煤矿主排水泵房温度监测系统的设计.pdf

煤矿 i 摊 水泵 潞}_} { = 躲洲系统的没汁 电子质 量 ( ： ( ) 1 4 0 5 1 『』 ] 绿色质量观 察 煤 矿 主 排 水 泵 房 温 度 监 测 系 统 的设 汁 I ’ he De s i g n o t ’ Te l n p e r a I I 1 1 ’ Mo ni t m’ i n g Sy s t e m o f M a i n W i n ( h Ro o m i n Co a l M i t 1 高翔 ， 崔丽平 ( 1 ． 山东科技大学 电气 l 程 自动 化学 院， 【 【 J 力 } 岛 2 6 6 5 9 0 ； 2 ． 岚山区住房 和城 乡规划建 没局， I 【 l 尔 I I 照 2 7 6 8 0 0 ) Ga o Xi a n g’， Cui U- p i n g I I ． l l t 【 lf P i e r t r i + 一a l P n g i n e e r in g a n d a l l lO lll a l io l 1 ． S h a n d o n g I I I i V P I s il ?, o f I t +、 I | a n d T h n o h ．S h a mh mg Q i n g ,I 2 6 6 5 9 0 ： 2 l a,+ s h a u I ‘o n s l r u i 。l i o n h l Jr P a ll o f r I l r a l p l a n n i n g h (, u s i l Ig a n d u r b a n ． S h a mh m g Ri z h a o 2 7 6 8 0 0 ) 摘 要 ： 鉴于煤 矿 主排水泵房在矿井 安伞中的重要地 位 ． 没汁了一套适刖 于煤矿 主排 水泉房 的温度监测 系统 。 系统 采f l +j 主从 式结构 ，分 为检 测 主站和 采集分 站两 部 分 采 集分站 选用 数字 式温度 传感 器 MA X 6 5 7 7对排 水袋房 中 个测点的温度信号进行分时采集和处理 榆测 主站实时接收 分站的濉J 叟数据 ． 【 lJ ‘ 实现温度显示 、 超限报警 、 记录存储 等功能： 主站 J 分站之间的数据传输采用 R S 4 8 5总线系统结 构简 ，维修量小， 可靠性高， 具有很好的推广价值， 关键词 ： 排水泵房 ； 温度监测 ； 主 从式结 构 ； 数字式 温度传感器 ； R $ 4 8 5总线 中图分类号 ： T P 2 9 文献标识码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 3 — 0 l 0 7 ( 2 0l 4 ) 0 5 — 0 0 2 5 — 0 4 Ab s t r a c t ： I n v ie w o f c o a l m in e ma i n d r ain a ge p u m p r o o m wa s i mp or t a n t in m in e s a f e t y ．de s ign e d a s e t o f t emp er a t u r e mon it o r in g s y s t e m wh i c h wa s a pp l ica b l e t o c o al m in e ma i n d r ain a ge pu m p r o o m Th e s y s t e m us e d t h e ma s t e r —s la v e s t r u c t u r e 。 div ide d in t o t wo pa r t s．c ollec t ion de t e c t i o n ma s t e r s t a t io n a n d s u bs t a t io n Co l le c t i o n s u b s t a t i o n u s e d di g i t a l t emp er a t u r e s en s or s MAX 65 7 7 t o c o l le c t t h e s ign a l o f t e n t e mp e r a t u r e m e a s u r i n g p o i n t s of t h e d r a i n a ge pu mp r o o m De t e c t i o n mas t e r s t a t io n r e c eiv e d r e a l —t im e t e mpe r a t u r e da — I a o f s u b s t a t i o n．