专利名称：基于dsp的矿井局部通风机的自动调速系统的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及通风机的调速系统，尤其涉及一种基于DSP的矿井局部通风机的自动调速系统。
背景技术：
矿井通风技术是煤矿安全生产的重要基础。高瓦斯矿井通风技术研究一直是我国煤矿生产技术研究的重要课题之一，很多专家学者和工程技术人员己经对此进行了大量研究，取得不少成果。我国矿井通风技术，取得了众多引人注目的成果。例如，为了检验和改进主要通风机的运转性能，研究了主要通风机性能测试装置及测试方法。该装置在计算机控制下，通过·风速、风压、大气参数、电参数及转速等传感器，自动采集所有被测参数，且在自动存入全部数据的同时，在屏幕上显示处理所有数据的计算结果。随后通过绘图仪输出通风机性能曲线，实现了迅速、准确、可靠地测定主要通风机性能的目的。但从总体来看，我国矿井通风的技术水平还处于相对的落后状态。通风系统的可靠性还很低下，现有的轴流式通风机效率低、电耗大。尤其是近年来发展迅速的综采放顶采煤方法和高产高效工作面，具有开采强度大、经济效益好，机械化程度高的特点，但导致了瓦斯涌出量大、工作面所需风量大，传统的通风技术及通风设备己不能适应这种生产方式。为了保障通风系统及瓦斯涌出的安全程度，基于计算机技术的煤矿安全监测监控系统日益得到普及，使矿井抗灾能力得到很大提高。最近几年，一些国内厂家开发研制了局部通风机自动调速系统，大多采用单片机作为控制芯片，系统结构简单，控制策略也比较简单。它的主要缺点是I)可靠性较差，自动调速系统的动态性能有限；2)没有把通过现场实测的瓦斯浓度与通风机风速、流量等数据建立正确的联系，达不到良好的控制效果；3)对于现场使用人员合理地使用变频器较难，它涉及到变频器的启动转矩的调整、加减速时间的设定、瓦斯浓度与通风机转速的关系等。
实用新型内容本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种能根据瓦斯浓度自动控制通风机的转速，同时还可以实现瓦斯超限报警，瓦斯浓度、风速、温度、电机电流等参数的显示的基于DSP的矿井局部通风机的自动调速系统。为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的基于DSP的矿井局部通风机的自动调速系统，其特征在于包括有作为上位机的工业控制计算机和作为下位机的DSP，还包括有电源电路、复位电路、风速传感器、温度传感器、瓦斯传感器、矿用隔爆变频器、报警电路，DSP分别与电源电路、复位电路、风速传感器、温度传感器、瓦斯传感器、矿用隔爆变频器连接，DSP还外接报警电路，矿用隔爆变频器的信号输出端连接通风机的控制端，工业控制计算机通过通信接口和RS-485通信电路与DSP通信连接，所述的DSP中应用汇编语言设计有一个模糊PID控制器。所述的DSP的型号为TMS320F2407。所述的瓦斯传感器共有三个，三个瓦斯传感器Tl、T2、T3分别安装在掘进工作面附近(<5m)处、掘进工作面入口附近、掘进工作面进风流处，所述的风速传感器安装在掘进工作面进风流处，温度传感器安装在掘进工作面附近((5m)处。所述的风速传感器、温度传感器、瓦斯传感器Tl T3的输出端接到DSP的A/D输入接口 IOPAO 4。本实用新型的原理是本实用新型的下位机DSP主要用于检测瓦斯浓度、风速、温度等参数，并通过通信
接口和RS-485瓦斯浓度、风速、温度等参数上传至上位机工业控制计算机中，工业控制计算机通过编程，实现在工业控制计算机中显示上述参数。当瓦斯浓度超出一定值时，下位机DSP启动报警电路工作并利用模糊PID控制器根据瓦斯浓度对矿用隔爆变频器进行自动调节，使其变频，从而实现对通风机的调速。本实用新型相比现有技术有以下有益效果(I)本实用新型采用了上位机和下位机相结合的两级计算机监控系统，上位机为工控机IPC，下位机为TMS320F2407 DSP，通信电路为RS-485，系统具有极高的可靠性、实时性、适应性。(2)分别在掘进工作面的进风流、工作面、回风流处布置瓦斯传感器，提高了系统
可靠性。(3)能根据瓦斯浓度自动调整通风机的通风量，同时还具有瓦斯超限报警，瓦斯浓度、风速、通风机电机电流等显示功能。(4)以模糊PID控制器为控制系统核心，具有适应性好，鲁棒性强，控制性能良好的优点。
图I为本实用新型的结构示意框图。
具体实施方式
