數字測試儀在礦井設備安全檢測工作中的應用

張明

摘 要 為了有效改進礦井設備安全檢測的自動化程度，研究人員研制出了一款數字測試儀。這款測試儀可以同時連接32路傳感器，通過傳感器傳入的數據會被信號采集器快速采集，并且傳遞到PC機上。PC機會根據傳入的數據生成工作人員所需要的表格。利用數字測試儀可以提升四種礦井設備的安全檢測，提高檢測時的精度，實現礦井安全檢測的自動化。

【關鍵詞】數字測試儀 礦井設備 安全檢測

保障礦井下人員的安全是首先需要考慮的，而礦井設備的安全檢測是保證礦井下安全的重要因素，國家也頒布了相關的安全生產標準，其中就有礦井下的安全檢測標準和規范。因為沒有專業的檢測儀器，通常進行安全檢測都是用示波器等設備進行檢測得出數據，將這些數據記錄后再進行人工計算。這種方法需要測量的數據繁多，計算結果不能實時對應，而且在計算的過程中很容易出現錯誤。本文對四種設備安全檢測的數字測試儀進行探討和分析。數字測試儀的使用減輕了檢測人員的工作，同時檢測結果也有了極大的可信度，實時的生成圖表有利于工作人員進行安全分析，大大提高了安全檢測的工作效率。

1 系統硬件設計

1.1 系統總體方案及傳感器特性

數字測試儀主要是由電源板、信號調理板和信號采集板組成。在使用之前，需要將傳感器接到信號調理板上，同時將測試儀與電腦的USB接口相連。檢測中的數據并不是全部來源于信號采集板，有些數據直接來源于監控室中儀表臺所顯示的數據，為了不影響其他設備的運行，檢測中的三種信號需要采取隔離措施。通風機的16路風量檢測提前設計了兩套方案，一種是脈沖信號的風杯，另一種就是電流輸出的差壓傳感器。如果在測試過程中需要用到設備的一些額定數據，那么就可以直接通過USB連接的PC機獲取。

1.2 信號調理板

信號調理板主要檢測從各個傳感器傳來的信號，檢測儀的信號通道為54路，所以這就要求采集板有54個A/D。可以對信號進行整理，以此來減少A/D通道的數量。水泵、空氣壓縮機、通風機都是有2路信號，雖然來自不同的設備，但是這6路信號的輸出電流都是一樣的，所以就可以將其整合成2路，在最后進行區分即可。雖然通風機的風量檢測有兩種設計方案，但是在實際檢測時只能使用一種，所以就可以將2個16路合并，然后通過硬件選擇使用哪一種。信號調理板實現了四種信號的變換：第一種是來自于監控室儀表臺的信號。這些信號是要通過分離才可以進行采集的，使用三臺磁隔離放大器，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。首先將信號調理板的電流信號轉化成電壓信號，然后再將電壓信號轉化成標準的10V準電壓信號，通過兩個電阻分壓得到6.25V電壓，再通過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系是Vn=6.25V-312.5×IIN.。第三種是傳感器的電壓信號。雖然傳感器的輸出電壓有兩種，但是調理電路卻只有一種。第四種是風杯產生的脈沖信號。由于這種脈沖信號并沒有一定的周期性，所以處理上就會有很大的麻煩，這就需要知道脈沖的頻率，所以就要將調理板的16路脈沖轉化成標準的方波信號。輸出的方波信號也會進入信號采集板的A/D通道，在通道中轉換后可以由計算機上的軟件計算脈沖頻率。

1.3 電源板

根據各個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開關穩壓電源。

1.4 信號采集板

信號采集板的核心是DSP，以A/D轉換器提高分辨率的數據采集方案。DSP采用型號為TMS320C5504，內有雙口64KBRAM、單口192KBRAM和128KB的ROM，外設有USB2.0型接口。A/D轉換器采用AD7606，具有8通道可同時采樣16位，因為信號采集板需要32路模擬信號，所以總共需要4個AD7606.當DSP接收到通過USB接口傳輸出來的開始指令后，就可以控制A/D轉換器對32路信號進行采集，當受到停止指令后，DSP就會停止采集。TMS320C5504外部的USB接口可以和PC相連，同時TMS320C5504與四片AD7606相連，接受來自不同部位的信息，并且進行整合。

2 系統軟件設計

綜合測試儀的工作全過程為：工作人員使用PC機的相關軟件通過相連的USB接口向DSP發送開始檢測指令，DSP受到開始指令后，會開啟四片A/D轉換器，然后檢查每片轉換器上的BUSY信號，A/D轉換結束后，會將緩存結果果通過USB發送至PC機。PC機接收到不同的信號后會對其進行整合，再將這些已經轉換成數據的信號在PC機相關軟件中進行相關運算，將運算結果制成圖表，并且將數據保存到數據庫中，最后以Word報表的形式呈現給使用人員。測試儀主要由兩個部分組成，DSP信號采集軟件和PC機數據處理軟件。通風機性能測試系統主要是用來測試通風機的全壓、靜壓等等參數，最終會生成流量和軸功率之間關系的曲線圖、流量和全壓性能之間關系的曲線圖、流量和靜壓性能關系的曲線圖、流量和全壓性能之間關系的曲線圖等。水泵性能測試系統主要是用來測試水泵的揚程、泵效率等參數，最終會生成流量和軸功率性能之間關系的曲線圖、流量和揚程性能之間關系的曲線圖、流量和泵效率性能之間關系的曲線圖。提升機性能測試系統主要是用來測試提升機的閘瓦間隙、空動時間等多種數據并且將其制成曲線圖。空氣壓縮機性能測試系統主要是用來測試測風斷面平均風速、一級以及二級排氣壓力等多項數據。每一種設備測試完畢后都可以利用PC機的相關軟件將其數據制成直觀、利于工作人員分析的Word圖表。

3 測試結果

PC機接收到來自信號采集板的數據后會自動對齊進行分析、整理、整合、處理，然后將數據制成圖表，并且將數據和圖表制成標準形式的Word文檔。所有的文檔會被分為四類，根據其數據來源的不同，系統會自動為其命名，命名的格式為：“礦名+設備種類+時間.dat”。

4 結束語

綜上所述，本文中涉及的數字測試儀能夠有效、高精度、實時檢測礦井下的安全數據，大大減輕了檢測人員的工作負擔，簡化礦井安全檢測過程，自動生成的數據和圖表更加準確，提高安全檢查的工作效率，對安檢自動化有著重要的意義。

參考文獻

[1]胡鳳忠.礦井通風機綜合測試儀的研制[J].礦業研究與開發，2010（03）.

[2]唐開敏，馬永慶，崔向陽.礦井監控系統瓦斯濃度超3%閉鎖風機功能的實現[J].中州煤炭，2010（02）.

[3]龍夏.基于PLC的智能礦井監控系統[J].中國儀器儀表，2009（07）.

作者單位

廣州廣電計量檢測股份有限公司 廣東省廣州市 510656