專利名稱：隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及具有甲烷爆炸性危險(xiǎn)的煤礦井下粉塵(煤塵)控制濃度大小的控 制器，具體涉及隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵的控制器。
背景技術(shù)：
在煤炭生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地要產(chǎn)生大量的粉塵(煤塵)。隨著煤礦開采強(qiáng)度和 煤炭產(chǎn)量的提高，產(chǎn)塵量和礦井作業(yè)場(chǎng)所的粉塵濃度也大大提高。粉塵的危害之一是瓦斯 爆炸可以引起粉塵爆炸，給國(guó)家和礦工的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的損失；粉塵的危害之二是工 人長(zhǎng)期吸入呼吸性粉塵，可引起肺部病變，造成塵肺病，給煤礦工人的健康造成很大危害。 因此，煤礦生產(chǎn)和作業(yè)場(chǎng)所粉塵的治理是很有意義的。在煤礦開采過(guò)程中，如鉆眼、爆破、掘進(jìn)及采煤作業(yè)，頂板管理、煤的裝載運(yùn)輸?shù)雀?個(gè)環(huán)節(jié)，都會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。目前，國(guó)內(nèi)外煤礦粉塵治理方法基本分為通風(fēng)除塵、煤層注 水、濕式作業(yè)、凈化風(fēng)流技術(shù)和個(gè)體防護(hù)等。其中最好是煤層注水，該類方法一般可降低粉 塵濃度60% 90%左右，國(guó)外采用煤層注水除塵的工作面數(shù)量占總工作面數(shù)量的百分比 很高，而我國(guó)采用煤層注水的工作面數(shù)量則較低。除煤層注水的方法外，我國(guó)的主要治理方 法為濕式作業(yè)和凈化風(fēng)流兩類方法。濕式作業(yè)的主要方法之一就是在采煤(采煤機(jī)滾筒割 煤、綜采移架放煤、掘進(jìn)機(jī)頭工作以及放炮落煤等)的同時(shí)進(jìn)行噴霧或水泡降塵。凈化風(fēng)流 的主要方法之一是水幕凈化技術(shù)，噴霧水幕凈化技術(shù)是在井巷頂部或兩幫敷設(shè)水管，且水 管上間隔的安裝數(shù)個(gè)噴霧器，通過(guò)噴出的水幕將礦塵捕獲。水幕可在礦井風(fēng)流總?cè)肟?、采區(qū) 風(fēng)流入口、掘進(jìn)回風(fēng)流口、巷道中產(chǎn)生塵源等的位置布設(shè)。目前水幕的控制方式主要有手動(dòng)式、光電式、聲控式、觸控式和機(jī)械傳動(dòng)控制方式 等，這些方法控制水幕工作與否均和煤礦井下現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度的大小無(wú)關(guān)，因此這些方法存 在或多或少帶有一些盲目性以及用水很多的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低，實(shí)現(xiàn)根據(jù)煤礦井下現(xiàn) 場(chǎng)實(shí)際粉塵濃度的大小，并結(jié)合所設(shè)定的上、下閾值，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)降塵控制的具有人性化控制 功能的隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵的控制器。為了克服現(xiàn)有降塵控制器絕大部分不能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度大小實(shí)現(xiàn)降塵控制的 缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣解決的一種隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵的控制器，該 自動(dòng)降塵控制器的外圍包括一個(gè)粉塵傳感器、一紅外傳感器、另一紅外傳感器、噴霧設(shè)備和 安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)等，本實(shí)用新型的特殊之處在于該控制器的防爆外殼內(nèi)腔線路板上連接一個(gè) 本質(zhì)安全電源，所述本質(zhì)安全電源一端依次分別與粉塵傳感器、一紅外傳感器、另一紅外傳 感器的一端連接，所述粉塵傳感器、，一紅外傳感器、另一紅外傳感器的另一端與安全隔離 電路一端連接，所述安全隔離電路另一端分別與信號(hào)調(diào)理電路、輸入光電隔離電路的一端 連接，所述本質(zhì)安全電源另一端、控制器電源的一端分別連接來(lái)自外部127VAC供電電源，所述控制器電源、信號(hào)調(diào)理電路、輸入光電隔離電路的另一端與單片機(jī)連接，所述單片機(jī)同 時(shí)還分別與LCD顯示電路、輸出光電隔離電路、鍵盤電路一端連接、網(wǎng)絡(luò)隔離接口連接，所 述輸出光電隔離電路另一端分別與輸出驅(qū)動(dòng)電路一端連接，所述驅(qū)動(dòng)電路另一端與噴霧設(shè) 備連接，所述隔離網(wǎng)絡(luò)接口另一端與安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接。