扇监控器，它包括矿井负压传感器(D1)、微控制器(U1)、电流隔离模块(T1)、电压隔离放大器(U2)、电源隔离器(U3)、集成运算放大器(U4)。矿井负压传感器的电流输出端与电流隔离器的电流输入端连接，电流隔离模块的电流输出端口与微控制器的模拟输入通道连接；微控制器的模拟输出端与电压隔离放大器的隔离电压输入端连接；电源隔离器的隔离电源输出负端连电压隔离放大器的隔离电源输入负端，其隔离电源输出正端连接电压隔离放大器隔离电源输入正端。电压隔离放大器的隔离电压输出端连接集成运算放大器的正向输入端。微控制器根据巷道风压大小成线性比例输出的电压经过隔离放大，变换成0～10V控制电压。

Description

一种煤矿风机主扇监控器
技术领域
本发明涉及一种煤矿风机主扇监控装置，尤其能根据巷道风压变频调节风机转速的智能控制设备。
背景技术
风机是煤矿生产中的重要设备，通风系统工作是否正常，直接关系到煤矿生产效率和矿工的生命安全。传统的风机控制方式是通过调节风门开度来实现通风量的调节。为了保证煤矿通风顺利进行，电机功率往往要比实际需要大很多。这样不但浪费了电能，而且机械式的风门调节起来也不方便、迅速。
发明内容
为了克服传统风机控制方式造成的电能浪费，提高通风系统的效率，本发明提供一种节能的煤矿风机转速控制系统。该系统采用闭环控制，能根据巷道风压实现电机转速闭环控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种煤矿风机主扇监控器，它包括矿井负压传感器、微控制器、电流隔离模块、电压隔离放大器、电源隔离器、集成运算放大器；其构成的器件间的连接：
矿井负压传感器的电流输出IOUT端口与电流隔离器的电流输入IIN-端口连接，电流隔离模块的电流输出IOUT+端口与微控制器的模拟输入通道AIN0.4端口连接；
微控制器的模拟输出DAC0端口与电压隔离放大器的隔离电压输入Vin端口连接；
电压隔离放大器的隔离电压输出Vout端口连接到集成运算放大器的正向输入+VIN端口；电压隔离放大器的隔离电源输入负-Vs2端口连接到电源隔离器的隔离电源输出负OUT-端口；电压隔离放大器的地GND端连接到电源隔离器的地输出OUTGND端；
第一电容的一端与电源隔离器的隔离电源输出正OUT+端口相连；
第一电容的另一端与电源隔离器的地输出OUTGND端口连接；
第二电容的一端与电源隔离器的隔离电源输出负OUT-端口相连；
第二电容的另一端与电源隔离器的地输出OUTGND端口相接；
第三电容的一端与电源隔离器的地输入INGND端口和数字DGNG地连接，第三电容的另一端与电源隔离器的电源输入IN端口和+5V电源连接；
第四电容一端与集成运算放大器的OUT输出端口和第一电阻一端连接，第四电容的另一端连接到第二电阻的一端和电源隔离器的地输出OUTGND端口上；
第一电阻的另一端连接到集成运算放大器的反向输入-VIN端口；
第二电阻的另一端连接到集成运算放大器的反向输入-VIN端口上和电阻另一端连接；
矿井负压传感器采用KG9501B型；电流隔离器采用T1100型；微控制器用C8051F020型；电压隔离放大器采用ISO124型；电源隔离器采用DCP010512D型；集成运算放大器采用OP97型。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
1.把闭环控制思路用于风机控制设备上。控制系统能够根据巷道风压的大小调节风机转速。
2.控制电压通过变频器来实时控制风机转速快慢，节约了大量能源。
附图说明
图1一种煤矿风机主扇监控器电路原理图
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
