热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统设计

1、化工学院毕业设计说明书题 目：热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统设计学 生 姓 名： 学 号：0953505030 指 导 教 师：郭俊卿 专 业 年 级：自动化2009 所 在 班 级：2009级自动化班 完 成 日 期：2013年6月8日 答 辩 日 期：2013年6月14日 热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统设计 摘要设计根据10公里封闭式传送带控制系统的工艺流程和工艺要求，保证物料平稳、恒定、准确的运送到洗煤厂，制定相应的控制方案。设计采用多级传送带控制系统，结合单片机控制技术，对传送带电机的转速、运料的重量、料斗的下料量等参数进行多参数测量，将采集到的模拟量转换成数字量进行控制从

2、而实现恒物料运送。设计以典型工业检测仪表控制系统结构图为基础，对检测单元、变送单元、控制单元、执行单元等核心单元进行一一阐述，检测单元和变送单元使用集于一体的传感器并进行相应的选型，控制单元采用MCS-51系列单片机，执行单元选用相应的电动执行器。设计根据工艺流程和工艺要求分别绘制了封闭式传送带控制系统工艺流程图，工艺控制流程图和系统的结构框图并运用于工业生产中。设计还根据运输过程中可能出现的问题，结合实际运输环境进行合理的可行性分析。关键词：传送带控制系统，传感器，单片机，电动机AbstractTEN KILOMETERS ENCLOSED CONVEYOR CONTROL SYSTEM O

3、F COAL MINE WATERAbstractThe design for the 10 km belt closed process control systems and process requirements, develop appropriate control program. Multi-stage conveyor control system that combines single-chip control technology, the conveyor motor speed, haul the weight of the quantity under the h

4、opper, conveyor steering (angle)and other environmental parameters of multi-parameter measurement, the collected analog to digital conversion is controlled in order to achieve constant material transport. The design of typical industrial instrumentation control system structure Pictured based on the

5、 detection unit, transmission unit, control unit, the execution unit and other core unit elaborated and then draw out the enclosed conveyor control system block diagram.Keyword: Conveyor control systems, sensors, microcontrollers, motorIII1绪论目录1绪论11.1热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统实际工程背景11.2 热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统工艺

6、流程介绍11.3热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统国内外发展现状31.4热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统立论依据41.5微机控制电机的发展和现状及特点42控制方案72.1设计要求与设计原理72.2检测仪表控制系统的分析92.3热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统结构框图103硬件设计133.1检测元件的设计和选型133.1.1重量检测133.1.2转速检测153.1.3位移检测163.1.4 YH21D/U系列数据采集仪173.1.5输送机用三相异步DSB电动机183.2变送单元193.2.1 DDZ-型差压变送器（通用模拟式）193.2.2数字式变送器213.3显示单元213.4单片机

7、概述与应用233.4.1单片机的简介233.4.2 MCS-51系列单片机结构233.5逐次逼近式A/D转换器254软件设计274.1软件设计的基本要求274.2软件设计流程图274.3数字重量调节器和数字转速调节器的算法315系统性能分析355.1原煤下料量的控制及运输过程中的问题355.2三相异步电动机变频调速原理及其机械特性及基频变频调速365.3传送带撒料的处理386总结41参考文献43致谢4545青海大学1绪论1.1热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统实际工程背景热水煤矿位于青海省海北藏族自治州刚察县和祁连县毗邻地带，东起乌大斯沟，西至央格沟，总面积约1000km。青藏铁路哈柴支线（

8、哈尔盖东站至柴达尔站）连接矿区，热水煤矿柴达尔矿区铁路专用线由柴达尔站接轨至柴达尔下平峒工业广场。热水煤矿传送带正广泛应用于工业生产系统。传送带的应用不仅节约了劳动力,提高了生产效率,而且降低了生产成本,在工业生产中发挥了巨大的作用。系统传送带机广泛地应用于矿山、冶金、码头和化工等行业,对于散装的固态原料(如矿石、水泥、煤粉等)进行自动输送,特别适合于高温,高空和有害环境下的作业。传送带送料系统就是通过电机带动负载，传送带把需要的物料进行传送。在当今的社会中传送带已经是现代工业的高速发展中不可或缺的一种智能化器材。原料由矿区采集后经漏斗送入封闭式传送带控制系统，在保证物料平稳、恒定、准确运送的

