專利名稱：基于dsp的礦井局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及通風(fēng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，尤其涉及一種基于DSP的礦井局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
礦井通風(fēng)技術(shù)是煤礦安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。高瓦斯礦井通風(fēng)技術(shù)研究一直是我國(guó)煤礦生產(chǎn)技術(shù)研究的重要課題之一，很多專家學(xué)者和工程技術(shù)人員己經(jīng)對(duì)此進(jìn)行了大量研究，取得不少成果。我國(guó)礦井通風(fēng)技術(shù)，取得了眾多引人注目的成果。例如，為了檢驗(yàn)和改進(jìn)主要通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，研究了主要通風(fēng)機(jī)性能測(cè)試裝置及測(cè)試方法。該裝置在計(jì)算機(jī)控制下，通過(guò)·風(fēng)速、風(fēng)壓、大氣參數(shù)、電參數(shù)及轉(zhuǎn)速等傳感器，自動(dòng)采集所有被測(cè)參數(shù)，且在自動(dòng)存入全部數(shù)據(jù)的同時(shí)，在屏幕上顯示處理所有數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果。隨后通過(guò)繪圖儀輸出通風(fēng)機(jī)性能曲線，實(shí)現(xiàn)了迅速、準(zhǔn)確、可靠地測(cè)定主要通風(fēng)機(jī)性能的目的。但從總體來(lái)看，我國(guó)礦井通風(fēng)的技術(shù)水平還處于相對(duì)的落后狀態(tài)。通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性還很低下，現(xiàn)有的軸流式通風(fēng)機(jī)效率低、電耗大。尤其是近年來(lái)發(fā)展迅速的綜采放頂采煤方法和高產(chǎn)高效工作面，具有開采強(qiáng)度大、經(jīng)濟(jì)效益好，機(jī)械化程度高的特點(diǎn)，但導(dǎo)致了瓦斯涌出量大、工作面所需風(fēng)量大，傳統(tǒng)的通風(fēng)技術(shù)及通風(fēng)設(shè)備己不能適應(yīng)這種生產(chǎn)方式。為了保障通風(fēng)系統(tǒng)及瓦斯涌出的安全程度，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)日益得到普及，使礦井抗災(zāi)能力得到很大提高。最近幾年，一些國(guó)內(nèi)廠家開發(fā)研制了局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，大多采用單片機(jī)作為控制芯片，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制策略也比較簡(jiǎn)單。它的主要缺點(diǎn)是I)可靠性較差，自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有限；2)沒(méi)有把通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的瓦斯?jié)舛扰c通風(fēng)機(jī)風(fēng)速、流量等數(shù)據(jù)建立正確的聯(lián)系，達(dá)不到良好的控制效果；3)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)使用人員合理地使用變頻器較難，它涉及到變頻器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的調(diào)整、加減速時(shí)間的設(shè)定、瓦斯?jié)舛扰c通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系等。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種能根據(jù)瓦斯?jié)舛茸詣?dòng)控制通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)瓦斯超限報(bào)警，瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、溫度、電機(jī)電流等參數(shù)的顯示的基于DSP的礦井局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的基于DSP的礦井局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于包括有作為上位機(jī)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和作為下位機(jī)的DSP，還包括有電源電路、復(fù)位電路、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、瓦斯傳感器、礦用隔爆變頻器、報(bào)警電路，DSP分別與電源電路、復(fù)位電路、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、瓦斯傳感器、礦用隔爆變頻器連接，DSP還外接報(bào)警電路，礦用隔爆變頻器的信號(hào)輸出端連接通風(fēng)機(jī)的控制端，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)通信接口和RS-485通信電路與DSP通信連接，所述的DSP中應(yīng)用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)有一個(gè)模糊PID控制器。所述的DSP的型號(hào)為TMS320F2407。所述的瓦斯傳感器共有三個(gè)，三個(gè)瓦斯傳感器Tl、T2、T3分別安裝在掘進(jìn)工作面附近(<5m)處、掘進(jìn)工作面入口附近、掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)流處，所述的風(fēng)速傳感器安裝在掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)流處，溫度傳感器安裝在掘進(jìn)工作面附近((5m)處。所述的風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、瓦斯傳感器Tl T3的輸出端接到DSP的A/D輸入接口 IOPAO 4。本實(shí)用新型的原理是本實(shí)用新型的下位機(jī)DSP主要用于檢測(cè)瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、溫度等參數(shù)，并通過(guò)通信
接口和RS-485瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、溫度等參數(shù)上傳至上位機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)編程，實(shí)現(xiàn)在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中顯示上述參數(shù)。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸鲆欢ㄖ禃r(shí)，下位機(jī)DSP啟動(dòng)報(bào)警電路工作并利用模糊PID控制器根據(jù)瓦斯?jié)舛葘?duì)礦用隔爆變頻器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使其變頻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的調(diào)速。本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)有以下有益效果(I)本實(shí)用新型采用了上位機(jī)和下位機(jī)相結(jié)合的兩級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，上位機(jī)為工控機(jī)IPC，下位機(jī)為TMS320F2407 DSP，通信電路為RS-485，系統(tǒng)具有極高的可靠性、實(shí)時(shí)性、適應(yīng)性。(2)分別在掘進(jìn)工作面的進(jìn)風(fēng)流、工作面、回風(fēng)流處布置瓦斯傳感器，提高了系統(tǒng)