一种煤矿风机主扇监控器，它包括矿井负压传感器D1、微控制器U1、电流隔离模块T1、电压隔离放大器U2、电源隔离器U3、集成运算放大器U4，其构成器件间的连接：
矿井负压传感器D1的电流输出IOUT端口与电流隔离器T1的电流输入IIN-端口连接，电流隔离模块T1的电流输出IOUT+端口与微控制器U1的模拟输入通道AIN0.4端口连接；
微控制器U1的模拟输出DAC0端口与电压隔离放大器U2的隔离电压输入Vin端口连接；
电压隔离放大器U2的隔离电压输出Vout端口连接到集成运算放大器U4的正向输入+VIN端口；电压隔离放大器U2的隔离电源输入负-Vs2端口连接到电源隔离器U3的隔离电源输出负OUT-端口；电压隔离放大器U2的地GND端连接到电源隔离器U3的地输出OUTGND端；
第一电容C1的一端与电源隔离器U3的隔离电源输出正OUT+端口相连；
第一电容C1的另一端与电源隔离器U3的地输出OUTGND端口连接；
第二电容C2的一端与电源隔离器U3的隔离电源输出负OUT-端口相连；
第二电容C2的另一端与电源隔离器U3的地输出OUTGND端口相接；
第三电容C3的一端与电源隔离器U3的地输入INGND端口和数字DGNG地连接，第三电容C3的另一端与电源隔离器U3的电源输入IN端口和+5V电源连接；
第四电容C4一端与集成运算放大器U4的OUT输出端口和第一电阻R1一端连接，第四电容C4的另一端连接到第二电阻R2的一端和电源隔离器U3的地输出OUTGND端口上；
第一电阻R1的另一端连接到集成运算放大器U4的反向输入-VIN端口；
第二电阻R2的另一端连接到集成运算放大器U4的反向输入-VIN端口上和电阻R1另一端连接；
巷道负压检测
本发明矿井负压传感器D1采用KG9501B型风压传感器。它适用于煤矿井下巷道及瓦斯抽放管道负压(差压)的连续实时监测，可以监测风压变化，保证矿井正常通风、配风及瓦斯抽放管路安全。本发明的电路结构简单，性能可靠，便于维护与调试。根据风压大小输出4～20mA信号，能在有瓦斯煤尘爆炸危险的场所连续工作。
KG9501B型负压传感器实时对巷道负压进行测量，并根据负压的大小，成线性比例的输出4～20mA电流。由于4～20mA电流环路抗干扰能力强，线路简单，可用来传输几十甚至几百米长的模拟信号。为防止远距离传输时导线上带来的电磁干扰，就需要对电流信号进行隔离。本发明的电流隔离模块T1采用T1100。该器是一款专门针对4～20mA电流环隔离模块，采用两线制连接方式，内部包含有电流信号调制解调电路、信号耦合隔离变换电路等。很小的输入等效电阻，使该IC的输入电压达到超宽范围(7.5～32V)，以满足用户无需外接电源而实现信号远距离、无失真传输的需要。
如图1所示，KG9501B风压传感器输出的4-20mA的电流信号输入到T1100的隔离电流输入IIN-端口。经过T1100的隔离后，从隔离电流输出IOUT+端口输出到微控制器U1(C8051F020)的模拟输入通道AIN0.4端口。微控制器C8051F020对输入的电流信号进行模数转换，转换成数字信号，并存储在ADC数据寄存器中。然后，微控制器C8051F020根据转换后的数据计算巷道风压大小，从而实现对巷道风压的精确测量。
变频器调速
微控制器C8051F020根据计算出的风压大小成比例输出一定电压。由于C8051F020的输出电压较小，需要经过放大。本装置使用了0～10V电压控制变频器输出转速，输出电压与电机转速成正比，这样就实现了对电机转速的闭环控制。工业现场中，距离较远的电气设备、仪表之间进行信号传输时，往往存在干扰，造成系统不稳定甚至误操作。本发明电压采用电压隔离技术，目的是使输入侧和输出侧在电气上完全隔离。
