專利名稱：一種煤礦風(fēng)機(jī)主扇監(jiān)控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦風(fēng)機(jī)主扇監(jiān)控裝置，尤其能根據(jù)巷道風(fēng)壓變頻調(diào)節(jié)風(fēng) 機(jī)轉(zhuǎn)速的智能控制設(shè)備。
背景技術(shù)：
風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)中的重要設(shè)備，通風(fēng)系統(tǒng)工作是否正常，直接關(guān)系到煤礦 生產(chǎn)效率和礦工的生命安全。傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)控制方式是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開度來實(shí)現(xiàn) 通風(fēng)量的調(diào)節(jié)。為了保證煤礦通風(fēng)順利進(jìn)行，電機(jī)功率往往要比實(shí)際需要大很 多。這樣不但浪費(fèi)了電能，而且機(jī)械式的風(fēng)門調(diào)節(jié)起來也不方便、迅速。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制方式造成的電能浪費(fèi)，提高通風(fēng)系統(tǒng)的效率，本發(fā) 明提供一種節(jié)能的煤礦風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，能根據(jù)巷道 風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種煤礦風(fēng)機(jī)主扇監(jiān)控器，它包括礦井負(fù)壓傳感器、微控制器、電流隔離 模塊、電壓隔離放大器、電源隔離器、集成運(yùn)算放大器；其構(gòu)成的器件間的連 接
礦井負(fù)壓傳感器的電流輸出IOUT端口與電流隔離器的電流輸入IIN -端口 連接，電流隔離模塊的電流輸出IOUT +端口與微控制器的模擬輸入通道 TAIN0.4端口連接；
微控制器的模擬輸出DACO端口與電壓隔離放大器的隔離電壓輸入Vin端 口連接；
電壓隔離放大器的隔離電壓輸出Vout端口連接到集成運(yùn)算放大器的正向輸入+VIN端口；電壓隔離放大器的隔離電源輸入負(fù)-Vs2端口連接到電源隔離器
的隔離電源輸出負(fù)OUT -端口；電壓隔離放大器的地GND端連接到電源隔離器 的輸出地OUTGND端；
第一電容的一端與電源隔離器的隔離電源輸出正OUT+端口相連；
第一電容的另一端與電源隔離器的地輸出OUTGND端口連接；
第二電容的一端與電源隔離器的隔離電源輸出負(fù)OUT -端口相連；
第二電容的另一端與電源隔離器的地輸出OUTGND端口相接；
第三電容的一端與電源隔離器的輸入地INGND端口和數(shù)字DGNG地連接，
第三電容的另一端與電源隔離器的電源輸入IN端口和+5V電源連接；
第四電容一端與集成運(yùn)算放大器的OUT輸出端口和第一電阻一端連接，第
四電容的另一端連接到第二電阻的一端和電源隔離器的地輸出OUTGND端口
上；
第一電阻的另一端連接到集成運(yùn)算放大器的反向輸入-VIN端口；
第二電阻的一端和電源隔離器的地輸出OUTGND端口上； 第二電阻的另一端連接到集成運(yùn)算放大器的反向輸入-VIN端口上和電阻 另一端連接；
礦井負(fù)壓傳感器采用KG9501B型；電流隔離器采用T1100型；微控制器用 C8051F020型；電壓隔離放大器采用IS0124型；電源隔離器采用DCP010512D 型；集成運(yùn)算放大器采用OP97型。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果
1. 把閉環(huán)控制思路用于風(fēng)機(jī)控制設(shè)備上?？刂葡到y(tǒng)能夠根據(jù)巷道風(fēng)壓的大 小調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
2. 控制電壓通過變頻器來實(shí)時(shí)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速快慢，節(jié)約了大量能源。


圖l 一種煤礦風(fēng)機(jī)主扇監(jiān)控器電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
一種煤礦風(fēng)機(jī)主扇監(jiān)控器，它包括礦井負(fù)壓傳感器Dl、微控制器Ul、電 流隔離模塊T1、電壓隔離放大器U2、電源隔離器U3、集成運(yùn)算放大器U4，其 構(gòu)成器件間的連接
礦井負(fù)壓傳感器D1的電流輸出IOUT端口與電流隔離器Tl的電流輸入IIN -端口連接，電流隔離模塊Tl的電流輸出IOUT +端口與微控制器Ul的模擬輸 入通道TAIN0.4端口連接；
微控制器U1的模擬輸出DAC0端口與電壓隔離放大器U2的隔離電壓輸入 Vin端口連接；
電壓隔離放大器U2的隔離電壓輸出Vout端口連接到集成運(yùn)算放大器U4 的正向輸入+VIN端口；電壓隔離放大器U2的隔離電源輸入負(fù)-Vs2端口連接 到電源隔離器U3的隔離電源輸出負(fù)OUT -端口；電壓隔離放大器U2的地GND 端連接到電源隔離器U3的輸出地OUTGND端；