9、工艺要求下运送至洗煤厂，经洗煤厂精炼加工后送入火车站。设计采用10公里封闭式传送带控制系统对其工艺过程控制，采用多级传送带实现恒物料运送，为此需考虑传送带驱动电机的转速、运料的重量、料斗的下料量、传送带转向（角度）等因素。针对以上因素，可在传送带系统的每一级子传送带的始末位置设置检测点，将相关检测数据送入控制车间并由计算机控制系统进行相应的控制，设计采用单片机控制系统实现相关参数的调节从而保证物料平稳、恒定、准确的运输。1.2 热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统工艺流程介绍如图1-1所示，传送带由电机驱动，在传送带的上方装有料斗,传送带运动时,物料随传送带输送出去。经多级传送带最终运至洗煤厂

10、，洗煤厂与火车站之间也可采用传送带传送物料，其传送带可参考设计介绍的传送带控制系统进行设计。在传送带始末位置设置检测点，传送带上配有重力传感器输出与传送带上物料重量成正比的电信号，位移传感器用来采集传送带偏移角度（经过位移角度转换），传感器将测量数据送到信号采集器再送到控制车间中，经单片机对电机进行调节以控制料斗的下料量，传送带电机控制皮带的转速，单片机会将所有信号指令显示在计算机显示屏上，在生产需要改变时操作人员会在上位机上重新输入指令，以便再次调节电机以达到新的生产要求。根据工艺流程的要求，为保证物料平稳恒定准确的运输，针对料斗的下料量、传送带驱动电机的转速、物料的重量进行设计，另外还可考

11、虑传送带角度偏移，添加位移传感器。矿井原煤M0配电室M4控制车间原煤M3料斗M1M2洗煤厂火车站 图1-1热水煤矿10公里封闭式皮带传送带控制系统工艺流程图1.3热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统国内外发展现状热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统结合国内电气传动技术，采用微机控制电机，以电动机控制为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成电气传动控制系统。因电机种类的不同分为直流电动机传动(简称直流传动)、交流电动机传动(简称交流传动)、步进电机传动(简称步进传动)、伺服电动机传动(简称伺服传动)等等。众所周知，与交流调速系统相比，由于直流调速

12、系统的调速精度高，调速范围广，变流装置控制简单，长期以来在调速传动中占统治地位。在要求调速性能较高的场合，一般都采用直流电气传动。目前，通过对电动机的控制，将电能转换为机械能进而控制上作机械按给定的运动规律运行且使之满足特定要求的新型电气传动自动化技术己广泛应用于国民经济的各个领域。三十多年来，直流电机传动经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用己久的直流发电机电动机组及水银整流装置使自流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路己经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅和提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展

13、，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。由于直流电气传动技术的研究和应用己达到比较成熟的地步，应用相当普遍，尤其是全数字直流系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。所以，今后一个阶段在调速要求较高的场合，如轧钢厂、海上钻井平台等，直流调速仍然处于主要地位。早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。随着计算机控制技术的发展，直流传动系统己经广泛使用微机，实现了全数字化控制。由于微机以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力

14、强。所以，全数字直流调速控制精度和可靠性比模拟直流调速系统大大提高。而且通过系统总线全数字化控制系统，能与管理计算机、过程计算机、远程电控装置进行交换，实现生产过程的自动化分级控制。所以，直流传动控制采用微机实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。直到20世纪6070年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，使高性能交流调速系统应运而生，交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。按照交流异步电动机的原理，从能量转换的角度看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。设计参照异步电动机

