煤矿井下直流稳压电源自动检测装置的设计

冯海亮，刘 超，王海南

（1.煤炭科学技术研究院有限公司，北京100013；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京100013；3.北京市煤矿安全工程技术研究中心，北京100013）

进入21世纪以来，国内煤矿陆续采用先进的井下监控、自动化设备保障煤矿井下安全。井下各系统需要365天24小时不间断工作，并且由于井下特殊的环境及频繁停电检修等情况，因此煤矿直流稳压电源的稳定性和可靠性决定了各系统能否正常运转。

在目前国内的井下直流稳压电源的日常生产中，基本采用万用表等简单测量设备和手工记录检测信息的方式，缺乏高效、便携的自动化检测手段，容易造成漏项、检验参数不准、检验效率低下等情况出现。基于上述现状和需求，煤炭科学技术研究院设计研发了“煤矿井下直流稳压电源自动检测装置”。同时电子仪表检测出的电子测量数据，通过信息采集与控制单元到上位机软件，为数据分析提供基础数据。10台被测产品可实现自动轮流切换检测。

经过充分论证，本设计采用RS485总线和模拟量输入、控制量输出的二级分层分布式网络结构。信息采集与控制系统与上位机通信采用RS485总线方式，信息采集与控制系统与交流调压单元、被测产品选择控制单元和模拟负载及电压电流采集单元通信采用模拟量输入和控制量输出的方式。网络结构均采用星型拓扑结构，系统通信设备之间传输介质均为两芯双绞线。

1 系统硬件设计

图1 硬件总体设计方案图

1.1 硬件总体方案

系统设计共分为交流调压单元、信息采集与控制单元、被测产品选择控制单元、模拟负载及电压电流采集单元4个部分，如图1所示。

设计完成后，能够实现10台被测产品的自动模拟交流电网波动，模拟短路、断路、全载等多种负载形式，

1.2 交流调压单元

本单元设计实现交流输入AC127 V、380 V、660 V在75%～110%范围内波动，同时实现三组电压互锁供电，并将调压输出的电压、电流信号传送至上位机显示。

本单元采用三组调压器，通过继电器对其AC 220 V输入端进行互锁通断控制，实现三组调压器的切换，互锁功能由上位机控制软件实现。调压器选用电子调压器，每组通过两个继电器控制其正反转实现调压。调压结果通过电压电流表显示，并通过模拟量4～20 mA信号经“信号采集与控制单元”上传至上位机，供检测操作者对调压结果进行确认。

图2 交流调压单元设计方案图

1.3 信息采集与控制单元

本单元设计采用煤炭科学技术研究院煤矿安全监测监控系统分站主板3套，每套主板可实现16路模拟量输入、8路控制量输出，同时可实现通过RS485总线与上位机进行通信。本系统共使用模拟量输入信号26路，控制量输出信号19路，使用3套煤矿安全监测监控系统分站主板可满足使用需求及日后扩展需求。

1.4 被测产品选择控制单元

本单元设计目的是为实现10台被测产品的10路直流输出轮流与“模拟负载及电压电流采集显示单元”接通，进而实现检测电压电流数据的显示和上传上位机。设计采用“信息采集与控制单元”控制量输出控制继电器，继电器再控制切换模块，对10台被测产品的10路直流输出进行切换。上位机软件对10组控制量进行互锁，以保证被测10台产品单位时间内1台在检，如图3。

图3 被测产品选择控制原理图

1.5 模拟负载及电压电流采集显示单元

模拟负载单元采用“电子负载”模拟短路、断路、全载等多种负载形式，采用带模拟量输出的电压、电流表显示信息，并将测量数据以模拟量形式经“信号采集与控制单元”上传至上位机。

2 系统软件设计

系统软件以煤炭科学技术研究煤矿安全监测监控系统软件为基础，在此基础上进行功能完善，实现电压、电流数据的采集、显示，报表的输出功能，同时实现对交流调压系统的三路互锁控制及自动调压信号的控制，实现对10路被测产品的互锁切换控制。系统软件同时具有操作员权限功能，能够实现记录不同检验员的操作记录，进而满足ISO9001体系的要求，实现检验记录电子化。

3 结束语

煤矿井下直流稳压电源自动检测装置的设计，实现了电压电流数据的采集显示和上传，从而实现了检验数据的电子化、自动调压和自动被测产品切换，提高了装置的自动化程度。此装置的设计，从根本上解决了煤矿井下直流稳压电源缺乏高效、便携的自动化检测手段的现状，同时提高了检测效率和准确性。

［1］ 中华人民共和国煤炭工业部.MT／T408—1995煤矿用直流稳压电源［M］.北京：中国标准出版社，1995.

［2］ 梁 森，欧阳三泰，王侃夫.自动检测技术及应用［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［3］ 祝常红.数据采集与处理技术［M］.北京：电子工业出版社，2008.

［4］ 王成安，李福军.电子测量技术与仪器［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［5］ 汤 平.单片机与上位机软件设计［M］.重庆：重庆大学出版社，2013.