wh ic h c o u le r e aliz e t h e t e m p er a t u r e dis pla y ， o v e r r u n ala r m ． r e c or d s t o r e．e t c R S4 8 5 b u s wa s ad o p t e d t o c o mmun ic a t e t h e ma i n s t a t i o n a n d s u b s t a t i o n s Th e s y s t em’S s t r u c t u r e i s s i mple． s mall a mo u n t o f main t en a n c e ， h i g h r e l ia bi lit y，h as go o d p op u l a r iz a t ion v a lu e Ke y wor d s ： dr ain a ge pu mp r o om； t e m p e r a t u r e mo n i t o r in g； ma s t e r — s l a v e s f r u c t u r e ： d{gff al t e m p e r a t u r e s en — s o r ； R S4 8 5 b u s C L C n u mb e r ： T P 2 9 D o c u me n t c o d e ： B A r t i c l e I D： 1 0 0 3 — 0 1 0 7 ( 2 01 4 ) 0 5 — 0 0 2 5 — 0 4 0引言 煤矿井下排水泵房是煤矿排水系统的重要组成部 分 ， 也足保障煤矿安全的重要场所 ， 主要起着将煤矿井 下积 水及l l ,J l~f lJ 地 的作用 ． 煤 矿排水泵房一 日 J 发 生故 障 ， 将 直接影响煤矿排水系统的正常运行 ， 严重 町致重 大的生， ： 安全事故． ． 对排水泵房中重要测点的温度监测 是保障煤矿排水系统安全的一项重要组成部分I “ 。 日前， 内大多数煤矿在针对排水泵房中各重要测 点的温度监测方法 l ，仍依靠人_ T 定时测量的方法 ， 此 方法操作繁琐 、I 作憧大， 而 日 ． 测量效果不佳 C -t - x ,／I 述 方法存住的缺陷， 本文设计了一套适用于煤矿主排水泵 房的温度监洲 系统 ， 系统采f } J 自动化技术实现温度的实 时监测和预警， 使排水系统安伞、 町靠地运行。 1系统的结构与功能 排水 泵房 温度监f lJl lj 系统 H 1 检测 丰站 干 采集 分站 I 部分组成I! I ， 系统整体结构如同 l 所示 检测主站安装在 蚪下排 水泵房f il 司 空 内，r -． 嘤川 _十实 时判断采集分站各测点的温度是 超过报警仇= 若彳 丁 ； lJ! lj 点的温度超过报警值 ， 则进行声光报警 ， 并 {u j- 爪温度超 限以及测点的故障信息 ， 及时提 1 作人员采取杆l 心措 施 检测主站仔储故障的温度信 0 便于 I ： fi -： 人员对敞 障进 行查询 以及设置报警参 数 采集分站位于排水泉房【 } j ， 分站的 C P t J 通过埘模拟 开哭电路的控制， 实现对 卜 个测点温度信 h ,j ~ J - u , t 采集， 并实时处理各测点的温度数据．采集分站 接I 列检测 主站的温度清求命令后， 发送各测点最新的温度数据 作者简介 ： 翔( 1 9 8 8 一 ) ． ． 在渎硕 上研究生 ． 