CN201851146U

CN201851146U - 隔爆兼本质安全型自动降尘的控制器

Info

Publication number: CN201851146U
Application number: CN2010206216469U
Authority: CN
Inventors: 高赟
Original assignee: Xian University of Science and Technology
Current assignee: Xian University of Science and Technology
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2020-11-22

Abstract

本实用新型公开了隔爆兼本质安全型自动降尘的控制器。防爆外壳内腔线路板上连接电源，电源一端分别与粉尘传感器、红外传感器，粉尘传感器、红外传感器另一端与隔离电路一端连接，隔离电路另一端分别与信号调理电路、输入光电隔离电路的一端连接，电源另一端、控制器电源的一端分别连接来自外部供电电源，控制器电源、信号调理电路、输入光电隔离电路另一端与单片机连接，单片机与LCD显示电路、光电隔离电路、键盘电路一端连接、网络隔离接口连接，光电隔离电路与输出驱动电路连接，驱动电路与喷雾设备连接，隔离网络接口与安全监测网络连接，实时检测井下粉尘浓度的大小，改善矿山环境以减少尘肺病，广泛用于煤矿，冶金，非金属矿山等行业。

Description

隔爆兼本质安全型自动降尘的控制器

技术领域

本实用新型涉及具有甲烷爆炸性危险的煤矿井下粉尘(煤尘)控制浓度大小的控制器，具体涉及隔爆兼本质安全型自动降尘的控制器。

背景技术

在煤炭生产过程中，不可避免地要产生大量的粉尘(煤尘)。随着煤矿开采强度和煤炭产量的提高，产尘量和矿井作业场所的粉尘浓度也大大提高。粉尘的危害之一是瓦斯爆炸可以引起粉尘爆炸，给国家和矿工的生命财产造成极大的损失；粉尘的危害之二是工人长期吸入呼吸性粉尘，可引起肺部病变，造成尘肺病，给煤矿工人的健康造成很大危害。因此，煤矿生产和作业场所粉尘的治理是很有意义的。

在煤矿开采过程中，如钻眼、爆破、掘进及采煤作业，顶板管理、煤的装载运输等各个环节，都会产生大量的粉尘。目前，国内外煤矿粉尘治理方法基本分为通风除尘、煤层注水、湿式作业、净化风流技术和个体防护等。其中最好是煤层注水，该类方法一般可降低粉尘浓度60％～90％左右，国外采用煤层注水除尘的工作面数量占总工作面数量的百分比很高，而我国采用煤层注水的工作面数量则较低。除煤层注水的方法外，我国的主要治理方法为湿式作业和净化风流两类方法。湿式作业的主要方法之一就是在采煤(采煤机滚筒割煤、综采移架放煤、掘进机头工作以及放炮落煤等)的同时进行喷雾或水泡降尘。净化风流的主要方法之一是水幕净化技术，喷雾水幕净化技术是在井巷顶部或两帮敷设水管，且水管上间隔的安装数个喷雾器，通过喷出的水幕将矿尘捕获。水幕可在矿井风流总入口、采区风流入口、掘进回风流口、巷道中产生尘源等的位置布设。

目前水幕的控制方式主要有手动式、光电式、声控式、触控式和机械传动控制方式等，这些方法控制水幕工作与否均和煤矿井下现场粉尘浓度的大小无关，因此这些方法存在或多或少带有一些盲目性以及用水很多的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单，使用方便，成本低，实现根据煤矿井下现场实际粉尘浓度的大小，并结合所设定的上、下阈值，自动实现降尘控制的具有人性化控制功能的隔爆兼本质安全型自动降尘的控制器。

为了克服现有降尘控制器绝大部分不能根据现场粉尘浓度大小实现降尘控制的缺点，本实用新型的技术方案是这样解决的：一种隔爆兼本质安全型自动降尘的控制器，该自动降尘控制器的外围包括一个粉尘传感器、一红外传感器、另一红外传感器、喷雾设备和安全监测网络等，本实用新型的特殊之处在于该控制器的防爆外壳内腔线路板上连接一个本质安全电源，所述本质安全电源一端依次分别与粉尘传感器、一红外传感器、另一红外传感器的一端连接，所述粉尘传感器、，一红外传感器、另一红外传感器的另一端与安全隔离电路一端连接，所述安全隔离电路另一端分别与信号调理电路、输入光电隔离电路的一端连接，所述本质安全电源另一端、控制器电源的一端分别连接来自外部127VAC供电电源，所述控制器电源、信号调理电路、输入光电隔离电路的另一端与单片机连接，所述单片机同时还分别与LCD显示电路、输出光电隔离电路、键盘电路一端连接、网络隔离接口连接，所述输出光电隔离电路另一端分别与输出驱动电路一端连接，所述驱动电路另一端与喷雾设备连接，所述隔离网络接口另一端与安全监测网络连接。

