煤礦安全監(jiān)控分站的研究
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在煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中,井下監(jiān)控分站擔(dān)負著非常重要的作用。本設(shè)計研制的安全監(jiān)控分站,以微處理機AT89S52為核心,配置8路頻率量入口,與礦用傳感器連接,以采集各種測量數(shù)據(jù)。監(jiān)控分站的8路開關(guān)量輸出口與執(zhí)行器連接可實行自動斷電控制。監(jiān)控分站通過CAN總線與中心站計算機進行數(shù)據(jù)通訊,克服了傳統(tǒng)煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)總線的缺陷,能夠滿足礦井監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)控分站的要求。
監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計由地面中心站、網(wǎng)關(guān)節(jié)點站、分支中繼器、井下監(jiān)控分站和各種傳感器,以及通信介質(zhì)六部分組成。其中中心站負責(zé)接收、存儲和顯示從井下監(jiān)控分站傳來的各種井下生產(chǎn)環(huán)境安全監(jiān)控數(shù)據(jù),并通過各個井下分站發(fā)送各種配置命令和對現(xiàn)場設(shè)備的控制命令;網(wǎng)關(guān)節(jié)點站實現(xiàn)現(xiàn)場總線協(xié)議和中心站計算機標準接口協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換;分支中繼器在需要的地方完成通信線路的分支、中繼和介質(zhì)信號的轉(zhuǎn)換;傳感器負責(zé)收集各種現(xiàn)場環(huán)境安全監(jiān)控數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù);通信介質(zhì)負責(zé)安全監(jiān)控系統(tǒng)各設(shè)備的連接和信息的傳遞。整個監(jiān)控系統(tǒng)分三級結(jié)構(gòu)：中心站―井下分站―傳感器。傳輸介質(zhì)根據(jù)傳輸距離不同,可分段采用不同線纜,長距離用光纖不加中繼器,或用電纜加中繼器,短距離則可只用電纜不加中繼器。如果連接的節(jié)點總數(shù)大于110個,則也需加中繼器。圖1是帶有中繼器的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)組成原理圖。
圖1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖
圖2監(jiān)控分站硬件框圖
圖3 安全監(jiān)控分站軟件流程圖
安全監(jiān)控分站硬件結(jié)構(gòu)
井下安全監(jiān)控分站是安全監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)的核心,負責(zé)采集和處理現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)等方面的安全監(jiān)控數(shù)據(jù),并能實時地控制設(shè)備。同時它也是傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施,各種數(shù)據(jù)都要通過它與地面中心站進行通訊。圖2是監(jiān)控分站的原理圖。
在圖2中,二線制輸入電路和三線制輸入電路負責(zé)對來自傳感器的8路頻率信號(200Hz~1000Hz)進行整形,從而得到波形、電平規(guī)范的方波信號。光耦電路則主要負責(zé)信號的隔離,消除共模電壓的影響并遏制過程通道上的一些脈沖干擾,從而提高系統(tǒng)的信噪比。單片機通過多路選擇器(8選1開關(guān))定時巡檢8路信號,對得到的數(shù)字量進行判斷和運算,進而用得到的控制量,去自動控制繼電器的狀態(tài),從而實現(xiàn)對井下設(shè)備的控制。利用CH451L芯片驅(qū)動數(shù)碼管循環(huán)顯示8路信號的頻率、通道號、通道類型以及線路狀態(tài)等。CAN總線和RS-232總線把單片機根據(jù)主站命令采集的安全監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)傳給上位機。74HC373除了擴展片外RAM,以用來存儲歷史數(shù)據(jù)外,還進行了P0口擴展,從而使分站能夠根據(jù)主站發(fā)來的命令允許對繼電器的狀態(tài)進行手動控制。系統(tǒng)中的紅外接口,主要用來實現(xiàn)對分站的就地遙控、更改分站通道號,以及對單片機進行復(fù)位等。
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