数字测试仪在矿井设备安全检测工作中的应用

张明

摘 要 为了有效改进矿井设备安全检测的自动化程度，研究人员研制出了一款数字测试仪。这款测试仪可以同时连接32路传感器，通过传感器传入的数据会被信号采集器快速采集，并且传递到PC机上。PC机会根据传入的数据生成工作人员所需要的表格。利用数字测试仪可以提升四种矿井设备的安全检测，提高检测时的精度，实现矿井安全检测的自动化。

【关键词】数字测试仪 矿井设备 安全检测

保障矿井下人员的安全是首先需要考虑的，而矿井设备的安全检测是保证矿井下安全的重要因素，国家也颁布了相关的安全生产标准，其中就有矿井下的安全检测标准和规范。因为没有专业的检测仪器，通常进行安全检测都是用示波器等设备进行检测得出数据，将这些数据记录后再进行人工计算。这种方法需要测量的数据繁多，计算结果不能实时对应，而且在计算的过程中很容易出现错误。本文对四种设备安全检测的数字测试仪进行探讨和分析。数字测试仪的使用减轻了检测人员的工作，同时检测结果也有了极大的可信度，实时的生成图表有利于工作人员进行安全分析，大大提高了安全检测的工作效率。

1 系统硬件设计

1.1 系统总体方案及传感器特性

数字测试仪主要是由电源板、信号调理板和信号采集板组成。在使用之前，需要将传感器接到信号调理板上，同时将测试仪与电脑的USB接口相连。检测中的数据并不是全部来源于信号采集板，有些数据直接来源于监控室中仪表台所显示的数据，为了不影响其他设备的运行，检测中的三种信号需要采取隔离措施。通风机的16路风量检测提前设计了两套方案，一种是脉冲信号的风杯，另一种就是电流输出的差压传感器。如果在测试过程中需要用到设备的一些额定数据，那么就可以直接通过USB连接的PC机获取。

1.2 信号调理板

信号调理板主要检测从各个传感器传来的信号，检测仪的信号通道为54路，所以这就要求采集板有54个A/D。可以对信号进行整理，以此来减少A/D通道的数量。水泵、空气压缩机、通风机都是有2路信号，虽然来自不同的设备，但是这6路信号的输出电流都是一样的，所以就可以将其整合成2路，在最后进行区分即可。虽然通风机的风量检测有两种设计方案，但是在实际检测时只能使用一种，所以就可以将2个16路合并，然后通过硬件选择使用哪一种。信号调理板实现了四种信号的变换：第一种是来自于监控室仪表台的信号。这些信号是要通过分离才可以进行采集的，使用三台磁隔离放大器，其输出电压均为0～5伏特，所需供电电压均为12伏特。第二种是传感器的电流信号。首先将信号调理板的电流信号转化成电压信号，然后再将电压信号转化成标准的10V准电压信号，通过两个电阻分压得到6.25V电压，再通过放大器向所需部位传送参考电压，确定的电压和电流之间的关系是Vn=6.25V-312.5×IIN.。第三种是传感器的电压信号。虽然传感器的输出电压有两种，但是调理电路却只有一种。第四种是风杯产生的脉冲信号。由于这种脉冲信号并没有一定的周期性，所以处理上就会有很大的麻烦，这就需要知道脉冲的频率，所以就要将调理板的16路脉冲转化成标准的方波信号。输出的方波信号也会进入信号采集板的A/D通道，在通道中转换后可以由计算机上的软件计算脉冲频率。

1.3 电源板

根据各个部件的供电条件和供电要求，电源板的输入电压为85～265VAC，+24V（0.83A）、+12V（0.42A）、-12V（0.42A）、5V（2A）4种电压输出的AC/DC开关稳压电源。

1.4 信号采集板

信号采集板的核心是DSP，以A/D转换器提高分辨率的数据采集方案。DSP采用型号为TMS320C5504，内有双口64KBRAM、单口192KBRAM和128KB的ROM，外设有USB2.0型接口。A/D转换器采用AD7606，具有8通道可同时采样16位，因为信号采集板需要32路模拟信号，所以总共需要4个AD7606.当DSP接收到通过USB接口传输出来的开始指令后，就可以控制A/D转换器对32路信号进行采集，当受到停止指令后，DSP就会停止采集。TMS320C5504外部的USB接口可以和PC相连，同时TMS320C5504与四片AD7606相连，接受来自不同部位的信息，并且进行整合。

2 系统软件设计

综合测试仪的工作全过程为：工作人员使用PC机的相关软件通过相连的USB接口向DSP发送开始检测指令，DSP受到开始指令后，会开启四片A/D转换器，然后检查每片转换器上的BUSY信号，A/D转换结束后，会将缓存结果果通过USB发送至PC机。PC机接收到不同的信号后会对其进行整合，再将这些已经转换成数据的信号在PC机相关软件中进行相关运算，将运算结果制成图表，并且将数据保存到数据库中，最后以Word报表的形式呈现给使用人员。测试仪主要由两个部分组成，DSP信号采集软件和PC机数据处理软件。通风机性能测试系统主要是用来测试通风机的全压、静压等等参数，最终会生成流量和轴功率之间关系的曲线图、流量和全压性能之间关系的曲线图、流量和静压性能关系的曲线图、流量和全压性能之间关系的曲线图等。水泵性能测试系统主要是用来测试水泵的扬程、泵效率等参数，最终会生成流量和轴功率性能之间关系的曲线图、流量和扬程性能之间关系的曲线图、流量和泵效率性能之间关系的曲线图。提升机性能测试系统主要是用来测试提升机的闸瓦间隙、空动时间等多种数据并且将其制成曲线图。空气压缩机性能测试系统主要是用来测试测风断面平均风速、一级以及二级排气压力等多项数据。每一种设备测试完毕后都可以利用PC机的相关软件将其数据制成直观、利于工作人员分析的Word图表。

3 测试结果

PC机接收到来自信号采集板的数据后会自动对齐进行分析、整理、整合、处理，然后将数据制成图表，并且将数据和图表制成标准形式的Word文档。所有的文档会被分为四类，根据其数据来源的不同，系统会自动为其命名，命名的格式为：“矿名+设备种类+时间.dat”。

4 结束语

综上所述，本文中涉及的数字测试仪能够有效、高精度、实时检测矿井下的安全数据，大大减轻了检测人员的工作负担，简化矿井安全检测过程，自动生成的数据和图表更加准确，提高安全检查的工作效率，对安检自动化有着重要的意义。

参考文献

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[2]唐开敏，马永庆，崔向阳.矿井监控系统瓦斯浓度超3%闭锁风机功能的实现[J].中州煤炭，2010（02）.

[3]龙夏.基于PLC的智能矿井监控系统[J].中国仪器仪表，2009（07）.

作者单位

广州广电计量检测股份有限公司 广东省广州市 510656