煤礦采煤機(jī)變頻器安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

變頻器是保證采煤機(jī)正常工作的基礎(chǔ)性設(shè)備，溫度、電流、電壓等會影響變頻器的正常、安全工作。因此，對變頻器的溫度、電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測對確保變頻器安全運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-2]。同時由于變頻器工作環(huán)境惡劣，變頻器在工作過程中極其容易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，采用人工方式無法對變頻器溫度、電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行有效的預(yù)警監(jiān)測[3]。因此，筆者設(shè)計了一種變頻器安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對變頻器運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時測量，并對參數(shù)（溫度、電流、電壓）變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，具有較為明顯的使用價值。

　　1 設(shè)計方案

　　設(shè)計的采煤機(jī)變頻器安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)主要由直流電壓/電流檢測電路、交流電壓/電流監(jiān)測電路、溫度監(jiān)測電路、中央處理器（CPU）、通訊電流、存儲設(shè)備、上位機(jī)、顯示電路等。為了實(shí)現(xiàn)對變頻器故障的快速確定，處理器采用高性能32位處理器（TMS320F2812）。通過布置的電流、電壓、溫度線路對變頻器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并通過CAN總線方式將監(jiān)測到的參數(shù)傳輸?shù)桨踩A(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，當(dāng)監(jiān)測或者預(yù)先判定變頻器出現(xiàn)故障時，發(fā)出聲光報警信號，同時設(shè)計的系統(tǒng)可以把故障信息進(jìn)行存儲，方便對故障進(jìn)行診斷。

　　2 監(jiān)測電路設(shè)計

　　2.1 直流電壓監(jiān)測電路

　　電流監(jiān)測線路采用精度高、量程大的電壓傳感器（TBV10/25V），傳感器的額定輸入電流值在10mA，采用的原、副匝比比值在1000：2500。采煤機(jī)正常工作過程中，直流母線的電壓值約為540V，為了使得采用的電壓傳感器（TBV10/25V）輸入的額定電流在10mA，使得采用的R168、R169電阻總和為54000Ω，電壓傳感器正常工作時的輸出電流值在25mA，壓力傳感器輸出的電流經(jīng)過R174電阻進(jìn)行采用，轉(zhuǎn)變成電壓信號值，再經(jīng)由TU11B、TU12B集成運(yùn)放組成的調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成適合于中央處理器（CPU）接收的，能反應(yīng)出直流母線電壓值的電壓信號。

　　2.2 交流電流監(jiān)測電路

　　采煤機(jī)變頻器工作時的額定電流值在90A，采用的電流傳感器型號為TBC100TAH（LEM公司生產(chǎn)），該型號傳感器可以實(shí)現(xiàn)對交流以及直流電電流大小測量，額定的工作電流值在10A～100A，測定的電流量程在0～300A，電流的變比值在1000：1。當(dāng)變頻器處于額定工作狀態(tài)時，TBC100TAH電流傳感器輸出的額定電流值在90mA，輸出的電流值經(jīng)過R156采樣電阻轉(zhuǎn)換成交流電壓信號，電壓信號再通過由TU13A集成運(yùn)放構(gòu)建的調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成額定值在1.1V的交流電壓，由于中央處理器（CPU）不接受負(fù)電壓值，因此采用TU15A集成運(yùn)放構(gòu)建的調(diào)理電路對電壓值進(jìn)行調(diào)理，形成與監(jiān)測交流電流成比例的正電壓傳輸?shù)街醒胩幚砥鳎–PU）。

　　2.3 溫度監(jiān)測電路

　　設(shè)計的溫度監(jiān)測電路采用電阻（R159及R160）、集成運(yùn)放（TU10B、TU18A）構(gòu)建恒流源，采用PT100鉑電阻（電阻值隨著溫度變化而變化，可以測量的溫度值范圍在-200℃～600℃），經(jīng)過TEMP1、TEMP2端口之后接入到電路中，采用的信號放大器為AD620。隨著溫度的變化，測定出來的鉑電阻兩端的電壓值（TEMP1、TEMP2）經(jīng)過信號放大器（AD620）傳輸?shù)街醒胩幚砥鳎–PU）。

　　3 變頻器安全預(yù)警軟件

　　安全預(yù)警系統(tǒng)的軟件運(yùn)行流程主要包括系統(tǒng)初始化處理、AD初始化、I/O初始化、CAN通信總線傳輸初始化、定時中斷等多個運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測電路數(shù)據(jù)的監(jiān)測、傳輸、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)存儲等功能。預(yù)警監(jiān)控程序設(shè)計主要包括對預(yù)警設(shè)定值設(shè)定、設(shè)定值與監(jiān)測值比對、超出預(yù)警設(shè)定值向聲光報警器發(fā)出預(yù)警信號?？梢詫ΡO(jiān)測到的電流、電壓、溫度等參數(shù)的變化趨勢進(jìn)行分析預(yù)測，當(dāng)預(yù)測到某一時間會出現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)異常時，向操作人員發(fā)出預(yù)警，防患于未然。

　　4 試驗(yàn)測試

　　對設(shè)計的變頻器安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)測試，測試時采用的輸入電路為交流380V，輸入電流為90A，電流頻率值在50Hz，額定功率值在45kW，在上位機(jī)上及時有效的顯示出了變頻器的有關(guān)監(jiān)測電路電壓值、溫度值、電流值監(jiān)測數(shù)據(jù)以及波形圖，監(jiān)測顯示的數(shù)值及變化情況與變頻器的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)相等，說明設(shè)計的安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對變頻器的有效監(jiān)測，設(shè)計的監(jiān)測電路正確。

　　5 總結(jié)

　　設(shè)計了一種新型的采煤機(jī)變頻器安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對變頻器的輸入電流值、電壓值、溫度等多個運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時在線監(jiān)控，并在上位機(jī)中進(jìn)行顯示，同時，對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)變化趨勢進(jìn)行分析，當(dāng)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)變化異常時，向操作人員發(fā)出預(yù)警信息，提醒相關(guān)人員注意，提早的發(fā)現(xiàn)隱患。通過監(jiān)測值與設(shè)定的預(yù)警值進(jìn)行比對，超過安全范圍時，系統(tǒng)及時的發(fā)出聲光報警信號。