煤礦采煤機變頻器安全預警系統設計

變頻器是保證采煤機正常工作的基礎性設備，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、電壓等參數進行監測對確保變頻器安全運行具有重要的現實意義[1-2]。同時由于變頻器工作環境惡劣，變頻器在工作過程中極其容易出現過熱現象，采用人工方式無法對變頻器溫度、電流、電壓等參數進行有效的預警監測[3]。因此，筆者設計了一種變頻器安全預警監控系統，可以實現對變頻器運行參數的實時測量，并對參數（溫度、電流、電壓）變化趨勢進行預測，具有較為明顯的使用價值。

　　1 設計方案

　　設計的采煤機變頻器安全預警監控系統主要由直流電壓/電流檢測電路、交流電壓/電流監測電路、溫度監測電路、中央處理器（CPU）、通訊電流、存儲設備、上位機、顯示電路等。為了實現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行參數進行監測，并通過CAN總線方式將監測到的參數傳輸到安全預警監控系統的上位機，當監測或者預先判定變頻器出現故障時，發出聲光報警信號，同時設計的系統可以把故障信息進行存儲，方便對故障進行診斷。

　　2 監測電路設計

　　2.1 直流電壓監測電路

　　電流監測線路采用精度高、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過R174電阻進行采用，轉變成電壓信號值，再經由TU11B、TU12B集成運放組成的調理電路，轉換成適合于中央處理器（CPU）接收的，能反應出直流母線電壓值的電壓信號。

　　2.2 交流電流監測電路

　　采煤機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），該型號傳感器可以實現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。當變頻器處于額定工作狀態時，TBC100TAH電流傳感器輸出的額定電流值在90mA，輸出的電流值經過R156采樣電阻轉換成交流電壓信號，電壓信號再通過由TU13A集成運放構建的調理電路轉換成額定值在1.1V的交流電壓，由于中央處理器（CPU）不接受負電壓值，因此采用TU15A集成運放構建的調理電路對電壓值進行調理，形成與監測交流電流成比例的正電壓傳輸到中央處理器（CPU）。

　　2.3 溫度監測電路

　　設計的溫度監測電路采用電阻（R159及R160）、集成運放（TU10B、TU18A）構建恒流源，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）經過信號放大器（AD620）傳輸到中央處理器（CPU）。

　　3 變頻器安全預警軟件

　　安全預警系統的軟件運行流程主要包括系統初始化處理、AD初始化、I/O初始化、CAN通信總線傳輸初始化、定時中斷等多個運行程序，實現對監測電路數據的監測、傳輸、數據處理以及數據存儲等功能。預警監控程序設計主要包括對預警設定值設定、設定值與監測值比對、超出預警設定值向聲光報警器發出預警信號。可以對監測到的電流、電壓、溫度等參數的變化趨勢進行分析預測，當預測到某一時間會出現運行參數異常時，向操作人員發出預警，防患于未然。

　　4 試驗測試

　　對設計的變頻器安全監控系統進行試驗測試，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，在上位機上及時有效的顯示出了變頻器的有關監測電路電壓值、溫度值、電流值監測數據以及波形圖，監測顯示的數值及變化情況與變頻器的實際運行參數相等，說明設計的安全預警監控系統可以實現對變頻器的有效監測，設計的監測電路正確。

　　5 總結

　　設計了一種新型的采煤機變頻器安全預警監控系統，實現對變頻器的輸入電流值、電壓值、溫度等多個運行參數的實時在線監控，并在上位機中進行顯示，同時，對監測到的數據變化趨勢進行分析，當監測到的數據變化異常時，向操作人員發出預警信息，提醒相關人員注意，提早的發現隱患。通過監測值與設定的預警值進行比對，超過安全范圍時，系統及時的發出聲光報警信號。