矿用防爆柴油机防爆试验台测控系统设计研究.pdf
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1、2023 年第 9 期2023 年 9 月矿用防爆柴油机具有成本低、动力足、续航里程长等优点,目前仍是胶轮运输车辆的主要动力,国内井下 90%以上矿用胶轮运输车辆采用矿用防爆柴油机作为动力。矿用防爆柴油机的设计和使用必须符合GB/T 38362021 爆炸性环境 、MT 9902006 矿用防爆柴油机通用技术条件 和 煤矿安全规程 的有关规定。为了满足现有矿用防爆柴油机的防爆性能检测要求,建设一套试验功率范围广、自动化程度高的防爆试验台十分必要1。该防爆试验台测控系统主要针对矿用防爆柴油机设计防爆性能试验、外特性试验、负荷特性试验、万有特性试验及表面温度试验等2试验项目。煤矿采掘机械装备国家工
2、程实验室专门设计研究了矿用防爆柴油机防爆试验台,该试验台是目前国内试验能力最大、技术最先进、功能最齐全的矿用柴油机防爆试验平台。1试验台测控系统设计1.1测功器的选择及主要测量参数技术指标该测控系统可以对矿用防爆柴油机的防爆性能试验、外特性试验、负荷特性试验、万有特性试验、排放试验、表面温度试验等性能试验项目进行自动控制3。在试验过程中,该系统可以对矿用防爆柴油机的各检测参数进行实时采集和显示,根据试验要求工况自动控制矿用防爆柴油机的转速和扭矩。该系统与配气系统、火焰监测系统连锁,一方报警,同时停止工作,还可以自动记录存储试验数据,试验后自动生成曲线和报表4。该系统采用交流电力测功器。交流电力
3、测功器是基于交流电机四象限控制技术的新型测功器,是一种当前技术最为先进、具有高效能量回收功能的发动机加载试验设备,最大测功功率 410 kW,最高转速 3 300 r/min5;选用西门子 S120 变频驱动系统,由电源模块、逆变模块、有源滤波及控制系统组成,额定功率 410 kW,额定电流 510 A。测控系统主要测量参数技术指标如表 1 所示。1.2硬件系统设计系统硬件框图如图 1 所示。收稿日期:2023-01-11基金项目:矿用胶轮运输装备安全准入分析验证实验室基金项目(发改投资 2018 1371 号)作者简介:李鹏辉,1988 年生,男,山西长治人,硕士,工程师,主要从事矿用防爆柴
4、油机认证及研究工作。矿用防爆柴油机防爆试验台测控系统设计研究李鹏辉1,2(1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西 太原 030032;2.煤矿采掘机械装备国家工程实验室,山西 太原 030032)摘要:矿用防爆柴油机作为煤矿辅助运输车辆的主要动力袁 其安全性能十分重要遥 根据 MT 990要2006 叶矿用防爆柴油机通用技术条件曳 中对矿用柴油机防爆试验的要求袁 设计了矿用防爆柴油机防爆试验台的测控系统遥 该系统不仅可以满足防爆试验要求袁 还可以对柴油机进行多种性能试验遥 重点分析了该试验台测控系统的硬件和软件组成尧 功能尧 原理尧防爆性能试验以及关键技术等遥关键词:防爆柴油机曰 交流电
5、力测功系统曰 测控系统中图分类号:TD684文献标志码:A文章编号:2095-0802-(2023)09-0170-03Design of Measurement and Control System of Explosion-proof Test Bench forMine Flameproof Diesel EngineLI Penghui1,2(1.Taiyuan Institute,China Coal Technology and Engineering Group,Taiyuan 030032,Shanxi,China;2.China NationalEngineering Lab
6、oratory for Coal Mining Machinery,Taiyuan 030032,Shanxi,China)Abstract:Mine flameproof diesel engine is the main power of coal mine auxiliary transportation vehicle,so its safety performanceis very important.Based on the requirement for mine flameproof diesel engine test in MT 9902006 The General Te
7、chnicalCondition of the Flameproof Diesel Engine for the Mine,measurement and control system of explosion-proof test bench for mineflameproof diesel engine was designed.The system can not only satisfy the requirement of explosion protection test,but alsoconduct a variety of performance tests on dies
8、el engines.The composition of hardware and software,function,principle,explosion-proof performance test and key technologies of the measurement and control system of the test bench were mainly introduced.Key words:explosion-proof diesel engine;AC electric power dynamometer system;measurement and con
9、trol system(总第 216 期)实践运用1702023 年第 9 期2023 年 9 月表 1测控系统主要测量参数技术指标注:F.S.即 Full Scale,满量程;Pt100 为铂热电阻。该系统硬件部分主要由数据采集模块、PLC 模块、油门执行器、油耗仪、温控装置、变频器、交流电力测功器测控设备和工控机组成6。变频器由电源模块、逆变模块、有源滤波模块及控制系统组成,与 380 V,50 Hz 交流电网相接,经断路器、主接触器、网侧电抗器、回馈用自耦变压器接入电源模块(整流/回馈单元),然后通过公共的直流母线,经逆变模块(逆变/整流单元)向下与测功器联接。变频器通过对测功器的驱动控
10、制实现对被试发动机的加载;在测功器呈电动机运行状态时,从电网取得能量,电机驱动;在测功器呈发电机状态运行时,电机从发动机取得能量转化为电能,向电网回馈符合并网要求的交流电。多路数据采集模块包括:1)4 个 8 路压力传感器专用模块,共 32 个通道,数据采集频率 100 Hz,将压力传感器安装在模块内,通过气体管路与测量点联接;2)1 个 16 路通用接口模块,共 16 通道,数据采集频率10 Hz,用于大气温度、大气湿度、大气压力以及被试发动机台架轴承温度监控及其他模拟量参数的采集,通过通用航空插头与传感器联接;3)1 个 16 路 Pt100温度测量采集模块,共 16 个通道,数据采集频率
11、 10 Hz,用于各点的温度测量,通过航空插头与传感器联接;4)1 个 16 路热电偶测量模块,共 16 通道,数据采集频率 10 Hz,用于被试发动机排气温度等的测量。1.3软件部分设计矿用防爆柴油机测控系统软件在 Windows XP/Win7环境下运行,采用 C+Builder 开发环境。C+Builder开发环境功能强大,非常适合矿用防爆柴油机测控系统软件的应用,适用于柴油发动机性能试验和数据处理。软件操作方便、功能完备、使用灵活,软件设计完全按照软件工程标准开发,并采用面向对象的程序设计方法7。测控系统软件运行平台以西门子控制模块 D425 为核心,配备主流工控机,通过变频柜实现对被
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