15、变压变频调速调速系统，即转差功率不变型调速系统的基本控制方式实现电动机的调速。为此，需引入变频器，变频器是异步电动机调速系统中的关键设备。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式，即VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）变频或矢量控制变频，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分IGBT三相桥式逆变器，且输出为P

16、WM(Pulse Width Modulation)波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调.变频器广泛用于交流电机的调速中.变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向。1.4热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统立论依据青海大学化工学院自动化专业实验室现有的实验设备为设计提供了必要的条件，电路原理、电力电子技术、自动检测技术及仪表控制系统、计算机控制系统等专业课程

17、为设计提供了扎实的理论基础。理论联系实践，自己在大学本科学习阶段曾多次参加电子工艺实习和生产见习。多次做过控制系统的实验，为设计提供良好的实践经验和实践基础。1.5微机控制电机的发展和现状及特点目前，很多电机微机控制系统都是由数字部件和模拟部件组成的混合系统，而全数字控制系统是当前的发展方向。在微机控制系统中，通常是既有模拟信号，也有数字信号；既有连续信号，也有离散信号。由于计算机的CPU只能识别和处理数字信号，而且只能一次次离散地处理，所以计算机处理外界信息时总要有一个采样过程，电机微机控制系统必然是一种采样控制系统。微机，出现于20世纪70年代，随着大规模及超大规模集成电路制造上艺的迅速发

18、展，微机的性能越来越高，价格越来越便宜。此外，电力电子的发展，使得大功率电子器件的性能迅速提高。因此就有可能比较普遍地应用微机来控制电机，完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合使用要求，还可以制造出各种便于控制的新型电机，使电机出现新的面貌。比较简单的电机微机控制，只要用微机控制继电器或电子开关元件使电路开通或关断就可以了。在各种机床设备及生产流水线中，现在己普遍采用带微机的可编程控制器，按一定的规律控制各类电机的动作。对于复杂的电机控制，则要用微机控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角，使电机按给定的指令准确工作。通过微机控制，可使电机的性能

19、有很大的提高。传统的直流电机和交流电机各有优缺点，直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节。目前，广泛应用于数控机床等自动化设备的数控位置伺服系统。为了提高性能，在先进的数控交流伺服系统中，己采用高速数字化处理芯片(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR，简称DSP)，其指令执行速度达到每秒数百兆以上，且具有适合于矩阵运算的指令。电机微机控制的特点包括以下几点：(1) 硬件比较简单，用少量芯片就可完成很多功能，且易于通用

20、化。 (2) 可以分时操作；一台微机可以起多个控制器的作用，为多个控制回路服务；也可控制多个电机，完成较多功能。 (3)计算机具有记忆和判断功能，系统的控制方式由软件决定，若要改变控制规律，一般不必改变系统的硬件，只需按新的控制规律编出新的程序即可；且可在运行中随时根据不同的电机上作状态，选择最有利的系统参数、系统结构及控制策略等；使系统具有很强的灵活性和适应性。 (4)计算机的运算速度快，精度高。它有丰富的逻辑判断功能和大容量的存储单元，因此有可能实现复杂的控制规律，如采样参数辨识、优化控制等现代控制理论所提供的控制算法，以达到较高的控制质量。 (5)数字量的运算不会出现模拟电路中所遇到的零

21、点漂移问题，被控量可以很大，也可以很小，都较易保证足够的控制精度。(6)信息处理能力强，可以完成各种数据的处理，及时给操作人员提供有用的信息和指示。正因为有上述优点，电机微机控制的理论及应用发展得非常迅速，新产品不断涌现和普及。2控制方案2控制方案2.1设计要求与设计原理根据控制过程、控制工艺的要求，采用多级传送带控制系统，对煤的流量、料斗下料量、传送带的转向等参数通过数据采集器实现多参数采集，采用单片机控制传送带实际上是对电动机的控制，传送带系统实际上就是带动履带实现对物料的传送。因此控制传送带就应该是控制电动机的转速，所以在对传送带送料时只要用单片机控制电动机便可。设计的传送带控制系统的目

