張明

摘 要 為了有效改進(jìn)礦井設(shè)備安全檢測(cè)的自動(dòng)化程度，研究人員研制出了一款數(shù)字測(cè)試儀。這款測(cè)試儀可以同時(shí)連接32路傳感器，通過(guò)傳感器傳入的數(shù)據(jù)會(huì)被信號(hào)采集器快速采集，并且傳遞到PC機(jī)上。PC機(jī)會(huì)根據(jù)傳入的數(shù)據(jù)生成工作人員所需要的表格。利用數(shù)字測(cè)試儀可以提升四種礦井設(shè)備的安全檢測(cè)，提高檢測(cè)時(shí)的精度，實(shí)現(xiàn)礦井安全檢測(cè)的自動(dòng)化。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字測(cè)試儀 礦井設(shè)備 安全檢測(cè)

保障礦井下人員的安全是首先需要考慮的，而礦井設(shè)備的安全檢測(cè)是保證礦井下安全的重要因素，國(guó)家也頒布了相關(guān)的安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，其中就有礦井下的安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。因?yàn)闆](méi)有專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)儀器，通常進(jìn)行安全檢測(cè)都是用示波器等設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)得出數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)記錄后再進(jìn)行人工計(jì)算。這種方法需要測(cè)量的數(shù)據(jù)繁多，計(jì)算結(jié)果不能實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)，而且在計(jì)算的過(guò)程中很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。本文對(duì)四種設(shè)備安全檢測(cè)的數(shù)字測(cè)試儀進(jìn)行探討和分析。數(shù)字測(cè)試儀的使用減輕了檢測(cè)人員的工作，同時(shí)檢測(cè)結(jié)果也有了極大的可信度，實(shí)時(shí)的生成圖表有利于工作人員進(jìn)行安全分析，大大提高了安全檢測(cè)的工作效率。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體方案及傳感器特性

數(shù)字測(cè)試儀主要是由電源板、信號(hào)調(diào)理板和信號(hào)采集板組成。在使用之前，需要將傳感器接到信號(hào)調(diào)理板上，同時(shí)將測(cè)試儀與電腦的USB接口相連。檢測(cè)中的數(shù)據(jù)并不是全部來(lái)源于信號(hào)采集板，有些數(shù)據(jù)直接來(lái)源于監(jiān)控室中儀表臺(tái)所顯示的數(shù)據(jù)，為了不影響其他設(shè)備的運(yùn)行，檢測(cè)中的三種信號(hào)需要采取隔離措施。通風(fēng)機(jī)的16路風(fēng)量檢測(cè)提前設(shè)計(jì)了兩套方案，一種是脈沖信號(hào)的風(fēng)杯，另一種就是電流輸出的差壓傳感器。如果在測(cè)試過(guò)程中需要用到設(shè)備的一些額定數(shù)據(jù)，那么就可以直接通過(guò)USB連接的PC機(jī)獲取。

1.2 信號(hào)調(diào)理板

信號(hào)調(diào)理板主要檢測(cè)從各個(gè)傳感器傳來(lái)的信號(hào)，檢測(cè)儀的信號(hào)通道為54路，所以這就要求采集板有54個(gè)A/D?？梢詫?duì)信號(hào)進(jìn)行整理，以此來(lái)減少A/D通道的數(shù)量。水泵、空氣壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)都是有2路信號(hào)，雖然來(lái)自不同的設(shè)備，但是這6路信號(hào)的輸出電流都是一樣的，所以就可以將其整合成2路，在最后進(jìn)行區(qū)分即可。雖然通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量檢測(cè)有兩種設(shè)計(jì)方案，但是在實(shí)際檢測(cè)時(shí)只能使用一種，所以就可以將2個(gè)16路合并，然后通過(guò)硬件選擇使用哪一種。信號(hào)調(diào)理板實(shí)現(xiàn)了四種信號(hào)的變換：第一種是來(lái)自于監(jiān)控室儀表臺(tái)的信號(hào)。這些信號(hào)是要通過(guò)分離才可以進(jìn)行采集的，使用三臺(tái)磁隔離放大器，其輸出電壓均為0～5伏特，所需供電電壓均為12伏特。第二種是傳感器的電流信號(hào)。首先將信號(hào)調(diào)理板的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，然后再將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的10V準(zhǔn)電壓信號(hào)，通過(guò)兩個(gè)電阻分壓得到6.25V電壓，再通過(guò)放大器向所需部位傳送參考電壓，確定的電壓和電流之間的關(guān)系是Vn=6.25V-312.5×IIN.。第三種是傳感器的電壓信號(hào)。雖然傳感器的輸出電壓有兩種，但是調(diào)理電路卻只有一種。第四種是風(fēng)杯產(chǎn)生的脈沖信號(hào)。由于這種脈沖信號(hào)并沒(méi)有一定的周期性，所以處理上就會(huì)有很大的麻煩，這就需要知道脈沖的頻率，所以就要將調(diào)理板的16路脈沖轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)。輸出的方波信號(hào)也會(huì)進(jìn)入信號(hào)采集板的A/D通道，在通道中轉(zhuǎn)換后可以由計(jì)算機(jī)上的軟件計(jì)算脈沖頻率。

