煤礦安全監控分站的研究
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在煤礦瓦斯監控系統中,井下監控分站擔負著非常重要的作用。本設計研制的安全監控分站,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,以采集各種測量數據。監控分站的8路開關量輸出口與執行器連接可實行自動斷電控制。監控分站通過CAN總線與中心站計算機進行數據通訊,克服了傳統煤礦監測監控系統總線的缺陷,能夠滿足礦井監控系統對監控分站的要求。
監控系統結構
整個煤礦安全監控系統設計由地面中心站、網關節點站、分支中繼器、井下監控分站和各種傳感器,以及通信介質六部分組成。其中中心站負責接收、存儲和顯示從井下監控分站傳來的各種井下生產環境安全監控數據,并通過各個井下分站發送各種配置命令和對現場設備的控制命令;網關節點站實現現場總線協議和中心站計算機標準接口協議的相互轉換;分支中繼器在需要的地方完成通信線路的分支、中繼和介質信號的轉換;傳感器負責收集各種現場環境安全監控數據和設備運行狀態數據;通信介質負責安全監控系統各設備的連接和信息的傳遞。整個監控系統分三級結構：中心站―井下分站―傳感器。傳輸介質根據傳輸距離不同,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。如果連接的節點總數大于110個,則也需加中繼器。圖1是帶有中繼器的煤礦安全監控系統組成原理圖。
圖1 煤礦安全監控系統組成框圖
圖2監控分站硬件框圖
圖3 安全監控分站軟件流程圖
安全監控分站硬件結構
井下安全監控分站是安全監控監測系統的核心,負責采集和處理現場生產環境和設備狀態等方面的安全監控數據,并能實時地控制設備。同時它也是傳輸系統的關鍵設施,各種數據都要通過它與地面中心站進行通訊。圖2是監控分站的原理圖。
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、電平規范的方波信號。光耦電路則主要負責信號的隔離,消除共模電壓的影響并遏制過程通道上的一些脈沖干擾,從而提高系統的信噪比。單片機通過多路選擇器(8選1開關)定時巡檢8路信號,對得到的數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,從而實現對井下設備的控制。利用CH451L芯片驅動數碼管循環顯示8路信號的頻率、通道號、通道類型以及線路狀態等。CAN總線和RS-232總線把單片機根據主站命令采集的安全監控監測數據傳給上位機。74HC373除了擴展片外RAM,以用來存儲歷史數據外,還進行了P0口擴展,從而使分站能夠根據主站發來的命令允許對繼電器的狀態進行手動控制。系統中的紅外接口,主要用來實現對分站的就地遙控、更改分站通道號,以及對單片機進行復位等。
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