煤矿井下智能式个体防护装备设计.pdf

2015年第40卷第4期
能源技术与管理
Vol 40 No 4
Energy Technology and Management
doi:10.3969/isn.1672-9943.2015.04.053
煤矿井下智能式个体防护装备设计
李卫龙,周孟颖,张灿明
(安徽省煤炭科学研究院火灾热害研究中心,安徽合肥230001)
[摘要]针对目前煤矿井下个体降温装备存在的热舒适性问题,设计了一种智能式煤矿个
体防护装备。温度传感器检测測降温服表面的温度是否在舒适温度范围内,通过系统
核心控制芯片调节直流电机的电压,从而达到调节供冷量,使人体处于最佳舒适温
度的环境中。该系统的设计简单实用,能较好地提高煤矿井下工作人员的高温保健
水平。
[关键词]煤矿井下;个体防护装备;智能式降温
[中图分类号]TD79*3[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2015)04-013702
0引言
据不完全统计,全国已有130多对矿井采掘
工作面夏季风流温度达到30℃以上,部分矿井
甚至达到38℃。热害问题不仅影响矿井生产产
量,而且严重影响了矿工的身心健康2。
目前煤矿通用的降温措施分为两种,一种是
集中降温措施,通过管道将地面制冰站制成的冰
水混合物输送到工作面,将冰水混合物的冷风吹
进工作面让工作面降温。但是此方法一般只为采
煤工作面降温,井下其他地点无法覆盖;另外该集
循环泵热交换冰水袋
中降温成本高昂,设备成本高,设备维护使用费用
也高,因此煤矿井下集中降温措施并不可取。另一
背心
背包
种则为降温服,作为个体防护装备,其装备、使用、
回调速电源
维护成本比集中降温措施具有很大优势,另外降
温服不受条件制约,可覆盖全矿各个地点、岗位,
提高煤矿井下工作人员的高温保健水平。因此设
图1背包式降温服结构图
计一种适合井下工作人员穿着的降温服有重要意
义
2调速系统硬件设计
1降温服设计
降温服循环水泵所使用的电机为直流永磁式
电机。永磁式直流电机转速计算公式为:
煤矿井下智能式个体防护装备是基于背包式
n=(U-/R)
降温服设计而成。背包中的蓄冷袋通过冷水向降
K
温服输送冷量,使人体皮肤表面的温度维持在
式中:n为电机转速,rmin;U为电枢电压,V;
定的范围内,管道输送的冷水速度在于管道循环为电枢电流,A;R为电枢回路的电阻,2;K为
泵的转速,循环泵转速慢,冷水流动速度就慢,供电机常数。
冷速率小;循环泵转速快,冷水流动速度就快,供
式中、R为变量,由此可以得到电机的两种
冷速率大。因此想要控制降温服的温度,只要控制调速方法。第一种是改变直流电机的电枢电压来
循环泵的转速。
调速,第二种是电枢回路串电阻调速。通过综合分
背包降温服结构如图1所示。
析比较,本设计选用第一种调速方法即改变电枢
2015年8月
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李卫龙,等煤矿井下智能式个体防护装备设计
2015
电压週速方法。
的,通过控制开关调节PWM占空比,从而调节人
改变电枢电压釆用PWM波通过三极管控制体舒适温度,系统记录此温度,而后系统根据降温
电枢电压的方式实现调压。调压电路如图2所示。服表面的温度变化自行调节电机转速来维持此温
度在一定范围内波动。系统软件流程如图4所示。
开始
R
了定気了か
电机转动
D1
2A2222
3m点
EXTA
次温度
控制开关门査」、温度在舒适登PwM古空比
调节
温度(±29:)
调节
↓是
记录舒适
图2PWM调压电路
系统采用型号为 Atmega I6的AVR单片机做
图4系统软件流程
主控制芯片,该芯片具有预分频器和比较功能的
8位定时器/计数器,可以根据传感器反馈自动调4实验结果及总结
节PWM波占空比,实现直流电机给定电压调节,
系统经过软件仿真与调试,多次试验后得到
达到调节直流电机转速的目的,系统硬件框图如某人体的舒适温度为18.2℃,系统记住的温度为
?3所示。
18.2℃,经过1h,测试得的数据如表1所示。
表1智能降温设备试验数鋸
+8V鲤电池
时间/min101520253035404.55055
环境温度/℃:37.237.337.237.237.237.137.137.237.137.1
7805
降温服温度
18.419.518.117.918.618.418.518.917.817、7
单
周压电路イ直流电机
通过以上测试数据,可知系统能较可靠地将
机
Atmcw: 16
降温服表面的温度控制在稳定的设定范國内,系
外
温度传感器
降温服
统简单可靠。
[参考文献
控镧关
(舒适濫度调节)
L1]梁国治,周孟颖,张奋奋.矿用降温服的研及热舒适
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图3系统硬件框图
2]周孟颖,冯立品,梁国治.矿用降温服性能试验研
系统采用+8V锂电池作为供电电源,通过
究[J].安徽理工大学学报:自然科学版,2012(2):2
7805芯片转换为+5V给单片机供电,同时通过
4
PWM调压电路给直流电机水泵供电,通过控制3]李卫龙,金林,青.带式输送机红外温度保护系
PWM信号的占空比调节直流电机的电压,从而控
统[J].煤矿机械,2010(08):164-166.
制其转速+5。电机转速慢,则冷水流动速度慢,供
4]张强,梁秀霞,赵羽使,等.基于模糊自整定PID的连
冷量小,降温服表面温度高;电机转速快,则冷水
续退火炉温度控制系统[Jj.自动化技术与应用,2014
流动速度快,供冷量大,降温服表面温度低。由于
(8):29-3
5]陈欣欣.基于AVR单片机的直流电机PWM调速系统
每个人的个体差异,个体感觉舒适温度也不尽相
设计[J].科技致富向导,2014(8):257-258
同,因此本设计可以通过控制开关调节舒适温度。
[作者简介]
3软件设计
李卫龙(1985-),男,实习研究员,硕士研究生,毕业于
安徽理工汇大学,研究方向为智能降温.
系统软件是基于人体舒适度个体差异而设计
「收稿日期:2015-04-17