第一電容C1的一端與電源隔離器U3的隔離電源輸出正OUT+端口相連； 第一電容C1的另一端與電源隔離器U3的地輸出OUTGND端口連接； 第二電容C2的一端與電源隔離器U3的隔離電源輸出負(fù)OUT -端口相連； 第二電容C2的另一端與電源隔離器U3的地輸出OUTGND端口相接； 第三電容C3的一端與電源隔離器U3的輸入地INGND端口和數(shù)字DGNG 地連接，第三電容C3的另一端與電源隔離器U3的電源輸入IN端口和+5V電 源連接；
第四電容C4 一端與集成運(yùn)算放大器U4的OUT輸出端口和第一電阻Rl — 端連接，第四電容C4的另一端連接到第二電阻R2的一端和電源隔離器U3的地輸出OUTGND端口上；
第一電阻R1的另一端連接到集成運(yùn)算放大器U4的反向輸入-VIN端口； 第二電阻R2的一端和電源隔離器U3的地輸出OUTGND端口上； 第二電阻R2的另一端連接到集成運(yùn)算放大器U4的反向輸入-VIN端口上
和電阻R1另一端連接； 巷道負(fù)壓檢測(cè)
本發(fā)明礦井負(fù)壓傳感器Dl采用KG9501B型風(fēng)壓傳感器。它適用于煤礦井 下巷道及瓦斯抽放管道負(fù)壓(差壓)的連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以監(jiān)測(cè)風(fēng)壓變化，保證礦 井正常通風(fēng)、配風(fēng)及瓦斯抽放管路安全。本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠,便于 維護(hù)與調(diào)試。根據(jù)風(fēng)壓大小輸出4 20mA信號(hào)，能在有瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng) 所連續(xù)工作。
KG9501B型負(fù)壓傳感器實(shí)時(shí)對(duì)巷道負(fù)壓進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)負(fù)壓的大小，成 線性比例的輸出4~20mA電流。由于4~20mA電流環(huán)路抗干擾能力強(qiáng)，線路簡(jiǎn) 單，可用來傳輸幾十甚至幾百米長(zhǎng)的模擬信號(hào)。為防止遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)導(dǎo)線上帶 來的電磁干擾，就需要對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行隔離。本發(fā)明的電流隔離模塊T1采用 TllOO。該器是一款專門針對(duì)4 20mA電流環(huán)隔離模塊，采用兩線制連接方式， 內(nèi)部包含有電流信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路、信號(hào)耦合隔離變換電路等。很小的輸入等 效電阻，使該IC的輸入電壓達(dá)到超寬范圍(7.5~32V)，以滿足用戶無需外接 電源而實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)距離、無失真?zhèn)鬏數(shù)男枰?br> 如圖1所示，KG9501B風(fēng)壓傳感器輸出的4-20mA的電流信號(hào)輸入到T1100 的隔離電流輸入IIN-端口。經(jīng)過T1100的隔離后，從隔離電流輸出IOUT+端口 輸出到微控制器U1 (C8051F020)的模擬輸入通道AIN0.4端口。微控制器 C8051F020對(duì)輸入的電流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并存儲(chǔ)在ADC 數(shù)據(jù)寄存器中。然后，微控制器C8051F020根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)計(jì)算巷道風(fēng)壓大 小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道風(fēng)壓的精確測(cè)量。變頻器調(diào)速
微控制器C8051F020根據(jù)計(jì)算出的風(fēng)壓大小成比例輸出一定電壓。由于 C8051F020的輸出電壓較小，需要經(jīng)過放大。本裝置使用了 0 10V電壓控制變 頻器輸出轉(zhuǎn)速，輸出電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán) 控制。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，距離較遠(yuǎn)的電氣設(shè)備、儀表之間進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，往往存 在干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作。本發(fā)明電壓采用電壓隔離技術(shù)，目的是 使輸入側(cè)和輸出側(cè)在電氣上完全隔離。
