煤矿安全监控分站的研究
在煤矿瓦斯监控系统中,井下监控分站担负着非常重要的作用。本设计研制的安全监控分站,以微处理机AT89S52为核心,配置8路频率量入口,与矿用传感器连接,以采集各种测量数据。监控分站的8路开关量输出口与执行器连接可实行自动断电控制。监控分站通过CAN总线与中心站计算机进行数据通讯,克服了传统煤矿监测监控系统总线的缺陷,能够满足矿井监控系统对监控分站的要求。
监控系统结构
整个煤矿安全监控系统设计由地面中心站、网关节点站、分支中继器、井下监控分站和各种传感器,以及通信介质六部分组成。其中中心站负责接收、存储和显示从井下监控分站传来的各种井下生产环境安全监控数据,并通过各个井下分站发送各种配置命令和对现场设备的控制命令;网关节点站实现现场总线协议和中心站计算机标准接口协议的相互转换;分支中继器在需要的地方完成通信线路的分支、中继和介质信号的转换;传感器负责收集各种现场环境安全监控数据和设备运行状态数据;通信介质负责安全监控系统各设备的连接和信息的传递。整个监控系统分三级结构：中心站―井下分站―传感器。传输介质根据传输距离不同,可分段采用不同线缆,长距离用光纤不加中继器,或用电缆加中继器,短距离则可只用电缆不加中继器。如果连接的节点总数大于110个,则也需加中继器。图1是带有中继器的煤矿安全监控系统组成原理图。
图1 煤矿安全监控系统组成框图
图2监控分站硬件框图
图3 安全监控分站软件流程图
安全监控分站硬件结构
井下安全监控分站是安全监控监测系统的核心,负责采集和处理现场生产环境和设备状态等方面的安全监控数据,并能实时地控制设备。同时它也是传输系统的关键设施,各种数据都要通过它与地面中心站进行通讯。图2是监控分站的原理图。
在图2中,二线制输入电路和三线制输入电路负责对来自传感器的8路频率信号(200Hz~1000Hz)进行整形,从而得到波形、电平规范的方波信号。光耦电路则主要负责信号的隔离,消除共模电压的影响并遏制过程通道上的一些脉冲干扰,从而提高系统的信噪比。单片机通过多路选择器(8选1开关)定时巡检8路信号,对得到的数字量进行判断和运算,进而用得到的控制量,去自动控制继电器的状态,从而实现对井下设备的控制。利用CH451L芯片驱动数码管循环显示8路信号的频率、通道号、通道类型以及线路状态等。CAN总线和RS-232总线把单片机根据主站命令采集的安全监控监测数据传给上位机。74HC373除了扩展片外RAM,以用来存储历史数据外,还进行了P0口扩展,从而使分站能够根据主站发来的命令允许对继电器的状态进行手动控制。系统中的红外接口,主要用来实现对分站的就地遥控、更改分站通道号,以及对单片机进行复位等。
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