主要研究疗向为一动愉测躲控 系统 集成 电子质量 ( 2 0 1 4 第0 5 期) 煤矿主摊水泵房温度监铡系统的设计 r 一一一 一一 一一一 一一 一一一 一一 一一一 一一 一一 一一一 一一一 一一 一一一 一一 ‘一 一一一 ‘一 一一 一一一 一一 一一 ； 排水泵房 ： 温 度检测传感 器 l卜 - _ 温 _ - 1 温度检测传 感器6 温度检测传感器2卜 一 度 _ - 1 温度检测传感器7 温度 检测传感 器3} _ 一 监 测 _ _ 1 温度检测传 感器8 温度检测传感器4卜 一 分 _ _ 1 温度检 传感器9 温度检测传感器5卜 一 站 _ _ 1 温度检淤 传感器1 O l4 8 5 通信 排 监钡 上站 水 泵 液 晶显示 声光报 警 房 值 班 室 设置键 加键 减键 图 1 系统整体结构图 2系统硬件设计 2 ． 1 检测 主站的硬件设计 检测 主站 的硬件主要包括 C P U、键盘输 入电路 、 通 信电路 、 时钟电路 、 显示电路、 声光报警电路以及电源电 路I ， 检测主站的结构如图 2所示 。 声 光 报 警 电 路 l+ 一 ．|-- _ 一 键 盘 输 入 电 路 I 『 时钟电路 一 C P U — 显示 电路 l电 源 电 路 卜 _ ． 一 通 信 电 路 图 2 检 测主 站 结构框 图 ( 1 ) C P t J 。 检测主站的 C P U任务比较复杂， 需占用 1 6 个 I ／ O口、 一个串行通讯接口以及一个定时器 ／ 计数器， 因此 C P U选用抗干扰能 力强 ， 功 耗低的 S T C 1 2 C 5 A 0 8 S 2 型号单片机。 该型号单片机内含有 1 2 8 0字节的 R A M和 8 K字节的 F L A S H， 内部集成有 E P R O M， 专用复位电路 以及看门狗电路 ， 减少了系统外设， 提高了系统的稳定 性和抗干扰能力。 ( 2 ) 键盘输入电路。键盘输入电路有设置键、 加键和 减键 个独立按键 ，用于设置各测点的温度报警值 、 修 改时钟以及查询故障记录。 26 f 3 1 通信电路。主站和分站的数据交换量较小， 因此 通信电路采用在工业领域应用广泛的 R S 4 8 5 通信接 口。 R S 4 8 5 接口部分采用结构简单 ， 具有瞬变电压抑制功能 的差分收发器 7 5 L B C 1 8 4 作为电平转换芯片， 同时采用 3个高速光耦 6 N 1 3 7分别对 R S 4 8 5的接收、 发送以及接 收 ／ 发送控制信号进行隔离 ， 提高了通信的可靠性㈨ 。 ( 4 ) 时钟电路。 时钟电路用于记录各测点发生温度故 障的时问，以便工作人员对故障产生的原因进行分析。 系统选用接口简单、 可进行数据记录 、 且具有涓细电流 充电能力的实时时钟芯片 D S 1 3 0 2 。该时钟芯片采用串 行数据传输 ， 使用 3 2 ． 7 6 8 H z 的晶振 ， 时钟校准精确 ． 同 时内部含有 H A M， 掉电后还可保存时间数据。 f 5 ) 显示电路。显示电路是检测主站的重要组成部 分 ， 其液晶显示模块为 C M 2 4 0 1 2 8 — 1 ， 该模块可同屏显示 汉字 、 A S C I I 码、 变化曲线以及点阵图形等。排水泵房各 测点温度正常时显示实时 的各测点 温度 ， 而在检测 出温 度故障时 ， 显示故障的温度信息。 ( 6 ) 声光报警电路。 声光报警电路采用了双路光电继 电器 A Q W2 1 7 A作为驱动模块。 该型号继电器比电磁继 电器允许的开关次数多， 使用时间长， 负载侧电压叮达 4 0 0 V， 同时可实现高速切换。 f 7 ) 电源电路 。设计 中需要 2个等级的直流电源 ： 1 2 V和 5 V。本系统采用本安电源将 A C 1 2 7 V转换 为 D C 1 2 V， D C I 2 V经开关电源稳压芯片 L M 2 5 7 6 — 5 ． 0转换 后 ， 输出 D C 5 V电压直接为主站 C P U供电。D C 5 V经过 D C — D C电源模块 B 0 5 0 5 S 一 1 W 隔离后， 为通信电路的电 平转换芯片供电。 2 ． 2采集分站 的硬件设计 采集分站主要是完成对十个测点的温度测量， 并与 检测主站进行通信 ．从而完成温度数据的传输。分站 C P U选用 片内资源与标准 8 0 5 1单片机完 令兼 容的 S T C1 2 C 2 0 5 2型号单片机。 