可靠性。(3)能根據(jù)瓦斯?jié)舛茸詣?dòng)調(diào)整通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量，同時(shí)還具有瓦斯超限報(bào)警，瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、通風(fēng)機(jī)電機(jī)電流等顯示功能。(4)以模糊PID控制器為控制系統(tǒng)核心，具有適應(yīng)性好，魯棒性強(qiáng)，控制性能良好的優(yōu)點(diǎn)。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，基于DSP的礦井局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，包括有作為上位機(jī)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2和作為下位機(jī)的DSP1，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2通過(guò)通信接口和RS-485電路3與DSPI通信連接，DSPI分別與電源電路13、復(fù)位電路12、風(fēng)速傳感器4、溫度傳感器5、瓦斯傳感器6-8、礦用隔爆變頻器9連接，DSPl還外接有報(bào)警電路11，礦用隔爆變頻器9的信號(hào)輸出端連接通風(fēng)機(jī)10，DSPl中應(yīng)用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)有一個(gè)模糊PID控制器。DSPl的型號(hào)為TMS320F2407，是TI公司的可加密DSP，特別適合電動(dòng)機(jī)和反相器等高速控制領(lǐng)域，具有生產(chǎn)PWM的硬件電路，有高速處理能力和對(duì)交流電機(jī)的特殊應(yīng)用。為了提高系統(tǒng)可靠性，瓦斯傳感器共有三個(gè)，三個(gè)瓦斯傳感器T1-T3即瓦斯傳感器6、7、8分別安裝在掘進(jìn)工作面附近5m)處、掘進(jìn)工作面入口附近、掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)流處，所述的風(fēng)速傳感器4安裝在掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)流處，溫度傳感器5安裝在掘進(jìn)工作面附近(5m)處。[0024]風(fēng)速傳感器4、溫度傳感器5、瓦斯傳感器6、7、8的輸出端接到DSP的A/D輸入接口 IOPAO 4。系統(tǒng)上位機(jī)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2安裝在局部通風(fēng)機(jī)附近，下位機(jī)為DSPl安裝在掘進(jìn)頭上，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2與DSPl通過(guò)通信接口和RS-485電路3相連，可實(shí)現(xiàn)雙向通信。下位機(jī)DSPl采集并處理瓦斯傳感器6 8、風(fēng)速傳感器4、溫度傳感器5檢測(cè)的數(shù)據(jù)。當(dāng)瓦斯傳感器T1 6所測(cè)的瓦斯體積分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)啟動(dòng)報(bào)警電路11報(bào)警，為1.5%時(shí)斷電，低于I. 0%時(shí)自行復(fù)電。當(dāng)瓦斯傳感器T2 7所測(cè)的瓦斯體積分?jǐn)?shù)為I. 0%時(shí)啟動(dòng)報(bào)警電路11報(bào)警，為I. 1%時(shí)斷電，低于1.0%時(shí)自行復(fù)電。當(dāng)瓦斯傳感器T3 8所測(cè)的瓦斯體積分?jǐn)?shù)為
O.5%時(shí)啟動(dòng)報(bào)警電路11報(bào)警，為O. 6%時(shí)斷電，低于O. 5%時(shí)自行復(fù)電。在TMS320F2407DSP I中應(yīng)用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)模糊PID控制器，它將瓦斯?jié)舛鹊恼`差e和誤差變化率ec作為模糊PID控制器的輸入，利用模糊控制技術(shù)對(duì)PID控制器的參數(shù)進(jìn)行自整定，得到PID控制器的參數(shù)&、&、慫，從而求出相應(yīng)變頻器9的給定值，這個(gè)值由TMS320F2407 DSP I的PWM輸出引腳送到變頻器9來(lái)控制通風(fēng)機(jī)10轉(zhuǎn)速。下位機(jī)DSPl將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)如瓦斯 濃度、風(fēng)速、溫度、電機(jī)電流等通過(guò)通信接口和RS-485電路3傳送給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)的顯示。
權(quán)利要求1.一種基于DSP的礦井局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于包括有作為上位機(jī)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和作為下位機(jī)的DSP，還包括有電源電路、復(fù)位電路、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、瓦斯傳感器、礦用隔爆變頻器、報(bào)警電路，DSP分別與電源電路、復(fù)位電路、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、瓦斯傳感器、礦用隔爆變頻器連接，DSP還外接報(bào)警電路，礦用隔爆變頻器的信號(hào)輸出端連接通風(fēng)機(jī)的控制端，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)通信接口和RS-485通信電路與DSP通信連接，所述的DSP中應(yīng)用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)有一個(gè)模糊PID控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DSP的礦井局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的DSP的型號(hào)為TMS320F2407。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DSP的礦井局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的瓦斯傳感器共有三個(gè)，三個(gè)瓦斯傳感器Tl、T2、T3分別安裝在掘進(jìn)工作面附近、掘進(jìn)工作面入口附近、掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)流處，所述的風(fēng)速傳感器安裝在掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)流處，溫度傳感器安裝在掘進(jìn)工作面附近。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的基于DSP的礦井局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、瓦斯傳感器Tl Τ3的輸出端接到DSP的A/D輸入接Π IOPAO 4。
專利摘要本實(shí)用新型公開了基于DSP的礦井局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，包括有工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和DSP，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)通信接口和RS-485通信電路與DSP通信連接，DSP分別與電源電路、復(fù)位電路、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、瓦斯傳感器、礦用隔爆變頻器連接，DSP還外接有報(bào)警電路，礦用隔爆變頻器的信號(hào)輸出端連接通風(fēng)機(jī)，DSP中應(yīng)用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)有一個(gè)模糊PID控制器。本實(shí)用新型能根據(jù)瓦斯?jié)舛茸詣?dòng)控制通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)瓦斯超限報(bào)警，瓦斯?jié)舛取L(fēng)速、溫度、電機(jī)電流等參數(shù)的顯示；控制簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，既能節(jié)約大量電能，又能自動(dòng)將瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩秶鷥?nèi)，可以極大地降低瓦斯事故率，具有非常好的應(yīng)用前景和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)F04D27/00GK202707544SQ20122014600
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者張梅 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)