以C8051F020單片機(jī)為核心，實(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度的大小，并和人為設(shè)定的上、 下閾值進(jìn)行比較，若濃度大于上限閾值則輸出控制噴霧信號(hào)，若濃度小于下限閾值則輸出 停止噴霧信號(hào)。在噴霧過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)有人通過(guò)噴霧區(qū)，則發(fā)出暫停噴霧信號(hào)；若人已通過(guò) 噴霧區(qū)，則恢復(fù)噴霧信號(hào)。為此本實(shí)用新型各電路的連接關(guān)系如圖3所示。外部粉塵傳感器經(jīng)安全隔離電路 連接到信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路和C8051F020單片機(jī)的模擬量輸入端AINO連接；兩路 紅外傳感器經(jīng)經(jīng)安全隔離電路連接到輸入光電隔離電路并經(jīng)其和單片機(jī)的Pl. 0端連接； 鍵盤電路和單片機(jī)的Pl. 1 Pl. 3端連接，IXD顯示電路與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線ADO AD7及 P2. 0 P2. 5端連接；單片機(jī)的Pl. 7端連接到輸出光電隔離電路，輸出光電隔離電路連接 到輸出驅(qū)動(dòng)電路，輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出噴霧控制信號(hào)，單片機(jī)的串口收發(fā)端口 RXD和T)(D和 隔離RS-485收發(fā)器RSM485連接，隔離RS-485收發(fā)器的另一端與外部安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接； 127VAC電源經(jīng)隔爆外殼輸入給本質(zhì)安全電源和控制器電源，本質(zhì)安全電源經(jīng)隔爆外殼輸出 給外部粉塵和紅外傳感器，控制器電源為隔爆殼內(nèi)控制器各單元供電。安全隔離電路的作用是當(dāng)控制器故障后其非本質(zhì)安全信號(hào)不至于傳到控制器的 外部；信號(hào)調(diào)理電路的作用是對(duì)粉塵傳感器信號(hào)(實(shí)時(shí)檢測(cè)煤礦巷道及作業(yè)場(chǎng)所的粉塵 濃度)進(jìn)行放大和標(biāo)定；輸入光電隔離電路是將紅外傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)在電氣上實(shí)現(xiàn) 隔離，增強(qiáng)抗干擾能力；輸出光電隔離電路是將單片機(jī)系統(tǒng)和輸出驅(qū)動(dòng)電路在電氣上實(shí)現(xiàn) 隔離，增強(qiáng)抗干擾能力；單片機(jī)的串口與安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)之間采用隔離RS-485收發(fā)器，增強(qiáng) 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃裕绘I盤和LCD顯示電路的作用是設(shè)置控制器工作時(shí)的上限、下限閾值； C8051F020單片機(jī)內(nèi)部含有A/D轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)程序控制啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換可以獲取被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的 粉塵濃度，當(dāng)粉塵濃度大于所設(shè)置的上限值時(shí)，控制器輸出起動(dòng)噴霧指令，當(dāng)粉塵濃度小于 所設(shè)置的下限值時(shí)，控制器輸出停止噴霧指令；單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)合LCD顯示電路可以顯示控 制器實(shí)時(shí)工作狀態(tài)以及分成濃度；紅外傳感器的作用是當(dāng)有人經(jīng)過(guò)噴霧區(qū)域時(shí)通知控制器 暫停噴霧以防淋濕通過(guò)人員；控制器的工作狀態(tài)和粉塵濃度通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口電路可以傳送到 煤礦安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的工作站。