隔爆兼本質安全型自動降塵的控制器的製作方法

2023-09-18 19:45:45 1

專利名稱：隔爆兼本質安全型自動降塵的控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及具有甲烷爆炸性危險的煤礦井下粉塵(煤塵)控制濃度大小的控 制器，具體涉及隔爆兼本質安全型自動降塵的控制器。
背景技術：
在煤炭生產過程中，不可避免地要產生大量的粉塵(煤塵)。隨著煤礦開採強度和 煤炭產量的提高，產塵量和礦井作業場所的粉塵濃度也大大提高。粉塵的危害之一是瓦斯 爆炸可以引起粉塵爆炸，給國家和礦工的生命財產造成極大的損失；粉塵的危害之二是工 人長期吸入呼吸性粉塵，可引起肺部病變，造成塵肺病，給煤礦工人的健康造成很大危害。 因此，煤礦生產和作業場所粉塵的治理是很有意義的。在煤礦開採過程中，如鑽眼、爆破、掘進及採煤作業，頂板管理、煤的裝載運輸等各 個環節，都會產生大量的粉塵。目前，國內外煤礦粉塵治理方法基本分為通風除塵、煤層注 水、溼式作業、淨化風流技術和個體防護等。其中最好是煤層注水，該類方法一般可降低粉 塵濃度60% 90%左右，國外採用煤層注水除塵的工作面數量佔總工作面數量的百分比 很高，而我國採用煤層注水的工作面數量則較低。除煤層注水的方法外，我國的主要治理方 法為溼式作業和淨化風流兩類方法。溼式作業的主要方法之一就是在採煤(採煤機滾筒割 煤、綜採移架放煤、掘進機頭工作以及放炮落煤等)的同時進行噴霧或水泡降塵。淨化風流 的主要方法之一是水幕淨化技術，噴霧水幕淨化技術是在井巷頂部或兩幫敷設水管，且水 管上間隔的安裝數個噴霧器，通過噴出的水幕將礦塵捕獲。水幕可在礦井風流總入口、採區 風流入口、掘進迴風流口、巷道中產生塵源等的位置布設。目前水幕的控制方式主要有手動式、光電式、聲控式、觸控式和機械傳動控制方式 等，這些方法控制水幕工作與否均和煤礦井下現場粉塵濃度的大小無關，因此這些方法存 在或多或少帶有一些盲目性以及用水很多的缺陷。
發明內容本實用新型的目的是提供一種結構簡單，使用方便，成本低，實現根據煤礦井下現 場實際粉塵濃度的大小，並結合所設定的上、下閾值，自動實現降塵控制的具有人性化控制 功能的隔爆兼本質安全型自動降塵的控制器。為了克服現有降塵控制器絕大部分不能根據現場粉塵濃度大小實現降塵控制的 缺點，本實用新型的技術方案是這樣解決的一種隔爆兼本質安全型自動降塵的控制器，該 自動降塵控制器的外圍包括一個粉塵傳感器、一紅外傳感器、另一紅外傳感器、噴霧設備和 安全監測網絡等，本實用新型的特殊之處在於該控制器的防爆外殼內腔線路板上連接一個 本質安全電源，所述本質安全電源一端依次分別與粉塵傳感器、一紅外傳感器、另一紅外傳 感器的一端連接，所述粉塵傳感器、，一紅外傳感器、另一紅外傳感器的另一端與安全隔離 電路一端連接，所述安全隔離電路另一端分別與信號調理電路、輸入光電隔離電路的一端 連接，所述本質安全電源另一端、控制器電源的一端分別連接來自外部127VAC供電電源，所述控制器電源、信號調理電路、輸入光電隔離電路的另一端與單片機連接，所述單片機同 時還分別與LCD顯示電路、輸出光電隔離電路、鍵盤電路一端連接、網絡隔離接口連接，所 述輸出光電隔離電路另一端分別與輸出驅動電路一端連接，所述驅動電路另一端與噴霧設 備連接，所述隔離網絡接口另一端與安全監測網絡連接。以C8051F020單片機為核心，實時檢測現場粉塵濃度的大小，並和人為設定的上、 下閾值進行比較，若濃度大於上限閾值則輸出控制噴霧信號，若濃度小於下限閾值則輸出 停止噴霧信號。在噴霧過程中若發現有人通過噴霧區，則發出暫停噴霧信號；若人已通過 噴霧區，則恢復噴霧信號。為此本實用新型各電路的連接關係如圖3所示。外部粉塵傳感器經安全隔離電路 連接到信號調理電路，信號調理電路和C8051F020單片機的模擬量輸入端AINO連接；兩路 紅外傳感器經經安全隔離電路連接到輸入光電隔離電路並經其和單片機的Pl. 0端連接； 鍵盤電路和單片機的Pl. 1 Pl. 3端連接，IXD顯示電路與單片機的數據線ADO AD7及 P2. 0 P2. 