本发明中的电压隔离设计，电压隔离放大器U2采用了DCP010512D电源隔离器和ISO124电压隔离放大器器。电源隔离器U3采用DCP010512D型器，DCP010512D为单极性输入，双极性输出，输入电压为+5V，输出电压为：+12V，-12V。DCP010512D作为隔离电源器，为ISO124的隔离侧提供电源，二者配合使用完成电压隔离。电路如图1所示，DCP010512D地输出OUTGND端口输出为隔离后的地端，连接到ISO124的GND脚。DCP010512D的OUT+脚输出为隔离后的电源正，连接到ISO124的+Vs2端口。DCP010512D的OUT-脚输出为隔离后的电源负，连接到ISO124的-Vs2端口，为其提供隔离电源。电容C1、C2、C3都是滤波电容，去除电源的波动影响。这样实现了电压的隔离。
如图1所示，微控制器C8051F020根据计算出风压大小成线性比例从模拟输出DAC0端口输出一定电压到ISO124的隔离电压输入Vin端口。ISO124对输入电压进行隔离后，从隔离电压输出管脚Vout输出一个等大小的电压到集成运算放大器U4(OP97)的正向输入+VIN端口。输入电压经过OP97的线性放大，从OP97的输出OUT端口输出0-10V的控制电压。该电压输入到变频器，变频器根据输入电压的大小线性地控制电机的转速。从而实现了对电机转速的闭环控制，并通过对电机转速的实时控制实现对矿井风压大小的调节。

Claims (1)

1.一种煤矿风机主扇监控器，它包括矿井负压传感器(D1)、微控制器(U1)、电流隔离模块(T1)、电压隔离放大器(U2)、电源隔离器(U3)、集成运算放大器(U4)，其特征在于：
矿井负压传感器(D1)的电流输出IOUT端口与电流隔离模块(T1)的电流输入IIN-端口连接，电流隔离模块(T1)的电流输出IOUT+端口与微控制器(U1)的模拟输入通道AIN0.4端口连接；
微控制器(U1)的模拟输出DAC0端口与电压隔离放大器(U2)的隔离电压输入Vin端口连接；
电压隔离放大器(U2)的隔离电压输出Vout端口连接到集成运算放大器(U4)的正向输入+VIN端口；电压隔离放大器(U2)的隔离电源输入负-Vs2端口连接到电源隔离器(U3)的隔离电源输出负OUT-端口；电压隔离放大器(U2)的地GND端连接到电源隔离器(U3)的地输出OUTGND端；
第一电容(C1)的一端与电源隔离器(U3)的隔离电源输出正OUT+端口相连；
第一电容(C1)的另一端与电源隔离器(U3)的地输出OUTGND端口相连；
第二电容(C2)的一端与电源隔离器(U3)的隔离电源输出负OUT-端口相连；
第二电容(C2)的另一端与电源隔离器(U3)的地输出OUTGND端口相接；
第三电容(C3)的一端与电源隔离器(U3)的地输入INGND端口和数字DGNG地连接，第三电容(C3)的另一端与电源隔离器(U3)的电源输入IN端口和+5V电源连接；
第四电容(C4)一端与集成运算放大器(U4)的OUT输出端口和第一电阻(R1)一端连接，第四电容(C4)的另一端连接到第二电阻(R2)的一端和电源隔离器(U3)的地输出OUTGND端口上；
第一电阻(R1)的另一端连接到集成运算放大器(U4)的反向输入-VIN端口；
第二电阻(R2)的一端连接在电源隔离器(U3)的地输出OUTGND端口上；
第二电阻(R2)的另一端连接到集成运算放大器(U4)的反向输入-VIN端口上和第一电阻(R1)另一端连接；
矿井负压传感器(D1)采用KG9501B型；电流隔离模块(T1)采用T1100型；微控制器(U1)用C8051F020型；电压隔离放大器(U2)采用ISO124型；电源隔离器(U3)采用DCP010512D型；集成运算放大器(U4)采用OP97型。
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