本發(fā)明中的電壓隔離設(shè)計(jì)，電壓隔離放大器U2采用了 DCP010512D電源隔 離器和IS0124電壓隔離放大器器。電源隔離器U3采用DCP010512D型器， DCP010512D為單極性輸入，雙極性輸出，輸入電壓為+5V，輸出電壓為+12V, -12V。 DCP010512D作為隔離電源器，為IS0124的隔離側(cè)提供電源，二者配合 使用完成電壓隔離。電路如圖l所示，DCP010512D地輸出OUTGND端口輸出 為隔離后的地端，連接到IS0124的GND腳。DCP010512D的OUT+腳輸出為 隔離后的電源正，連接到IS0124的+Vs2端口。 DCP010512D的OUT-腳輸出為 隔離后的電源負(fù)，連接到IS0124的-Vs2端口，為其提供隔離電源。電容C1、 C2、 C3都是濾波電容，去除電源的波動(dòng)影響。這樣實(shí)現(xiàn)了電壓的隔離。
如圖1所示，微控制器C8051F020根據(jù)計(jì)算出風(fēng)壓大小成線性比例從模擬 輸出DACO端口輸出一定電壓到IS0124的隔離電壓輸入Vin端口。 IS0124對(duì) 輸入電壓進(jìn)行隔離后，從隔離電壓輸出管腳Vout輸出一個(gè)等大小的電壓到集成 運(yùn)算放大器U4 (OP97)的正向輸入+VIN端口。輸入電壓經(jīng)過OP97的線性放 大，從OP97的輸出OUT端口輸出0-10V的控制電壓。該電壓輸入到變頻器，變 頻器根據(jù)輸入電壓的大小線性地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉 環(huán)控制，并通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井風(fēng)壓大小的調(diào)節(jié)。
8
權(quán)利要求
1. 一種煤礦風(fēng)機(jī)主扇監(jiān)控器，它包括礦井負(fù)壓傳感器(D1)、微控制器(U1)、電流隔離模塊(T1)、電壓隔離放大器(U2)、電源隔離器(U3)、集成運(yùn)算放大器(U4)，其特征在于礦井負(fù)壓傳感器(D1)的電流輸出IOUT端口與電流隔離模塊(T1)的電流輸入IIN-端口連接，電流隔離模塊(T1)的電流輸出IOUT+端口與微控制器(U1)的模擬輸入通道TAIN0.4端口連接；微控制器(U1)的模擬輸出DAC0端口與電壓隔離放大器(U2)的隔離電壓輸入Vin端口連接；電壓隔離放大器(U2)的隔離電壓輸出Vout端口連接到集成運(yùn)算放大器(U4)的正向輸入+VIN端口；電壓隔離放大器(U2)的隔離電源輸入負(fù)-Vs2端口連接到電源隔離器(U3)的隔離電源輸出負(fù)OUT-端口；電壓隔離放大器(U2)的地GND端連接到電源隔離器(U3)的輸出地OUTGND端；第一電容(C1)的一端與電源隔離器(U3)的隔離電源輸出正OUT+端口相連；第一電容(C1)的另一端與電源隔離器(U3)的地輸出OUTGND端口相連；第二電容(C2)的一端與電源隔離器(U3)的隔離電源輸出負(fù)OUT-端口相連；第二電容(C2)的另一端與電源隔離器(U3)的地輸出OUTGND端口相接；第三電容(C3)的一端與電源隔離器(U3)的輸入地INGND端口和數(shù)字DGNG地連接，第三電容(C3)的另一端與電源隔離器(U3)的電源輸入IN端口和+5V電源連接；第四電容(C4)一端與集成運(yùn)算放大器(U4)的OUT輸出端口和第一電阻(R1)一端連接，第四電容(C4)的另一端連接到第二電阻(R2)的一端和電源隔離器(U3)的地輸出OUTGND端口上；第一電阻(R1)的另一端連接到集成運(yùn)算放大器(U4)的反向輸入-VIN端口；第二電阻(R2)的一端和電源隔離器(U3)的地輸出OUTGND端口上；第二電阻(R2)的另一端連接到集成運(yùn)算放大器(U4)的反向輸入-VIN端口上和電阻(R1)另一端連接；礦井負(fù)壓傳感器(D1)采用KG9501B型；電流隔離模塊(T1)采用T1100型；微控制器(U1)用C8051F020型；電壓隔離放大器(U2)采用ISO124型；電源隔離器(U3)采用DCP010512D型；集成運(yùn)算放大器(U4)采用OP97型。
全文摘要
一種煤礦風(fēng)機(jī)主扇監(jiān)控器，它包括礦井負(fù)壓傳感器(D1)、微控制器(U1)、電流隔離模塊(T1)、電壓隔離放大器(U2)、電源隔離器(U3)、集成運(yùn)算放大器(U4)。礦井負(fù)壓傳感器的電流輸出端與電流隔離器的電流輸入端連接，電流隔離模塊的電流輸出端口與微控制器的模擬輸入通道連接；微控制器的模擬輸出端與電壓隔離放大器的隔離電壓輸入端連接；電源隔離器的隔離電源輸出負(fù)端連電壓隔離放大器的隔離電源輸入負(fù)端，其隔離電源輸出正端連接電壓隔離放大器隔離電源輸入正端。電壓隔離放大器的隔離電壓輸出端連接集成運(yùn)算放大器的正向輸入端。微控制器根據(jù)巷道風(fēng)壓大小成線性比例輸出的電壓經(jīng)過隔離放大，變換成0～10V控制電壓。
文檔編號(hào)F04D27/00GK101463828SQ20091007633
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者冬 于, 屹 張, 碩 肖, 魏學(xué)業(yè) 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)