以C8051F020单片机为核心，实时检测现场粉尘浓度的大小，并和人为设定的上、下阈值进行比较，若浓度大于上限阈值则输出控制喷雾信号，若浓度小于下限阈值则输出停止喷雾信号。在喷雾过程中若发现有人通过喷雾区，则发出暂停喷雾信号；若人已通过喷雾区，则恢复喷雾信号。

为此本实用新型各电路的连接关系如图3所示。外部粉尘传感器经安全隔离电路连接到信号调理电路，信号调理电路和C8051F020单片机的模拟量输入端AIN0连接；两路红外传感器经经安全隔离电路连接到输入光电隔离电路并经其和单片机的P1.0端连接；键盘电路和单片机的P1.1～P1.3端连接，LCD显示电路与单片机的数据线AD0～AD7及P2.0～P2.5端连接；单片机的P1.7端连接到输出光电隔离电路，输出光电隔离电路连接到输出驱动电路，输出驱动电路输出喷雾控制信号，单片机的串口收发端口RXD和TXD和隔离RS-485收发器RSM485连接，隔离RS-485收发器的另一端与外部安全监测网络连接；127VAC电源经隔爆外壳输入给本质安全电源和控制器电源，本质安全电源经隔爆外壳输出给外部粉尘和红外传感器，控制器电源为隔爆壳内控制器各单元供电。

安全隔离电路的作用是当控制器故障后其非本质安全信号不至于传到控制器的外部；信号调理电路的作用是对粉尘传感器信号(实时检测煤矿巷道及作业场所的粉尘浓度)进行放大和标定；输入光电隔离电路是将红外传感器和单片机系统在电气上实现隔离，增强抗干扰能力；输出光电隔离电路是将单片机系统和输出驱动电路在电气上实现隔离，增强抗干扰能力；单片机的串口与安全监测网络之间采用隔离RS-485收发器，增强网络传输的可靠性；键盘和LCD显示电路的作用是设置控制器工作时的上限、下限阈值；C8051F020单片机内部含有A/D转换电路，通过程序控制启动A/D转换可以获取被测现场的粉尘浓度，当粉尘浓度大于所设置的上限值时，控制器输出起动喷雾指令，当粉尘浓度小于所设置的下限值时，控制器输出停止喷雾指令；单片机系统结合LCD显示电路可以显示控制器实时工作状态以及分成浓度；红外传感器的作用是当有人经过喷雾区域时通知控制器暂停喷雾以防淋湿通过人员；控制器的工作状态和粉尘浓度通过网络接口电路可以传送到煤矿安全监测网络的工作站。

本实用新型与现有技术相比，具有人性化控制功能，结构简单，使用方便，成本低的特点，控制喷雾与否最好的方法是当巷道中或作业场所的粉尘达到预设定的浓度时，控制喷雾装置开启工作；当巷道中或作业场所的粉尘降到预设定的浓度时，控制喷雾装置停止工作。这样既可以实现有效降尘，又可以节约大量喷雾用水和降低用水成本。研制该控制器的目的是降低煤矿巷道、运输皮带和装载点等处空气中煤尘的含量，降低煤矿煤尘爆炸的几率实现安全生产，同时改善煤矿环境以减少矿工患尘肺病的可能，提高矿工的身体健康。广泛用于煤矿，冶金，非金属矿山等行业。

附图说明

图1为本质安全型自动降尘控制器结构示意框图；

图2为隔爆兼本质安全型自动降尘控制器结构示意框图；

图3为本实用新型的电路原理结构示意图。

具体实施方式

附图为本实用新型的实施例。

下面结合附图对发明内容作进一步说明：

参照图1、图2所示，一种隔爆兼本质安全型自动降尘的控制器，该自动降尘控制器的外围包括一个粉尘传感器12，一红外传感器13，另一红外传感器14，喷雾设备15和安全监测网络16，该控制器的防爆外壳内腔线路板上连接一个本质安全电源1，本质安全电源1一端依次分别与粉尘传感器12、一红外传感器13、另一红外传感器14的一端连接，所述粉尘传感器12、一红外传感器13、另一红外传感器14的另一端与安全隔离电路3的一端连接，所述安全隔离电路3另一端分别与信号调理电路4、输入光电隔离电路5的一端连接，所述本质安全电源1和控制器电源2的一端分别连接来自外部127VAC供电电源，所述控制器电源2、信号调理电路4、输入光电隔离电路 5的另一端与单片机6连接，所述单片机6还分别与LCD显示电路8、输出光电隔离电路9、键盘电路7的一端、网络隔离接口11连接，所述输出光电隔离电路9另一端与输出驱动电路10连接，所述驱动电路10的另一端与喷雾设备15连接，所述网络接口11的另一端与安全监测网络16连接。