22、的是在环保的基础上，以单片微机实现平稳的运行，中途需对煤的流量、料斗下料量、传送带转向等因素进行检测，通过数据收集器实现传送带进口和出口进行多点参数检测，将检测到的参数送到单片机中。上位机作为管理系统提出控制指令和控制要求，通过下位机执行后送入单片机中，单片机系统使得原料在进料到出料有一个更为精确的时间控制以及让传送带不间断的供料和统计出来原料经过次数及每次卸料的时间。传送带由电机驱动，在传送带的上方装有料斗,传送带运动时, 物料随传送带输送出去。经多级传送带最终运至洗煤厂。在传送带始末两端设置检测点，传送带上配有重力传感器输出与传送带上物料重量成正比的电信号，位移传感器用来采集传送带偏移角度

23、（经过位移角度转换），传感器将测量数据送到信号采集器再送到控制车间中，经单片机对电机进行调节以控制料斗的下料量，传送带驱动电机控制皮带的运行，单片机会将所有信号指令显示在计算机显示屏上，在生产需要改变时操作人员会在上位机上重新输入指令，以便再次调节电机以达到新的生产要求。根据工艺流程的要求，为保证物料平稳恒定的运输，针对传送带驱动电机的转速、物料的重量、料斗的下料量进行设计，另外还可考虑传送带角度偏移，添加位移传感器。M1重量传感器控制器执行器测速传感器原煤下料称重传感器器执行器控制器M0下图2-1为单级传送带的控制工艺流程图：图2-1单级传送带的控制工艺流程图热水煤矿10公里封闭式传送带控制

24、工艺流程图（多级）如图2-2所示：矿井下料称重传感器原煤M0控制车间（A/D转换、单片机控制）检测点（位移传感器）M4原煤检测点（位移传感器）M3料斗信号采集器检测点（重量传感器）检测点（重量传感器）检测点（重量传感器）检测点（重量传感器）检测点（位移传感器）检测点（位移传感器）M1M2转速传感器配电室计算机洗煤厂火车站 图2-2 热水煤矿10公里封闭式传送带控制工艺流程图（多级）2.2检测仪表控制系统的分析典型工业检测仪表控制系统结构图如图2-3所示：图2-3典型工业检测仪表控制系统结构图被控（被测）对象检测单元变送单元执行单元调节单元微机操作人员被测对象是控制系统的核心，它可以是单输入单输

25、出对象，级常规回路控制系统。也可以是多输入多输出，此时通常需采用计算机仪表控制系统。检测单元是控制系统实现控制调节作用的基础，它完成对所有被控对象变量的直接测量，本设计中主要包括重量、转速、位移等，同时也可实施某些参数的直接测量。变送单元完成对被测变量信号的转换和传输，其转换结果须符合国际标准的信号制式，即15V DC或420mA DC模拟信号或各种仪表控制系统所需的数字信号。本设计中选用重量变送器、转速变送器、湿度变送器、位移变送器,还可采用新型变送器中的数字式变送器。显示单元是控制系统的附属单元，它将检测单元测量获得的有关参数，通过适当的方式显示给操作人员，这些显示包括曲线、数字和图像等。

26、传统显示及记录仪表包括电位差计式自动平衡仪表、电桥式自动平衡仪表。数字式显示及记录仪表包括数字模拟混合仪表、全数字式记录仪表。调节单元完成调节规律的运算，它将变送器传输来的测量信号与给定值进行比较，并对比较结果进行调节运算，以输出作为控制信号。调节单元采用的常规控制规律包括位式调节和PID调节，而PID控制规律又根据实际情况的需要产生出了各种不同的改进型。常规调节器包括DDZ-型调节器、数字式调节器。除常规调节器外，还有先进调节器中的增强型调节器。数字式调节器的重要应用实例之一便是可编程调节器。可编程调节器增强了相应的功能，尤其在软件方面的功能，主要体现在为用户提供了将各种软件模块有机的连接起

