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多层次总线下的煤矿安检设备系统设计 | |||||
作者:佚名 论文来源:本站原创 点击数: 更新时间:2008-11-26 | |||||
关键词:低压电力线栽波通信 pl3105c dpsk调制/解调 dsl8820 gsm/gprs 引 言 近年来,国内煤矿重大安全事故不断发生,尤其是中小煤矿情况更为突出,给国家、人民造成了重大损失。为此,国务院十分重视煤矿安全生产问题,不断加大行业管理力度,逐步形成量化监督管理模式,并相继成立“安全评价”部门机构.实现常年有序、真实有效及信息网络化管理.针对日前行业的发展需要,本方案为中小煤矿实现实时安全监管目标提供了必须的条件与手段。为减少布线的麻烦和投资,本方案中下行通道采用了先进的低压电力线扩频载波通信方式,以井下已布好的电缆作为通信介质进行数据传输。上行通道采用无线网路通信方式,报警记录通过gsm网以短消息形式传到预定手机,或通过gprs传到上级主管部门计算机以便对事故作出及时处理。 1 硬件结构设计 该煤矿安检设备的基本功能有:煤矿各工作面瓦斯浓度的实时采集记录并显示;瓦斯浓度超标报警;井下风速采集记录;负压(压力)记录;一氧化碳浓度采集记录;温度采集记录;水泵电机工作状态;风机工作状态;绞车工作状态;电源过压报警;失流报警;缺相报警;班次产量记录;开关量采集及设备控制;载波数据传输;gsm/gprs无线通信;参数设置;数据存储;电源自动切换管理以及系统自检等功能。该系统结构如图1所示。设备分为井下数据采集终端和地面数据集中器两部分。 2 采集终端设计 数据采集终端是用来采集、监测、控制井下设备状态并将数据记录上传给集中器的装置,可同时采集16路的开关量和16路模拟量,并经a/d转换形成数字量,安装在井下防爆箱内。它为各类传感器提供工作电源,并以rs485总线方式通信;与集中器间以载波通信方式进行数据交换。集中器间采用载波通信方式,集中器可定时或随时召唤井下各设备参数并存储。 井下数据采集终端总体功能结构如图2所示。 瓦斯传感器安装在井下各采煤工作面及巷道上,以采集不同点的瓦斯浓度。量程为o~4%ch4,供电方式采取采集器统一直流15 v供电,保障其安全性。当井下瓦斯浓度超标时,采集终端发出报警,报警灯不停闪烁的同时又诵讨语音报警以提示人员进行紧急撤离。同时监控室里的集中器也发出报警,提醒地勤人员采取紧急措施。另外,在报警同时打开风门及风机进行抽风,以降低瓦斯浓度。同样,当井下一氧化碳浓度超标也会发出报警。需注意的是,由于气敏传感器都有一定的使用寿命,因此最好一年更换一次传感器,以保障测量的准确性。 采集终端具有报警功能,当某一设备出现异常时,其对应led即出现闪烁状态,同时伴有语音报警。大多数同类设备与地面设备间的通信采用专线形式,其主要弊端是安装不方便且安全性不高,尤其对于井下分支较多的情况会更加麻烦。对于竖井,电缆常会因为罐笼撞帮而被挂断,出现维护困难的情况。本方案采用先进的低压电力线载波通信技术,由于电力电缆在矿井建成的同时就完成了布线,且防护做的很好,从而避免了线路维护的麻烦。另外,随井下掘进面向不同方向的扩展,电力电缆也会随着铺设好,因此不需要另外再铺设专线,只需将具有载波通信功能的传感器安装设置好即可。由于井下交流电源多为127v和220 v,因此在将载波信号耦合到高压电路上时必须做好隔离和防爆。本方案采用耐压680 v的聚多元脂电容器作为隔离器件。微处理器pl3105为51兼容,具有8/16位alu、2×16位adc,内部集成了电力载波通信模块,该模块是专为电力线通信网络设计的半双工异步调制解调器,载波通信的抗干扰能力很强。 数据集中器是放置在主控室用来汇集、监测井下设备运行状况、对异常情况进行报警及显示,并能上传的设备。同时,它还具有对地面绞车运行状况实时监控、计量提升煤罐次数并计算生产量的功能。数据集中器可同时管理多个井矿下的采集终端设备,采用大容量掉电非遗失数据存储器nvram,对井下各测量点数据可进行定间隔(1~60 mim可设)存储一个月的数据;可根据矿上生产情况设定班次及上下班交接时间,同时采集、计算并保存当前班、上一班、上上一班的生产量作为工人工作量核算的依据。采集方法是:在罐笼提升绞车电机进线上安装电压、电流互感器,利用绞车档位控制开关的空触点进行上下、档位的辨别,根据罐笼提升重量的变化导致电机输出功率的变化来判别出是空罐、上下人员还是煤罐。需注意的一点是:由于厂矿电压昼夜变化都较大,因此根据公式p=u×i可看出当电压变化时电流也随着变化,电流互感器感应电流也会随着变化,另外还会出现提升过程中罐笼撞绑导致感应电流瞬时过大的情况,也会有为防止罐笼过度摇摆出现危险而在提升过程中暂停(也叫稳绳)的情况。所以,在实际应用中对提升过程采集的信号经a/d转换后,还需要进行求平均值以及设置稳绳时间、空罐重量参数、正常罐重参数、超重报警参数等参数的设置。根据提升有效罐次乘以标准罐煤重量计算出当前班次的产量,到换班时间设备自动进行换班存储,将当前班次产量转存为上一班次,上一班次转存为上上班次,依次循环。对于小型煤矿,这样的产量统计方式可以避免因错计、漏计、少计的人为因素而导致矛盾的发生。 数据集中器中的程序也采用c5l语言编写,主要完成以下几个功能:①对每个班次的生产量进行计数、存储以及绞车运行状况的实时监测;②载波通信程序设计,设置定时中断,定时抄读所有终端所属设备的运行数据并存储,数据类型包括当前实时数据记录、日数据记录、月数据记录、报警记录及时间标识等,另外还具有设备参数设置程序等;③报警判断程序的设计;④键盘及液晶显示程序的设计,通过键盘可设置下属终端设备参数,包括瓦斯报警浓度、温度报警值、压力报警值、数据存储周期、班次交接时间等参数;⑤与计算机经本地串口进行串行通信。 pc机上的后台监控程序即图形界面用户应用程序,是通过vistlal c++开发环境编写的,采用串行口中断的异步通信方式实现与无线modem通信;后台数据库程序采用microsoft sql server 2000编写。 |
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