所述的单片机为C8051F系列中的F020单片机，C8051F系列是在51单片机内核的基础上集成有ADC、DAC、UART、数字I/O端口和Flash存储器等功能的一种功能强大的单片机，它以低廉的价格占据着低端应用的绝大部分市场份额。并以丰富的转移、位操作、I/O口的逻辑操作等指令为基础，能满足工业、国防等诸多领域的控制要求。因此这里选用C8051F系列中的F020单片机作为隔爆兼本质安全型自动降尘控制器的核心部件。

图3给出了隔爆兼本质安全型自动降尘控制器的原理电路图。粉尘信号从1-2端输入，经由R1、R2、DZ1和DZ1组成的安全隔离电路，送入由运算放大器A1构成的I/V转换电路将电流信号转换成电压信号，该信号经由运算放大器A2构成的比例放大电路输入到单片机C8051F020的模拟量输入端AIN0.0用于A/D转换，R5可以调节放大电路的放大比例；两个红外传感器信号分别从3-5端和4-5端输入，经过D1、D2组成的或门电路，再经由R6、DZ3和DZ4组成的安全隔离电路，红外信号经由R7、TLP521-1和R8构成的输入光电隔离电路送入单片机的P1.0端用于检测有无人员通过喷雾区；键盘电路由R9、R10、R11和3只按钮组成，3只按钮分别和单片机的P1.1、P1.2和P1.3连接，通过这些端单片机可以知道哪个按钮按下；液晶显示器的8位数据线分别和单片机的数据总线AD0-AD7连接，WR、RD、CS 1、CS2、CL和A0分别和单片机的P2.0-P2.5连接，通过程序控制键盘和液晶显示器结合可以设置控制器喷雾与否的上、下阈值，另外液晶显示器还可以显示实时粉尘浓度和喷雾器工作状态；喷雾控制信号由单片机的P1.7端输出，经由R12、TLP521-1和R13构成的输出光电隔离电路，再经过由 R14、T1、继电器J和D3组成的输出驱动电路，通过6-7端输出控制喷雾驱动信号；单片机的串口收发端RXD、TXD和带有隔离功能的RS-485收发器RSM-485连接，RSM-485的A、B端可以和安全监测网络连接，实现和安全监测网的通信；外部127VAC电源分别为本质安全电源和控制器电源提供电能输入，本质安全电源的18VDC为外部粉尘传感器供电，控制器电源分别为信号调理电路、单片机系统、输入隔离电路、键盘电路、液晶显示电路、输出隔离与驱动电路以及网络接口等电路供电。

Claims

1.一种隔爆兼本质安全型自动降尘的控制器，该自动降尘控制器的外围包括一个粉尘传感器(12)，一红外传感器(13)，另一红外传感器(14)，喷雾设备(15)和安全监测网络(16)，其特征在于该控制器的防爆外壳内腔线路板上连接一个本质安全电源(1)，本质安全电源(1)一端依次分别与粉尘传感器(12)、一红外传感器(13)、另一红外传感器(14)的一端连接，所述粉尘传感器(12)、一红外传感器(13)、另一红外传感器(14)的另一端与安全隔离电路(3)的一端连接，所述安全隔离电路(3)另一端分别与信号调理电路(4)、输入光电隔离电路(5)的一端连接，所述本质安全电源(1)和控制器电源(2)的一端分别连接来自外部127VAC供电电源，所述控制器电源(2)、信号调理电路(4)、输入光电隔离电路(5)的另一端与单片机(6)连接，所述单片机(6)还分别与LCD显示电路(8)、输出光电隔离电路(9)、键盘电路(7)的一端、网络隔离接口(11)连接，所述输出光电隔离电路(9)另一端与输出驱动电路(10)连接，所述驱动电路(10)的另一端与喷雾设备(15)连接，所述网络接口(11)的另一端与安全监测网络(16)连接。

2.根据权利要求1所述的隔爆兼本质安全型自动降尘的控制器，其特征在于所述的单片机为C8051F020单片机。