5端連接；單片機的Pl. 7端連接到輸出光電隔離電路，輸出光電隔離電路連接 到輸出驅動電路，輸出驅動電路輸出噴霧控制信號，單片機的串口收發埠 RXD和T)(D和 隔離RS-485收發器RSM485連接，隔離RS-485收發器的另一端與外部安全監測網絡連接； 127VAC電源經隔爆外殼輸入給本質安全電源和控制器電源，本質安全電源經隔爆外殼輸出 給外部粉塵和紅外傳感器，控制器電源為隔爆殼內控制器各單元供電。安全隔離電路的作用是當控制器故障後其非本質安全信號不至於傳到控制器的 外部；信號調理電路的作用是對粉塵傳感器信號(實時檢測煤礦巷道及作業場所的粉塵 濃度)進行放大和標定；輸入光電隔離電路是將紅外傳感器和單片機系統在電氣上實現 隔離，增強抗幹擾能力；輸出光電隔離電路是將單片機系統和輸出驅動電路在電氣上實現 隔離，增強抗幹擾能力；單片機的串口與安全監測網絡之間採用隔離RS-485收發器，增強 網絡傳輸的可靠性；鍵盤和LCD顯示電路的作用是設置控制器工作時的上限、下限閾值； C8051F020單片機內部含有A/D轉換電路，通過程序控制啟動A/D轉換可以獲取被測現場的 粉塵濃度，當粉塵濃度大於所設置的上限值時，控制器輸出起動噴霧指令，當粉塵濃度小於 所設置的下限值時，控制器輸出停止噴霧指令；單片機系統結合LCD顯示電路可以顯示控 制器實時工作狀態以及分成濃度；紅外傳感器的作用是當有人經過噴霧區域時通知控制器 暫停噴霧以防淋溼通過人員；控制器的工作狀態和粉塵濃度通過網絡接口電路可以傳送到 煤礦安全監測網絡的工作站。本實用新型與現有技術相比，具有人性化控制功能，結構簡單，使用方便，成本低 的特點，控制噴霧與否最好的方法是當巷道中或作業場所的粉塵達到預設定的濃度時，控 制噴霧裝置開啟工作；當巷道中或作業場所的粉塵降到預設定的濃度時，控制噴霧裝置停 止工作。這樣既可以實現有效降塵，又可以節約大量噴霧用水和降低用水成本。研製該控 制器的目的是降低煤礦巷道、運輸皮帶和裝載點等處空氣中煤塵的含量，降低煤礦煤塵爆 炸的機率實現安全生產，同時改善煤礦環境以減少礦工患塵肺病的可能，提高礦工的身體 健康。廣泛用於煤礦，冶金，非金屬礦山等行業。

圖1為本質安全型自動降塵控制器結構示意框圖；[0012]圖2為隔爆兼本質安全型自動降塵控制器結構示意框圖；圖3為本實用新型的電路原理結構示意圖。
具體實施方式
附圖為本實用新型的實施例。
以下結合附圖對發明內容作進一步說明參照圖1、圖2所示，一種隔爆兼本質安全型自動降塵的控制器，該自動降塵控制 器的外圍包括一個粉塵傳感器12，一紅外傳感器13，另一紅外傳感器14，噴霧設備15和安 全監測網絡16，該控制器的防爆外殼內腔線路板上連接一個本質安全電源1，本質安全電 源1 一端依次分別與粉塵傳感器12、一紅外傳感器13、另一紅外傳感器14的一端連接，所 述粉塵傳感器12、一紅外傳感器13、另一紅外傳感器14的另一端與安全隔離電路3的一端 連接，所述安全隔離電路3另一端分別與信號調理電路4、輸入光電隔離電路5的一端連接， 所述本質安全電源1和控制器電源2的一端分別連接來自外部127VAC供電電源，所述控制 器電源2、信號調理電路4、輸入光電隔離電路5的另一端與單片機6連接，所述單片機6還 分別與IXD顯示電路8、輸出光電隔離電路9、鍵盤電路7的一端、網絡隔離接口 11連接，所 述輸出光電隔離電路9另一端與輸出驅動電路10連接，所述驅動電路10的另一端與噴霧 設備15連接，所述網絡接口 11的另一端與安全監測網絡16連接。所述的單片機為C8051F系列中的F020單片機，C8051F系列是在51單片機內核 的基礎上集成有ADC、DAC、UART、數字I/O埠和Flash存儲器等功能的一種功能強大的 單片機，它以低廉的價格佔據著低端應用的絕大部分市場份額。並以豐富的轉移、位操作、 I/O 口的邏輯操作等指令為基礎，能滿足工業、國防等諸多領域的控制要求。因此這裡選用 C8051F系列中的F020單片機作為隔爆兼本質安全型自動降塵控制器的核心部件。圖3給出了隔爆兼本質安全型自動降塵控制器的原理電路圖。