由于系统测量精度要求不高， 而且排水泵房中各测点( 主电机前后轴 、 减速机前后轴 以及液压油站等) 的温度值都低于 1 0 0 ~ C， 因此 ， 选用低 功耗的数字温度传感器 MA X 6 5 7 7 作为各测点的温度检 测传感器15 1 。 分站对各测点的温度传感器供电， 传感器的 输出端即可产生与温度有关的频率值 ， 分站经计算后即 可得到各测点的温度数据。分站 C P U通过控制 1 6选 1 数字控制模拟开关芯片 C D 4 0 6 7来完成对十路温度频 率信号的分时采集嘲 。分站电源部分采用开关电源稳压 芯片 L M2 5 7 6 — 5 ． 0将 D C l 2 V电源转换为 D C 5 V电源， 为 温度传感器以及分站供电，同时对 D C 5 V电源隔离后 ， 为通信模块供电。采集分站电路图如图 3所示。 蝶∥主摊水泵 温暖监测系统的没 电子质量 【 2 0 1 4 0 5 4 3 =十 5 、 ， U2 j 1 3 7_ = = _ n 一R 7 、I E1 一 4 ．即 ． 4 u _ 厂] 1 ． R 4 T ⋯ — —⋯I ， + l 8 {三一 - — 兰 ! _ ．|_ ⋯v -3 。 2 ’ U1 r ^ lL 5 7 7 ． 3 ‘U3 l 6 1 ! j (N 1 3 7 R - n 星 目 吕 + 5 V 3 R ) D P1 7 1 9 1 O 1 8 1 1 4 蔷； __ U 0 4 u — —1 1 l 4 T d ) P 1 6 1 7 1 4 3‘ 3 【 2 ⋯ 。 1 6 l 3 ∞《 ) l 3 l 6 ) n 1A I ，1 P ．4 D r 妻 ! 7 U 1 8 4 1 5 l 2 、 S S IN S - I Nr 0 P 3 1 4 l 5 ： R 6 I I r 1 P 2 I N H I “ 、 垒 ! ! ! ： r 、。．厂 J l 8 1 1 3 ● ． I C 1 - l - O 1 2 C D 4 0 6 7 B E C R Y口 l O P 3 ． 5 Pi 0 ll 一 ．≯ 上 G N D P 3 7 _ - I R S 4 8 5 I I 1 1 ．0 5 9 Z M ’ 《 ∞ U4 _ 、 4 ’ V D 1 H亚DBAal( T I 1 斗 5 V U5 『 Ⅵ n Ll ， r I O U T ． 厂 、 ， 一 、 ， 一 、 ， ^ 、 1 、一、 I 3 V ，、 ．I V 艺 — — = — —— +R C 3 0 E3 ( B ( iO 5 S - 1 W 一 —— r7 1 = = — — ， — — L M2 5 7 6“ 。 — — GND 。 图 3 采集 分站 电路 图 3系统软件设计 排水泵房温度监测系统的软件设计是由榆测 主站 的软件设计以及采集分站的软件设计两部分组成的 、 3 ． 1 检 测主站的软件设计 检测 主站 是排 水泵房温度监测 系统 的重要组 成部 分 ， 主要完成 对各测点 温度数据的 分析与判断 ， 并在 各 洲点温度值超限时， 及时做H { 预警． 、主程序流程图如图 4所示 图 4 检 测 主站 程序 流程 图 首先 ， 检测 主站 卜电后 ， 主站 C P U进 行 卡 7 J 始化 ： 液 晶屏初始化 ， 设置串口模式 、 波特率等通信参数 ； 然后 C P I J 读取存储器中的各测点温度报警值， 并通过发送 度请求命令向温度监测分站索要不 地址的温度数 ； 将各测点设定的报警值与接收的温度数据进仃比埘， 特 测点温度超限则启动声光报警， 显示故障测点的温度价 息，并将此时的温度值和时问值存储在 E ! P R ( ) M【 } 1 ， 以 便 I 4 1 ~ 人员查询故障测点的信息。 C P U 序动态扫描没 置键是否按下 ， 若按下则进 人参数没置状态． 液品脐显 示 个选项 ： 故障查询、 修改报警值以及修改时钟，I 作 人员 町根据 实际需要进 行选择以及进行下一步操作 设 置完成后 ， 设置的参数将会仔储到 E ! P R 0M- f I j 再次 按下 设置键 时 ， 将返 回温度循环显示状态I i ． 3 ． 