煤矿采煤机变频器安全预警系统设计
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摘 要：为了弥补采煤机变频器安全预警监控存在的不足，使变频器高效工作，设计了一种新型采煤机变频器安全预警监控系统，并对监控系统中的电压监测电路、电流监测电路、温度监测电路进行了详细阐述，对安全预警监控系统的软件构成进行分析，试验结果表明，设计的安全预警系统可以实现对变频器运行参数实时监测、并对变化趋势的预测，具有较高的实用价值。
关键词：采煤机；变频机；安全预警；监测系统
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.078
变频器是保证采煤机正常工作的基础性设备，温度、电流、电压等会影响变频器的正常、安全工作。因此，对变频器的温度、电流、电压等参数进行监测对确保变频器安全运行具有重要的现实意义[1-2]。同时由于变频器工作环境恶劣，变频器在工作过程中极其容易出现过热现象，采用人工方式无法对变频器温度、电流、电压等参数进行有效的预警监测[3]。因此，笔者设计了一种变频器安全预警监控系统，可以实现对变频器运行参数的实时测量，并对参数（温度、电流、电压）变化趋势进行预测，具有较为明显的使用价值。
1 设计方案
设计的采煤机变频器安全预警监控系统主要由直流电压/电流检测电路、交流电压/电流监测电路、温度监测电路、中央处理器（CPU）、通訊电流、存储设备、上位机、显示电路等。为了实现对变频器故障的快速确定，处理器采用高性能32位处理器（TMS320F2812）。通过布置的电流、电压、温度线路对变频器的运行参数进行监测，并通过CAN总线方式将监测到的参数传输到安全预警监控系统的上位机，当监测或者预先判定变频器出现故障时，发出声光报警信号，同时设计的系统可以把故障信息进行存储，方便对故障进行诊断。
2 监测电路设计
2.1 直流电压监测电路
电流监测线路采用精度高、量程大的电压传感器（TBV10/25V），传感器的额定输入电流值在10mA，采用的原、副匝比比值在1000：2500。采煤机正常工作过程中，直流母线的电压值约为540V，为了使得采用的电压传感器（TBV10/25V）输入的额定电流在10mA，使得采用的R168、R169电阻总和为54000Ω，电压传感器正常工作时的输出电流值在25mA，压力传感器输出的电流经过R174电阻进行采用，转变成电压信号值，再经由TU11B、TU12B集成运放组成的调理电路，转换成适合于中央处理器（CPU）接收的，能反应出直流母线电压值的电压信号。
2.2 交流电流监测电路
采煤机变频器工作时的额定电流值在90A，采用的电流传感器型号为TBC100TAH（LEM公司生产），该型号传感器可以实现对交流以及直流电电流大小测量，额定的工作电流值在10A～100A，测定的电流量程在0～300A，电流的变比值在1000：1。当变频器处于额定工作状态时，TBC100TAH电流传感器输出的额定电流值在90mA，输出的电流值经过R156采样电阻转换成交流电压信号，电压信号再通过由TU13A集成运放构建的调理电路转换成额定值在1.1V的交流电压，由于中央处理器（CPU）不接受负电压值，因此采用TU15A集成运放构建的调理电路对电压值进行调理，形成与监测交流电流成比例的正电压传输到中央处理器（CPU）。
2.3 温度监测电路
设计的温度监测电路采用电阻（R159及R160）、集成运放（TU10B、TU18A）构建恒流源，采用PT100铂电阻（电阻值随着温度变化而变化，可以测量的温度值范围在-200℃～600℃），经过TEMP1、TEMP2端口之后接入到电路中，采用的信号放大器为AD620。随着温度的变化，测定出来的铂电阻两端的电压值（TEMP1、TEMP2）经过信号放大器（AD620）传输到中央处理器（CPU）。
3 变频器安全预警软件
安全预警系统的软件运行流程主要包括系统初始化处理、AD初始化、I/O初始化、CAN通信总线传输初始化、定时中断等多个运行程序，实现对监测电路数据的监测、传输、数据处理以及数据存储等功能。预警监控程序设计主要包括对预警设定值设定、设定值与监测值比对、超出预警设定值向声光报警器发出预警信号。可以对监测到的电流、电压、温度等参数的变化趋势进行分析预测，当预测到某一时间会出现运行参数异常时，向操作人员发出预警，防患于未然。
4 试验测试
对设计的变频器安全监控系统进行试验测试，测试时采用的输入电路为交流380V，输入电流为90A，电流频率值在50Hz，额定功率值在45kW，在上位机上及时有效的显示出了变频器的有关监测电路电压值、温度值、电流值监测数据以及波形图，监测显示的数值及变化情况与变频器的实际运行参数相等，说明设计的安全预警监控系统可以实现对变频器的有效监测，设计的监测电路正确。
5 总结
设计了一种新型的采煤机变频器安全预警监控系统，实现对变频器的输入电流值、电压值、温度等多个运行参数的实时在线监控，并在上位机中进行显示，同时，对监测到的数据变化趋势进行分析，当监测到的数据变化异常时，向操作人员发出预警信息，提醒相关人员注意，提早的发现隐患。通过监测值与设定的预警值进行比对，超过安全范围时，系统及时的发出声光报警信号。
参考文献：
[1]于卿.电牵引采煤机变频器的优化研究[J].机械管理开发，2018
，33（12）：87-88.
[2]黎青.采煤机变频器无线监控系统设计[J].煤矿机电，2018（05）
：6-9.
[3]闫建宙.采煤机变频调速节能控制技术研究[J].机械管理开发，2018，33（05）：158-159+177.
作者简介：赵彬（1991-），男，辽宁阜新人，本科，助理工程师，技术员，从事煤矿机电维护管理工作。
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