采煤机变频器安全预警系统的研制

摘要

本文针对采煤机变频器井下开采过程中由于发热和振动等易引起老化和故障频发的问题，利用传感器信号采集技术、远程通信技术和嵌入式应用等技术，设计了一套基于单片机的采煤机变频器综合安全保护预警系统。旨在提高采煤机变频器的使用寿命，为煤矿开采过程中变频器的工况和寿命状况提供了一种安全有效的预警方案。
　　本系统主要包括实时数据采集，远程数据通信和上位机监控中心三部分。在系统的硬件设计方面，以嵌入式STC15W4K58S4单片机为控制核心，设计了信号变送调理电路，实现对多路温度和振动参数的实时采集与处理。系统通信模块选用RS-485串行总线方式保证数据的有效传输，实现井下监控的远程通信。上位机监控中心选用煤矿专用的嵌入式组态触摸屏来实现数据的动态显示与存储，在线监测与记录采煤机变频器工作过程中的温升和振动参数等历史数据，为后期的故障诊断提供有效的理论依据。在软件处理方面完成了单片机信号采集和A/D转换功能的软件编写，同时利用Modbus标准协议完成对触摸屏组态软件的界面设计，实现超限报警等功能。并且提出了一种改进型多次累加求和的设计思想采集温度数据，利用均方差计算的处理方法求取离散点的振动能量信息，进一步保证系统数据的安全性和有效性。
　　文章最后对变频器综合安全保护预警系统在实验室进行了初步实验验证，实验结果表明：本系统能有效地在变频器工作过程中达到综合安全保护的预警目的，性能稳定可靠，抗干扰能力强，达到了预期设计的目标。

目录

声明

1绪论

1. 1采煤机变频器安全预警系统的研究背景及意义

1. 2国内外采煤机变频器安全预警系统的研究现状

1. 3本文研究的目标和内容

1. 4本章小结

2采煤机变频器安全预警系统总体方案设计

2. 1安全预警系统总体功能分析

2. 2安全预警系统设计要求和总体结构设计

2. 3安全预警系统的模块化设计

2. 4本章小结

3采煤机变频器安全预警系统硬件设计

3. 1单片机的选型与性能特征

3. 2传感器的选择及性能指标

3. 3模拟信号放大电路设计

3. 4 AD模数转换的设计

3. 5室温检测电路设计

3. 6多路选择开关电路设计

3. 7通信模块电路设计

3. 8声光报警电路设计

3. 9电源模块选型与设计

3. 10系统抗干扰设计

3. 11本章小结

4 采煤机变频器安全预警系统下位机软件设计

4. 1安全预警系统下位机软件整体结构设计

4. 2主程序结构设计

4. 3温度数据采集子程序设计

4. 4 16次AD模数转换累加求和程序设计

4. 5均方差计算在振动信号采集中的应用

4. 6串口通信的软件设计

4. 7本章小结

5采煤机变频器安全预警系统上位机监控界面设计

5. 1变频器安全预警系统上位机界面结构设计

5. 2安全预警系统监控界面设计

5. 3系统中通信总线标准协议及接口技术

5. 4 数据库系统的管理

5. 5本章小结

6实验测试及结果分析

6. 1硬件主要功能调试

6. 2安全预警系统功能验证

6. 3本章小结

7结论与展望

7. 1结论

7. 2展望

致谢

参考文献

附录