2采集分站的软件设计 采 集分站 主要完 成对排 水泵房 中符测点 的濉 度测 ，并配合检测 主站 完成对整个排 水泵房测点的 度 监 测 ，其程序 流程 图如罔 5所示 采集 分站 卜电后 先进行 分站 C P U卡 J J 始化 ：设 } { 1 l j 模式 1 ， 波特率 为 2 4 0 0 b ／ s ， 看 门狗溢f { I 时问为 3 川 2 5 秒 ； 系统初 始化完成后 ， 自动选取通 道 l 的地址 ， 调H j 采 集频率子程序， 调用温度计算子程宁 ， 完成对第 1个测 点温度的采集 、 计算 以及保存 ； 然后选取通道 2 的地址， 调用采集频率子程序， 调用温度计算子程序． 完成埘第 2个测点温度的采集 、 计算以及保存； 依次 采集 、 计算 得到 十个测 点 的温 度数据 ， 并 自下转 3 5 页 —■) A D C的酮端没计 电子质量 ( 2 0 1 4 0 5 期) 日标 ， 并按照优先顺序进行排列， 这将 为前端设计及拓 扑结构的确定指明方向 本文为 A D C的使用者提供了 一 个有刖的参考， 适合所有类副的前端设计 参考文献： 【 I 】 AN- g 2 7 ． A R e s o n a n t A p l , r o a c h I o I n t e r f a c i n g Amp l i f i e r s 动保仔后， 若收到检测主站发来的温度请求命令则发送 l已保存的最新温度数据 ，否则进入温度循环检测状态。 分站后一次读取的温度数据将刷新前一次读取的温度 数据， 以保证温度数据的实时性。 择通道l 用采集频率信号子程序 用温度计算子程序 择通道2 用采集频率信号子程序 用温度计算子程序 图 5 采 集分 站程 序流 程 图 4结语 煤矿主排水泵房温度监测系统在煤矿现场的应用 t o S wi t c h —Ca p a c i t 0 r ADCs ． 【 2 1 AN 一 7 4 2 ． F r e q u e n c y D o ma i n R e s p ~ ) n s e o f S w i t c h e d — C a P — a c i t o r ADCs ． 【 3 1 A N 一 9 3 5 ． D e s i g n i n g a n A D C T r a n s fi w n l e r - ( ~ o u p l e d F r o n t En d ． 提高了煤矿检测仪器的总体智能化水平 ， 减轻 了现场 I 作人员的检修丁作量 ， 有效地减少了煤矿凶排水系统故 障引起的安全事故。现已在t l j 东裕隆集团某煤矿运行， 现场运行反应 良好 ， 对煤矿安拿生产起到一定的积极作 用 ， 具有很好的应用前景 。 参考文献： 【 1 ] 郅富标， 毋虎城． 基于 s 7 — 2 0 0 P 1 C的矿井主排水 自 动控制系统I J 】． 中州煤炭， 2 0 0 9 ， ( 4 ) ： l 5 一 l 6 ． 【 2 】 卢超． 分布式矿井温度监测系统的没i t [ J 1 ． 煤炭科学技 术， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 1 2 ) ： 5 1 — 5 4 ． 【 3 】 赵杰． 基于无线传输的主井绞车温度临测系统设计【 【 ) 】 ． I 东： 山东科技大学， 2 0 1 0 ． 【 4 】 郭 华， 马胜 前． R S 4 8 5 接 口芯 片的介绍 以及多机通 讯的 实现『 J 1 ． 甘肃科技纵横， 2 0 0 6 ， 3 5 ( 2 ) ： 3 2 — 3 3 ． [ 5 】 田亮， 刘鑫屏， 苏杰． 采用 MA X 6 5 7 7设计的多点测温系 统『 J 1 ． 圈外电子元器件， 2 0 0 3 ， ( 5 ) ： 9 — 1 0 ． 『 6 l 刘向举． 基于 C C 2 4 3 0的煤矿蚪下温度监洲系统I J 1 ． 煤 矿安 全， 2 0 1 2 ， 4 3 ( 1 ) ： 5 1 - 5 4 ． [ 7 】 陈电早， 戴红梅， 王丽丽， 等． 煤矿主井绞车房温度监测 系统的设计I J 1 _ 煤矿机械， 2 0 1 0 ， ( 8 ) ： 6 3 — 6 6 ． 【 8 ] 王华东， 李世光， 高正中． 基于 P L C和 Wi n C C的井下泵 房监控系统l J 1 ． 工矿 自动化， 2 0 0 7 ， ( 6 ) ： 5 l 一 5 2 ． 3 5