信号转换器的低功耗系统设计与应用

在煤炭开采行业内，井下的开采设备为了满足工矿自动化的需求也在快速的进行种类和数量的增加以及功能迭代。在目前阶段的井下综采控制系统内，诸多的设备需要组合为一套完整的系统，其主要包含井上的数据监控系统以及井下液压支架控制系统，井下液压支架控制系统内有成组的液压支架，另外每一组的液压支架又包含了标准型或网络型控制器，电源供给装置，各种智能传感设备，声光报警设备以及视频监控设备等，不同的设备采用的数据传输总线方案不同，有数字信号也有模拟量信号，这样要完成液压支架控制系统的数据采集，传输，计算整合，上传下发等就产生一定的困难。目前常用的单功能数据转换装置，其数据转换功能还是比较单一的，属于纯硬件转换，不能编程控制，这种转换器硬件电路部分复杂度高，功耗高。普通硬件转换器不仅仅功耗高还造成了设备布设的困难程度，为了解决上述问题本文重点论述了信号转换器的低功耗系统设计与应用，论述了信号转换器的低功耗设计方向，以及在液压支架控制系统中的信号转换功能及系统功能的分担，本文的信号转换器设计方案降低了硬件电路的复杂度和电路功耗，同时设计了可编程的低功耗动态控制算法，解决了液压支架控制系统中信号转换器高功耗的弊端，对进一步实现智能化低功耗开采具有深远意义。

目前随着智能化无人开采技术的广泛应用，各种智能化设备应用于液压支架控制系统，包括成组的液压支架，另外每一组的液压支架又包含了标准型或网络型控制器，电源供给装置，各种智能传感设备， 声光报警设备以及视频监控设备等[1]，但是不同的设备采用的数据传输总线方案不同，有数字信号也有模拟量信号，这样要完成液压支架控制系统的数据采集，传输，计算整合，上传下发等就产生一定的困难[2]。目前常用的单功能数据转换器，只是设计实现了矿井下数据转换的功能，但是其数据转换功能单一，功耗高[3] [4] [5]，且硬件系统集成度低，设备体积大。矿井下的开采环境非常复杂，作业环境非常恶劣，大部分设备都是无法从地面直接布设电缆进行供电的，矿井下的液压支架控制系统主要依靠矿井下专业的本安电源进行供电。出于安全规范的考虑以及矿井下布设安装的条件限制，本安电源具有体积重量以及容量的规范要求。信号转换系统在处理庞大的数据传输的功耗非常大，对本安电源造成了相当高的功耗压力[6] [7] [8]，这就导致了井下本安电源需要时常进行维护，增加了运营维护成本的同时也增加了作业安全风险。

因此，对于井下作业设备的低功耗设计非常重要，在目前业界普遍重点研究液压支架控制器的低功耗设计[9]，但是忽略了同样具有高功耗的数据转换器，因此对于信号转换系统的低功耗设计尤为重要。