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有人性化控制功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低 的特點(diǎn)，控制噴霧與否最好的方法是當(dāng)巷道中或作業(yè)場(chǎng)所的粉塵達(dá)到預(yù)設(shè)定的濃度時(shí)，控 制噴霧裝置開啟工作；當(dāng)巷道中或作業(yè)場(chǎng)所的粉塵降到預(yù)設(shè)定的濃度時(shí)，控制噴霧裝置停 止工作。這樣既可以實(shí)現(xiàn)有效降塵，又可以節(jié)約大量噴霧用水和降低用水成本。研制該控 制器的目的是降低煤礦巷道、運(yùn)輸皮帶和裝載點(diǎn)等處空氣中煤塵的含量，降低煤礦煤塵爆 炸的幾率實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，同時(shí)改善煤礦環(huán)境以減少礦工患?jí)m肺病的可能，提高礦工的身體 健康。廣泛用于煤礦，冶金，非金屬礦山等行業(yè)。

圖1為本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵控制器結(jié)構(gòu)示意框圖；[0012]圖2為隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵控制器結(jié)構(gòu)示意框圖；圖3為本實(shí)用新型的電路原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
附圖為本實(shí)用新型的實(shí)施例。
以下結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明參照?qǐng)D1、圖2所示，一種隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵的控制器，該自動(dòng)降塵控制 器的外圍包括一個(gè)粉塵傳感器12，一紅外傳感器13，另一紅外傳感器14，噴霧設(shè)備15和安 全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)16，該控制器的防爆外殼內(nèi)腔線路板上連接一個(gè)本質(zhì)安全電源1，本質(zhì)安全電 源1 一端依次分別與粉塵傳感器12、一紅外傳感器13、另一紅外傳感器14的一端連接，所 述粉塵傳感器12、一紅外傳感器13、另一紅外傳感器14的另一端與安全隔離電路3的一端 連接，所述安全隔離電路3另一端分別與信號(hào)調(diào)理電路4、輸入光電隔離電路5的一端連接， 所述本質(zhì)安全電源1和控制器電源2的一端分別連接來(lái)自外部127VAC供電電源，所述控制 器電源2、信號(hào)調(diào)理電路4、輸入光電隔離電路5的另一端與單片機(jī)6連接，所述單片機(jī)6還 分別與IXD顯示電路8、輸出光電隔離電路9、鍵盤電路7的一端、網(wǎng)絡(luò)隔離接口 11連接，所 述輸出光電隔離電路9另一端與輸出驅(qū)動(dòng)電路10連接，所述驅(qū)動(dòng)電路10的另一端與噴霧 設(shè)備15連接，所述網(wǎng)絡(luò)接口 11的另一端與安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)16連接。所述的單片機(jī)為C8051F系列中的F020單片機(jī)，C8051F系列是在51單片機(jī)內(nèi)核 的基礎(chǔ)上集成有ADC、DAC、UART、數(shù)字I/O端口和Flash存儲(chǔ)器等功能的一種功能強(qiáng)大的 單片機(jī)，它以低廉的價(jià)格占據(jù)著低端應(yīng)用的絕大部分市場(chǎng)份額。并以豐富的轉(zhuǎn)移、位操作、 I/O 口的邏輯操作等指令為基礎(chǔ)，能滿足工業(yè)、國(guó)防等諸多領(lǐng)域的控制要求。因此這里選用 C8051F系列中的F020單片機(jī)作為隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵控制器的核心部件。圖3給出了隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵控制器的原理電路圖。粉塵信號(hào)從1-2端 輸入，經(jīng)由R1、R2、DZ1和DZl組成的安全隔離電路，送入由運(yùn)算放大器Al構(gòu)成的I/V轉(zhuǎn)換 電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)由運(yùn)算放大器A2構(gòu)成的比例放大電路輸入到 單片機(jī)C8051F020的模擬量輸入端ΑΙΝΟ. 0用于A/D轉(zhuǎn)換，R5可以調(diào)節(jié)放大電路的放大比 例；兩個(gè)紅外傳感器信號(hào)分別從3-5端和4-5端輸入，經(jīng)過(guò)Dl、D2組成的或門電路，再經(jīng)由 R6、DZ3和DZ4組成的安全隔離電路，紅外信號(hào)經(jīng)由R7、TLP521-1和R8構(gòu)成的輸入光電隔 離電路送入單片機(jī)的Pl. 0端用于檢測(cè)有無(wú)人員通過(guò)噴霧區(qū)；鍵盤電路由R9、RIO、Rll和3 只按鈕組成，3只按鈕分別和單片機(jī)的PL UPl. 2和Pl. 3連接，通過(guò)這些端單片機(jī)可以知道 哪個(gè)按鈕按下；液晶顯示器的8位數(shù)據(jù)線分別和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線AD0-AD7連接，WR、RD、 CS 1、CS2、CL和AO分別和單片機(jī)的P2. 