27、来的途径，从而使其具备了用户程序可根据实际控制的需要，由用户自行进行编制的可能。可编程调节器除了具备数字是调节器应有的特点外，能够完成一定特定功能的软件段形成各种典型的通用软件模块，并定义了相应的编程语言，即一系列的编程语句。执行单元是控制系统实时控制策略的执行机构，它负责将调节器的控制输出信号按执行机构的需要产生相应的信号，以驱动执行机构实现对被控变量的调节作用。设计可采用电动执行器，其工作原理示意如图2-4所示，电动执行器也由执行机构和调节阀两部分组成。电动执行器接受控制器送来的010mA或420mA直流电信号，并转换为对应的角位移或直线位移，以操纵调节机构，实现对被控变量的自动调节。以角

28、行程的电动执行器为例，用表示输入电流，表示输出轴转角，则两者存在如下的线性关系：式中，K是比例系数。由此可见，电动执行器实际上相当于一个比例环节123。Ii执行机构减速器伺服放大器伺服电动机位移发送器调节阀If图2-4电动执行器工作原理示意2.3热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统结构框图设计在典型工业检测仪表控制系统结构图基础之上，对生产过程的相关参数，如煤的流量、传送带转头角度等进行多点采集（检测单元），分别经过对应的变送器传递给相应的单片机（变送单元），在由单片机将数据传送给微机从而将相关参数显示给操作人员（显示单元），经操作人员将控制指令传给微机，微机将控制指令传递给单片机（调节单元）

29、，在由单片机将控制指令传送给相应的执行器（执行单元），执行单元将控制信息传送进生产过程。在设计过程中，可通过选取传感器（重力、位移）实现检测和变送单元的功能，具体结构框图如下图2-5所示：生产过程重量传感器下料称重传感器转速传感器位移传感器MCS-51单片机电动执行器M0电动执行器M1电动执行器M2电动执行器M3微机操作人员电动执行器M4液晶显示器图2-5热水煤矿10公里封闭式传送带控制系统结构框图3硬件设计3硬件设计3.1检测元件的设计和选型3.1.1重量检测设计直接采用重力传感器实现重力检测和变送两部分功能，重力传感器采用弹性敏感元件制成悬臂式位移器，与采用弹性敏感元件制成的储能弹簧来驱动

30、电触点，完成从重力变化到电信号的转换。重力传感器主要由承载器、称重显示仪表（下简称仪表）、称重传感器（下简称传感器）、连接件、限位装置及接线盒等零部件组成，还可以选配打印大屏幕显示器、计算机和稳压电源等外部设备。其工作原理如下：被称重物置于承载器台面上，在重力作用下，通过承载器将重力传递至称重传感器，使称重传感器弹性体产生变形，贴附于弹性体上的应变计桥路失去平衡，输出与重量数值成正比例的电信号，经线性放大器将信号放大。再经A/D转换为数字信号，由仪表的微处理机（CPU）对重量信号进行处理后直接显示重量数据。配置打印机后，即可打印记录称重数据，如果配置计算机可将计量数据输入计算机管理系统进行综合

31、管理。利用应变电测原理称重。在称重传感器的弹性体上粘贴有应变计，组成惠斯登电桥。在无负荷时，电桥处于平衡状态，输出为零。当弹性体承受载荷时，各应变计随之产生与载荷成比例的应变，由输出电压即可测出外载重量，通过仪表的通讯接口可以与上位机连接。设计的重力测量选用的是西门子SIMAREX R称重传感器，它配备有金属丝应变计（WSG）。WSG称重传感器是一种能够把机械力变为电信号的变换器。由一个弯杆式称重传感器示例所显示的工作原理图 。每个称重传感器的至少四个WSG被连接在一个完整的惠斯通电桥上。被拉伸或扰乱的WSG是这样接线的，即电阻的正或负变化会累加到电桥的一个总的扰乱上。 馈入电压（SENSE）