如图I所示，基于DSP的矿井局部通风机的自动调速系统，包括有作为上位机的工业控制计算机2和作为下位机的DSP1，工业控制计算机2通过通信接口和RS-485电路3与DSPI通信连接，DSPI分别与电源电路13、复位电路12、风速传感器4、温度传感器5、瓦斯传感器6-8、矿用隔爆变频器9连接，DSPl还外接有报警电路11，矿用隔爆变频器9的信号输出端连接通风机10，DSPl中应用汇编语言设计有一个模糊PID控制器。DSPl的型号为TMS320F2407，是TI公司的可加密DSP，特别适合电动机和反相器等高速控制领域，具有生产PWM的硬件电路，有高速处理能力和对交流电机的特殊应用。为了提高系统可靠性，瓦斯传感器共有三个，三个瓦斯传感器T1-T3即瓦斯传感器6、7、8分别安装在掘进工作面附近5m)处、掘进工作面入口附近、掘进工作面进风流处，所述的风速传感器4安装在掘进工作面进风流处，温度传感器5安装在掘进工作面附近(5m)处。[0024]风速传感器4、温度传感器5、瓦斯传感器6、7、8的输出端接到DSP的A/D输入接口 IOPAO 4。系统上位机为工业控制计算机2安装在局部通风机附近，下位机为DSPl安装在掘进头上，工业控制计算机2与DSPl通过通信接口和RS-485电路3相连，可实现双向通信。下位机DSPl采集并处理瓦斯传感器6 8、风速传感器4、温度传感器5检测的数据。当瓦斯传感器T1 6所测的瓦斯体积分数为1.0%时启动报警电路11报警，为1.5%时断电，低于I. 0%时自行复电。当瓦斯传感器T2 7所测的瓦斯体积分数为I. 0%时启动报警电路11报警，为I. 1%时断电，低于1.0%时自行复电。当瓦斯传感器T3 8所测的瓦斯体积分数为
O.5%时启动报警电路11报警，为O. 6%时断电，低于O. 5%时自行复电。在TMS320F2407DSP I中应用汇编语言设计一个模糊PID控制器，它将瓦斯浓度的误差e和误差变化率ec作为模糊PID控制器的输入，利用模糊控制技术对PID控制器的参数进行自整定，得到PID控制器的参数&、&、怂，从而求出相应变频器9的给定值，这个值由TMS320F2407 DSP I的PWM输出引脚送到变频器9来控制通风机10转速。下位机DSPl将检测得到的数据如瓦斯 浓度、风速、温度、电机电流等通过通信接口和RS-485电路3传送给工业控制计算机2，工业控制计算机2通过编程可实现这些参数的显示。
权利要求1.一种基于DSP的矿井局部通风机的自动调速系统，其特征在于包括有作为上位机的工业控制计算机和作为下位机的DSP，还包括有电源电路、复位电路、风速传感器、温度传感器、瓦斯传感器、矿用隔爆变频器、报警电路，DSP分别与电源电路、复位电路、风速传感器、温度传感器、瓦斯传感器、矿用隔爆变频器连接，DSP还外接报警电路，矿用隔爆变频器的信号输出端连接通风机的控制端，工业控制计算机通过通信接口和RS-485通信电路与DSP通信连接，所述的DSP中应用汇编语言设计有一个模糊PID控制器。
2.根据权利要求I所述的基于DSP的矿井局部通风机的自动调速系统，其特征在于所述的DSP的型号为TMS320F2407。
3.根据权利要求I所述的基于DSP的矿井局部通风机的自动调速系统，其特征在于所述的瓦斯传感器共有三个，三个瓦斯传感器Tl、T2、T3分别安装在掘进工作面附近、掘进工作面入口附近、掘进工作面进风流处，所述的风速传感器安装在掘进工作面进风流处，温度传感器安装在掘进工作面附近。
4.根据权利要求I或3所述的基于DSP的矿井局部通风机的自动调速系统，其特征在于所述的风速传感器、温度传感器、瓦斯传感器Tl Τ3的输出端接到DSP的A/D输入接Π IOPAO 4。
专利摘要本实用新型公开了基于DSP的矿井局部通风机的自动调速系统，包括有工业控制计算机和DSP，工业控制计算机通过通信接口和RS-485通信电路与DSP通信连接，DSP分别与电源电路、复位电路、风速传感器、温度传感器、瓦斯传感器、矿用隔爆变频器连接，DSP还外接有报警电路，矿用隔爆变频器的信号输出端连接通风机，DSP中应用汇编语言设计有一个模糊PID控制器。本实用新型能根据瓦斯浓度自动控制通风机的转速，同时还可以实现瓦斯超限报警，瓦斯浓度、风速、温度、电机电流等参数的显示；控制简单，可靠性强，既能节约大量电能，又能自动将瓦斯浓度控制在安全范围内，可以极大地降低瓦斯事故率，具有非常好的应用前景和社会经济效益。
文档编号F04D27/00GK202707544SQ20122014600
公开日2013年1月30日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者张梅 申请人:安徽理工大学