0-P2. 5連接，通過(guò)程序控制鍵盤和液晶顯示器結(jié)合 可以設(shè)置控制器噴霧與否的上、下閾值，另外液晶顯示器還可以顯示實(shí)時(shí)粉塵濃度和噴霧 器工作狀態(tài)；噴霧控制信號(hào)由單片機(jī)的Pl. 7端輸出，經(jīng)由R12、TLP521-1和R13構(gòu)成的輸出 光電隔離電路，再經(jīng)過(guò)由R14、Tl、繼電器J和D3組成的輸出驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)6-7端輸出控 制噴霧驅(qū)動(dòng)信號(hào)；單片機(jī)的串口收發(fā)端RXD、T)(D和帶有隔離功能的RS-485收發(fā)器RSM-485 連接，RSM-485的A、B端可以和安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)和安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)的通信；外部127VAC 電源分別為本質(zhì)安全電源和控制器電源提供電能輸入，本質(zhì)安全電源的18VDC為外部粉塵 傳感器供電，控制器電源分別為信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)系統(tǒng)、輸入隔離電路、鍵盤電路、液晶顯示電路、輸出隔離與驅(qū)動(dòng)電路以及網(wǎng)絡(luò)接口等電路供電。
權(quán)利要求1.一種隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵的控制器，該自動(dòng)降塵控制器的外圍包括一個(gè)粉 塵傳感器(12)，一紅外傳感器(13)，另一紅外傳感器(14)，噴霧設(shè)備(1 和安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò) (16)，其特征在于該控制器的防爆外殼內(nèi)腔線路板上連接一個(gè)本質(zhì)安全電源(1)，本質(zhì)安全 電源(1) 一端依次分別與粉塵傳感器(12)、一紅外傳感器(13)、另一紅外傳感器(14)的一 端連接，所述粉塵傳感器(12)、一紅外傳感器(13)、另一紅外傳感器(14)的另一端與安全 隔離電路⑶的一端連接，所述安全隔離電路⑶另一端分別與信號(hào)調(diào)理電路G)、輸入光 電隔離電路(5)的一端連接，所述本質(zhì)安全電源(1)和控制器電源O)的一端分別連接來(lái) 自外部127VAC供電電源，所述控制器電源O)、信號(hào)調(diào)理電路G)、輸入光電隔離電路(5) 的另一端與單片機(jī)(6)連接，所述單片機(jī)(6)還分別與IXD顯示電路(8)、輸出光電隔離電 路(9)、鍵盤電路(7)的一端、網(wǎng)絡(luò)隔離接口(11)連接，所述輸出光電隔離電路(9)另一端 與輸出驅(qū)動(dòng)電路(10)連接，所述驅(qū)動(dòng)電路(10)的另一端與噴霧設(shè)備(1 連接，所述網(wǎng)絡(luò) 接口(11)的另一端與安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(16)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵的控制器，其特征在于所述的單 片機(jī)為C8051F020單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了隔爆兼本質(zhì)安全型自動(dòng)降塵的控制器。防爆外殼內(nèi)腔線路板上連接電源，電源一端分別與粉塵傳感器、紅外傳感器，粉塵傳感器、紅外傳感器另一端與隔離電路一端連接，隔離電路另一端分別與信號(hào)調(diào)理電路、輸入光電隔離電路的一端連接，電源另一端、控制器電源的一端分別連接來(lái)自外部供電電源，控制器電源、信號(hào)調(diào)理電路、輸入光電隔離電路另一端與單片機(jī)連接，單片機(jī)與LCD顯示電路、光電隔離電路、鍵盤電路一端連接、網(wǎng)絡(luò)隔離接口連接，光電隔離電路與輸出驅(qū)動(dòng)電路連接，驅(qū)動(dòng)電路與噴霧設(shè)備連接，隔離網(wǎng)絡(luò)接口與安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)時(shí)檢測(cè)井下粉塵濃度的大小，改善礦山環(huán)境以減少塵肺病，廣泛用于煤礦，冶金，非金屬礦山等行業(yè)。
文檔編號(hào)E21F5/02GK201851146SQ20102062164
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者高赟 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)