32、被施加在一个电桥对角线上。测量电压在另一个对角线上分接。 在恒定的馈入电压（EXC）下，实测电压（SIG）的变化与施加的负荷成比例（如图3-1）。在实践中，称重传感器含有用于温度补偿、零点和参数调整的其它电阻器。根据类型和要求，它们可以布置在称重传感器的输入或输出上。对于料斗的物料流量可设置称重传感器，本设计可选用GLBHT筒式荷重传感器（产品编号：17451-218），该称重传感器根据载荷力大小及作用分别采用筒式、柱式结构。具有量程范围大、结构密封性好，性能稳定可靠，安装使用方便等特点。广泛应用于水泥、煤炭等各种行业的电子汽车衡、轨道衡、平台秤、料斗秤及其它各种称重、测力的工业自动化测量控制

33、系统。GLBHT筒式荷重传感器外形尺寸和技术指标分别如图3-2和图3-3所示：图3-1GLBHT筒式荷重传感器结构示意图图3-2 GLBHT筒式荷重传感器外形尺寸表3-1 GLBHT筒式荷重传感器技术指标技术指标 单位 技术参数灵敏度 mv/v 1.01.50.05非线性 FS 0.3滞后 FS 0.3重复性 FS 0.15幅变 FS/30min 0.3零点输出 FS 1零点温度系数 FS/10 0.1灵敏度温度系数 FS 0.1输入电阻 75020输出电阻 7005安全过载 FS 150FS绝缘电阻 M 2000 M（50VDC）推荐激励电压 V 10V15V工作温度范围 -20+803.1

34、.2转速检测采用光电码盘测速检验法，它是光电码盘和透射型光电耦合器结合，可对转速进行计数，输出信号是对应于码盘窗口明暗的脉冲序列。光电耦合器采用透射性，透射型光电耦合器的发光与受光元件之间要插入透光率不同的遮光片。光电码盘采用增量光电码盘，为了使增量光电码盘也能检测转角即转向，可以采用检测A、B和Z三个增量脉冲信号的方法，使其中相邻的两个输出信号A、B成的相位差；而使信号Z对每转一周只输入一个脉冲，作为决定转角的原点。根据需要，当只需检测转速时，选择带一个光点耦合器的单相输出增量码盘即可；若还要判别正负转向并控制转角位置时，则需要选择内部含三个光电耦合器的有三相输出的增量码盘。设计采用VB-Z

35、9200 磁电式转速传感器，实物图如图3-4所示。VB-Z9200磁电式转速传感器是针对测速齿轮而设计的发电型传感器（无源），测速齿轮旋转引起的磁隙变化，在探头线圈中产生感应电势来达到测速目的。安装在靠近测速齿轮的地方，输出与旋转机械的转速成正比的频率信号。它不需要供电，具有输出信号大，抗干扰能力增强，可在烟雾、油气、水雾等恶劣环境中使用等特点。图3-3 VB-Z9200 磁电式转速传感器表3-2 VB-Z9200 磁电式转速传感器技术指标技术指标 技术参数直流电阻 150200 （25）使用温度 -30+130螺纹尺寸 M161.0或M161.5测量范围 10010000r/min(60齿)

36、重量 约150g测速齿轮形式模数 24（渐开线）齿轮材料 导磁率强的金属材料齿形 成渐开线齿形用大模数的齿轮或用其他的齿形将会产生巨大的波形畸变，这将会妨碍精确测量。安装时要注意磁极的中心应处在齿轮的中心位置上。3.1.3位移检测采用电容式位移检测方法，一个电极固定不动，另一个可动电极与被测物体相连，那么被测物体的位移可以改变距离d从而使电容量变化；也可以使两级板的遮盖面积s改变，使电容量变化，这两种方式分别称为变极距法和变面积法。平行平板的电极面积为s(m2)(=ab),电极间的距离为d（m）时，其电容量C（F）为公式3-1所示：（公式3-1）式中，为极间介质的介电常数。无论变极距法还是变面