1.3 電源板

根據(jù)各個(gè)部件的供電條件和供電要求，電源板的輸入電壓為85～265VAC，+24V（0.83A）、+12V（0.42A）、-12V（0.42A）、5V（2A）4種電壓輸出的AC/DC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。

1.4 信號(hào)采集板

信號(hào)采集板的核心是DSP，以A/D轉(zhuǎn)換器提高分辨率的數(shù)據(jù)采集方案。DSP采用型號(hào)為T(mén)MS320C5504，內(nèi)有雙口64KBRAM、單口192KBRAM和128KB的ROM，外設(shè)有USB2.0型接口。A/D轉(zhuǎn)換器采用AD7606，具有8通道可同時(shí)采樣16位，因?yàn)樾盘?hào)采集板需要32路模擬信號(hào)，所以總共需要4個(gè)AD7606.當(dāng)DSP接收到通過(guò)USB接口傳輸出來(lái)的開(kāi)始指令后，就可以控制A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)32路信號(hào)進(jìn)行采集，當(dāng)受到停止指令后，DSP就會(huì)停止采集。TMS320C5504外部的USB接口可以和PC相連，同時(shí)TMS320C5504與四片AD7606相連，接受來(lái)自不同部位的信息，并且進(jìn)行整合。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

綜合測(cè)試儀的工作全過(guò)程為：工作人員使用PC機(jī)的相關(guān)軟件通過(guò)相連的USB接口向DSP發(fā)送開(kāi)始檢測(cè)指令，DSP受到開(kāi)始指令后，會(huì)開(kāi)啟四片A/D轉(zhuǎn)換器，然后檢查每片轉(zhuǎn)換器上的BUSY信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，會(huì)將緩存結(jié)果果通過(guò)USB發(fā)送至PC機(jī)。PC機(jī)接收到不同的信號(hào)后會(huì)對(duì)其進(jìn)行整合，再將這些已經(jīng)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)的信號(hào)在PC機(jī)相關(guān)軟件中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果制成圖表，并且將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后以Word報(bào)表的形式呈現(xiàn)給使用人員。測(cè)試儀主要由兩個(gè)部分組成，DSP信號(hào)采集軟件和PC機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件。通風(fēng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)主要是用來(lái)測(cè)試通風(fēng)機(jī)的全壓、靜壓等等參數(shù)，最終會(huì)生成流量和軸功率之間關(guān)系的曲線圖、流量和全壓性能之間關(guān)系的曲線圖、流量和靜壓性能關(guān)系的曲線圖、流量和全壓性能之間關(guān)系的曲線圖等。水泵性能測(cè)試系統(tǒng)主要是用來(lái)測(cè)試水泵的揚(yáng)程、泵效率等參數(shù)，最終會(huì)生成流量和軸功率性能之間關(guān)系的曲線圖、流量和揚(yáng)程性能之間關(guān)系的曲線圖、流量和泵效率性能之間關(guān)系的曲線圖。提升機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)主要是用來(lái)測(cè)試提升機(jī)的閘瓦間隙、空動(dòng)時(shí)間等多種數(shù)據(jù)并且將其制成曲線圖?？諝鈮嚎s機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)主要是用來(lái)測(cè)試測(cè)風(fēng)斷面平均風(fēng)速、一級(jí)以及二級(jí)排氣壓力等多項(xiàng)數(shù)據(jù)。每一種設(shè)備測(cè)試完畢后都可以利用PC機(jī)的相關(guān)軟件將其數(shù)據(jù)制成直觀、利于工作人員分析的Word圖表。

3 測(cè)試結(jié)果

PC機(jī)接收到來(lái)自信號(hào)采集板的數(shù)據(jù)后會(huì)自動(dòng)對(duì)齊進(jìn)行分析、整理、整合、處理，然后將數(shù)據(jù)制成圖表，并且將數(shù)據(jù)和圖表制成標(biāo)準(zhǔn)形式的Word文檔。所有的文檔會(huì)被分為四類(lèi)，根據(jù)其數(shù)據(jù)來(lái)源的不同，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為其命名，命名的格式為：“礦名+設(shè)備種類(lèi)+時(shí)間.dat”。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文中涉及的數(shù)字測(cè)試儀能夠有效、高精度、實(shí)時(shí)檢測(cè)礦井下的安全數(shù)據(jù)，大大減輕了檢測(cè)人員的工作負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化礦井安全檢測(cè)過(guò)程，自動(dòng)生成的數(shù)據(jù)和圖表更加準(zhǔn)確，提高安全檢查的工作效率，對(duì)安檢自動(dòng)化有著重要的意義。

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作者單位

廣州廣電計(jì)量檢測(cè)股份有限公司 廣東省廣州市 510656