粉塵信號從1-2端 輸入，經由R1、R2、DZ1和DZl組成的安全隔離電路，送入由運算放大器Al構成的I/V轉換 電路將電流信號轉換成電壓信號，該信號經由運算放大器A2構成的比例放大電路輸入到 單片機C8051F020的模擬量輸入端ΑΙΝΟ. 0用於A/D轉換，R5可以調節放大電路的放大比 例；兩個紅外傳感器信號分別從3-5端和4-5端輸入，經過Dl、D2組成的或門電路，再經由 R6、DZ3和DZ4組成的安全隔離電路，紅外信號經由R7、TLP521-1和R8構成的輸入光電隔 離電路送入單片機的Pl. 0端用於檢測有無人員通過噴霧區；鍵盤電路由R9、RIO、Rll和3 只按鈕組成，3隻按鈕分別和單片機的PL UPl. 2和Pl. 3連接，通過這些端單片機可以知道 哪個按鈕按下；液晶顯示器的8位數據線分別和單片機的數據總線AD0-AD7連接，WR、RD、 CS 1、CS2、CL和AO分別和單片機的P2. 0-P2. 5連接，通過程序控制鍵盤和液晶顯示器結合 可以設置控制器噴霧與否的上、下閾值，另外液晶顯示器還可以顯示實時粉塵濃度和噴霧 器工作狀態；噴霧控制信號由單片機的Pl. 7端輸出，經由R12、TLP521-1和R13構成的輸出 光電隔離電路，再經過由R14、Tl、繼電器J和D3組成的輸出驅動電路，通過6-7端輸出控 制噴霧驅動信號；單片機的串口收發端RXD、T)(D和帶有隔離功能的RS-485收發器RSM-485 連接，RSM-485的A、B端可以和安全監測網絡連接，實現和安全監測網的通信；外部127VAC 電源分別為本質安全電源和控制器電源提供電能輸入，本質安全電源的18VDC為外部粉塵 傳感器供電，控制器電源分別為信號調理電路、單片機系統、輸入隔離電路、鍵盤電路、液晶顯示電路、輸出隔離與驅動電路以及網絡接口等電路供電。
權利要求1.一種隔爆兼本質安全型自動降塵的控制器，該自動降塵控制器的外圍包括一個粉 塵傳感器(12)，一紅外傳感器(13)，另一紅外傳感器(14)，噴霧設備(1 和安全監測網絡 (16)，其特徵在於該控制器的防爆外殼內腔線路板上連接一個本質安全電源(1)，本質安全 電源(1) 一端依次分別與粉塵傳感器(12)、一紅外傳感器(13)、另一紅外傳感器(14)的一 端連接，所述粉塵傳感器(12)、一紅外傳感器(13)、另一紅外傳感器(14)的另一端與安全 隔離電路⑶的一端連接，所述安全隔離電路⑶另一端分別與信號調理電路G)、輸入光 電隔離電路(5)的一端連接，所述本質安全電源(1)和控制器電源O)的一端分別連接來 自外部127VAC供電電源，所述控制器電源O)、信號調理電路G)、輸入光電隔離電路(5) 的另一端與單片機(6)連接，所述單片機(6)還分別與IXD顯示電路(8)、輸出光電隔離電 路(9)、鍵盤電路(7)的一端、網絡隔離接口(11)連接，所述輸出光電隔離電路(9)另一端 與輸出驅動電路(10)連接，所述驅動電路(10)的另一端與噴霧設備(1 連接，所述網絡 接口(11)的另一端與安全監測網絡(16)連接。
2.根據權利要求1所述的隔爆兼本質安全型自動降塵的控制器，其特徵在於所述的單 片機為C8051F020單片機。
專利摘要本實用新型公開了隔爆兼本質安全型自動降塵的控制器。防爆外殼內腔線路板上連接電源，電源一端分別與粉塵傳感器、紅外傳感器，粉塵傳感器、紅外傳感器另一端與隔離電路一端連接，隔離電路另一端分別與信號調理電路、輸入光電隔離電路的一端連接，電源另一端、控制器電源的一端分別連接來自外部供電電源，控制器電源、信號調理電路、輸入光電隔離電路另一端與單片機連接，單片機與LCD顯示電路、光電隔離電路、鍵盤電路一端連接、網絡隔離接口連接，光電隔離電路與輸出驅動電路連接，驅動電路與噴霧設備連接，隔離網絡接口與安全監測網絡連接，實時檢測井下粉塵濃度的大小，改善礦山環境以減少塵肺病，廣泛用於煤礦，冶金，非金屬礦山等行業。
文檔編號E21F5/02GK201851146SQ20102062164
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者高贇 申請人:西安科技大學