37、积法，都是极间的距离d越小，位移检测灵敏度越高，一般d都在1mm以下。本设计采用差动电容式位移检测结构。在两个固定极板间设置可动极板，使固定极板对中间极板成对称结构。可动极板位移x时，一个电容量增加，另一个电容量减少，差动容量接入如图所示变压器电桥电路，当负载电阻趋向于无穷大时，无论变极距法还是变面积法，都可以得到与被测位移成比例的电压输出信号。由于采用了电容极板的对称结构以及电桥电路的对称结构，差动电容式位移检测明显的改善了线性特性，除此之外，因静电引力、温度变化、电源变化等环境条件引起的的误差也大为减少。设计可选取MicroSense电容式位移传感器，实物图如图3-5（a）（b）所示。其型

38、号可选用4810、5810、6810、6360等。本产品是基于电容式感技术专利，MicroSense电容式位移传感器 提供高准确度，高带宽测量精度电容式位移传感器设备，为满足客户高准确度的应用要求,MicroSense 优化传感器的操作性能以达到高稳定性和线性方案、高分辨率、高带宽测量方案，用于测量硬盘驱动马达，气动轴承转子，X-Y样品台精确度，光盘，汽车零部件和机床等测量。图3-4 MicroSense电容式位移传感器技术指标 技术参数量程 25m 到1000m满量程测量分辨率 优于2 nm (r.m.s.) 1 kHz带宽 1 kHz, 5 kHz, 20 kHz, 100 kHz 可选表

39、3-3 MicroSense电容式位移传感器技术指标3.1.4YH21D/U系列数据采集仪传感器输出信号为电压模拟信号，需经数据采集把模拟信号转换为数字量存入计算机，用于后续分析。与该类型传感器配套使用的采集是YH21D/U系列数据采集仪，是新型计算机外置式A/D产品，它接于计算机的USB接口工作，并可为传感器提供12伏电源，体积小使用方便，是笔记本机数据采集的最佳选择，亦适用于笔记本微机或台式微机。如选配程控8阶椭圆低通滤波器，可程控选择低通滤波截止频率，能有效地抑制外界噪声干扰。采集仪配有7芯插座和2芯标准BNC插座，用开关可进行切换，除采集需要供电的传感器信号还可采集满足量程的其它信号。

40、采集仪还配有1路数字I/O信号，可用于控制其它设备或仪器。图3-6代表YH21D/U系列数据采集仪实物图。图3-5 YH21D/U系列数据采集仪技术指标：表3-4 YH21D/U系列数据采集仪技术指标技术指标 技术参数模拟输入通道 16、32、64、128量程 10伏供桥压 12伏（为传感器提供电压）数字I/O 1路，TTL电屏线性度 0.01FSA/D分辨率 16位低通滤波器（可选） 8阶椭圆低通滤波器，程控滤波范围10Hz50KHz模拟输入插座 7芯插座计算机接口 USB，符合USB接口1.1版本规范工作温度 050电源 AC220V/50Hz仪器箱尺寸、重量 L30cm x W28cm

41、x H15cm(含手柄)，重2.2Kg数据采集软件 选配WS-DAQ数据采集软件配件 USB线1条，电源线1条，标准仪器箱1个3.1.5输送机用三相异步DSB电动机设计介绍一种三相异步电机用来实现传送带的驱动，三相异步DSB电动机为煤矿井下专用防爆电机，外壳系用钢板焊成。DSB输送机用三相异步电动机适用于有甲烷或煤尘爆炸危险的矿井，用于驱动可弯曲的刮板运输机、装载机、耙斗装岩机等。电动机绝缘等级为F级，根据需要可制成H级。适用于380V/660V或660V/1140V电源。功率为：4kw-160kw 。DSB电动机的参数如下：表3-5 DSB输送机用三相异步电动机技术指标技术指标 技术参数额定

