煤矿安全监控系统甲烷监控分站的研制

论文摘要

随着我国经济的快速发展,煤炭能源的需求日益增大,带来的煤矿安全生产问题就日益突显,特别是每年都居高不下的甲烷爆炸事故,严重威胁着煤矿工作的生命安全,因此加强煤矿的安全生产,特别是加强生产现场环境的监控,对减少乃至避免煤矿生产事故的发生有着至关重要的作用。煤矿安全生产监控系统,主要是针对煤矿现场的甲烷浓度进行监控。在煤矿中,已经强制要求安装。煤矿安全监控系统的甲烷监控分站是系统的核心设备,不仅承担着与地面计算机进行数据交换的任务,还要对其下所配接的设备进行数据的采集。分站通讯功能的实现,是基于现场总线RS485及改进格式的MODBUS协议完成的。分站在硬件设计上通过RS485通讯驱动电路与单片机串口进行连接,在通讯方式上采用半双工,主从方式进行数据的交换。分站在工作前,由计算机发送数据对分站下的配接设备进行配置,分站根据配置对配接设备建立通讯,实现数据的交换。在此基础上,分站根据采集到的传感器数据,进行现场环境的判断,实现相应的设备控制功能。另外,分站在设计时,配有EEPROM存储器进行配置参数的存储,在异常断电后,恢复供电时,能即时正常地投入工作。本人在分站的研发过程中,主要负责分站的硬件设计,软件设计及通讯协议的设计。硬件的设计包括单片机及外围电路的设计,RS485通讯驱动电路的设计,分站显示模块的设计等。在嵌入式软件的设计上主要有RS485通讯功能的实现,通讯数据的采集与整理,传感器数据的判断及控制设备的控制功能。通讯协议方面,包括通讯协议的格式,数据内容的分配及系统功能的实现。目前本系统已经在煤矿生产现场使用,由于系统是以RS485通讯为数据交换手段,所以比起传统的监控系统,在布线,数据传输误差方面有较明显优势。基于甲烷监控分站的性能可靠,系统运行稳定,数据传输效率高,对现场环境的监测及时有效。对煤矿现场的安全生产,起到了一定的保障作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 煤矿安全监控系统的现状及趋势
• 1.3 煤矿安全监控系统的设计需求
• 1.4 本文的主要工作及组织结构
• 1.4.1 本文的主要工作
• 1.4.2 本文的组织结构
• 第二章 煤矿甲烷监控系统的组成结构与监控分站的功能需求分析
• 2.1 煤矿甲烷监控系统组成结构
• 2.1.1 系统概述
• 2.1.2 系统主要功能及特点
• 2.1.3 系统组成结构
• 2.2 系统井下组成设备及功能
• 2.2.1 系统井下组成部分
• 2.2.2 KJ350-F 型监控分站
• 2.2.3 KJ350-J 型传输接口
• 2.2.4 KDW660/18 矿用隔爆兼本安型多路不间断本安电源
• 2.2.5 GJC4（1）型矿用甲烷传感器
• 2.2.6 GKT3L（1）型矿用设备开停传感器
• 2.2.7 GUY10（1）型矿用水位传感器
• 2.2.8 GWD50 型矿用温度传感器
• 2.2.9 GFT50/42 型风筒风量开关传感器
• 2.2.10 GFK30（1）型矿用风门开闭状态传感器
• 2.2.11 KTG113 型矿用本安数据光端机
• 2.2.12 DG1.5/127 型远程断电器
• 2.2.13 JHH4 型矿用本安电路用接线盒
• 2.2.14 KJ350-Z 型信号转换器
• 2.2.15 KXH18 矿用本安型声光报警器
• 2.2.16 FYF3 型遥控发送器
• 2.3 监控分站功能需求分析
• 2.3.1 监控分站简介
• 2.3.2 监控分站的功能概要
• 2.3.3 监控分站的功能分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 煤矿甲烷监控分站的总体设计
• 3.1 分站的硬件设计
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 单片机部分
• 3.1.3 液晶显示及状态指示部分
• 3.1.4 电源隔离及转换部分
• 3.1.5 RS485 通讯部分
• 3.2 通讯协议的设计
• 3.2.1 通讯概述
• 3.2.2 通讯协议及说明
• 3.3 分站的软件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 煤矿甲烷监控分站的软件实现
• 4.1 分站软件实现概述
• 4.2 分站各功能软件的实现
• 4.2.1 单片机的初始化
• 4.2.2 EEPROM 的读写
• 4.2.3 红外遥控解码功能
• 4.2.4 串行通讯及命令解析功能
• 4.2.5 分站的控制功能
• 4.2.6 CRC 校验
• 4.3 本章小结
• 第五章 煤矿甲烷监控分站的功能性能测试
• 5.1 分站的主要测试项目
• 5.2 分站基本功能的检测
• 5.3 风电甲烷闭锁及甲烷超限断电功能的测试
• 5.4 误码率测试
• 5.5 测试结论
• 第六章 总结
• 6.1 系统结构及特点
• 6.2 系统的缺陷
• 6.3 系统的改进方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录