42、电压 660V/1140V（V）额定功率 4kw-160kw冷却方式 IC411工作制 S1绝对等级 F安装方式 MB3、IMB5、IMB9001型号 DSB极数 4极产品类型 三相异步电动机品牌 ZHONGMEI应用范围 煤矿3.2变送单元3.2.1 DDZ-型差压变送器（通用模拟式）DDZ-型差压变送器是基于力矩平衡原理工作的，主要由机械部件和振荡放大器电路两部分组成。其关系式为公式3-2所示：（公式3-2）I0低频振荡器差动变送器功率放大器检波电路（其中A为敏感元件的有效面积；为矢量机构的倾斜角；为表示由调零元件产生的零点调整作用力；为反馈力；D为线圈平均直径；W为线圈匝数；B为磁场磁感

43、应强度；输入系数；输出和反馈线圈系数）DDZ-型差压变送器功能模块框图如图3-10所示：图3-6 0DDZ-型差压变送器功能模块框图当被测压差经力矩平衡系统转换成差动变压器上检验片的位移后，差动变压器将该位移转变为变压器的输出电压。同时借助变压器输出端的电感效应，与配接电容形成低频震荡回路，从而使振荡频率与变压器输出电压保持相应的对应关系。检波电路从低频振荡器中获取交变信号，最后再由功率放大电路放大成标准的输出电流，并由串接在输出回路上的电阻分取反馈电压，以形成反馈力矩使变送器达到平衡工作状态。由DDZ-型电动机组合单元仪表的特性可知，以矢量机构工作原理实现的变送器具有安全火花防爆特性。一方面

44、由于DDZ-型变送器采用低压直流24V DV集中供电，并设置了安全栅；另一方面在其设计过程中还采用了其他相应的措施，包括尽可能少用储能元件。DDZ-型变送器的另一重要特点是它的两线制，这是由电机组合单元仪表的固有特性决定的。由于仪表采用直流24V电源、差压变送器、250电阻三者串联起来，从而可以根据压差的大小决定所通过的电流大小，并将250电阻两端的电压传递给下一级仪表，作为下一级仪表的输入。3.2.2数字式变送器图3-7 数字式变送器结构示意图420mA检测单元（重量、转速、位移）网络通信A/D微机系统上微机接口D/A检测单元完成被测过程参数的信号输入，可直接与各种传感器连接。由于在变送器中

45、集成了微计算机，其处理功能较强，因而同时可配接多路检测通道。可使用单一传感器，以实现常规的参数检测；也可使用复合传感器，以实现多种传感器检测的信息融合。数字式变送器的核心是微处理器，因而要求各种信号在变送器内部进行交换和处理时均采用数字信号方式。微处理器的处理功能一般包括检测信号的线性化处理、量程调整、数据转换、系统自检以及网络通信等，同时还控制A/D和D/A单元的运行，实现模拟信号和数字信号的转换。在此基础上，可以根据实际应用的要求，增加与上位机的连接接口，亦可通过遥控单元或网络通信控制单元实现远程数据的传送。为提供与已有传统仪表和设备的连接能力，部分变送器还保留了420mA的联络信号，使输出的模拟信号和数字信号制式共存。数字式变送器结构示意图如图3-11所示。3.3显示单元下面介绍一种19寸上架平板显示器，如图3-8所示：图3-8 19寸上架平板显示器 表3-6 19寸上架平板显示器技术指标技术指标 技术参数产品名称 19寸工业显示器产品型号 FPM482-399-190前面 板航空铝合金面板、符合NEMA/IP56箱体结构 钢质表面喷塑处理/拉丝不锈钢安装方式 标准19寸上架安装电源输入 220V/50Hz面板颜色 黑色/计算机白/深灰皱（可选）机器尺寸