煤矿安全监控系统甲烷监控分站的研制

【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。 【关键词】：煤矿安全监控系统 甲烷监控分站 RS485 MODBUS通讯协议
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP277;F426.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题的背景及意义10
• 1.2 煤矿安全监控系统的现状及趋势10-11
• 1.3 煤矿安全监控系统的设计需求11-12
• 1.4 本文的主要工作及组织结构12-14
• 1.4.1 本文的主要工作12-13
• 1.4.2 本文的组织结构13-14
• 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14-30
• 2.1 煤矿甲烷监控系统组成结构14-16
• 2.1.1 系统概述14
• 2.1.2 系统主要功能及特点14-15
• 2.1.3 系统组成结构15-16
• 2.2 系统井下组成设备及功能16-22
• 2.2.1 系统井下组成部分16-17
• 2.2.2 KJ350-F 型监控分站17-18
• 2.2.3 KJ350-J 型传输接口18
• 2.2.4 KDW660/18 矿用隔爆兼本安型多路不间断本安电源18-19
• 2.2.5 GJC4（1）型矿用甲烷传感器19
• 2.2.6 GKT3L(1)型矿用设备开停传感器19
• 2.2.7 GUY10(1)型矿用水位传感器19-20
• 2.2.8 GWD50 型矿用温度传感器20
• 2.2.9 GFT50/42 型风筒风量开关传感器20
• 2.2.10 GFK30(1)型矿用风门开闭状态传感器20
• 2.2.11 KTG113 型矿用本安数据光端机20-21
• 2.2.12 DG1.5/127 型远程断电器21
• 2.2.13 JHH4 型矿用本安电路用接线盒21
• 2.2.14 KJ350-Z 型信号转换器21
• 2.2.15 KXH18 矿用本安型声光报警器21
• 2.2.16 FYF3 型遥控发送器21-22
• 2.3 监控分站功能需求分析22-29
• 2.3.1 监控分站简介22
• 2.3.2 监控分站的功能概要22-23
• 2.3.3 监控分站的功能分析23-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 煤矿甲烷监控分站的总体设计30-45
• 3.1 分站的硬件设计30-39
• 3.1.1 概述30
• 3.1.2 单片机部分30-31
• 3.1.3 液晶显示及状态指示部分31-34
• 3.1.4 电源隔离及转换部分34-36
• 3.1.5 RS485 通讯部分36-39
• 3.2 通讯协议的设计39-43
• 3.2.1 通讯概述39
• 3.2.2 通讯协议及说明39-43
• 3.3 分站的软件设计43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 煤矿甲烷监控分站的软件实现45-61
• 4.1 分站软件实现概述45-47
• 4.2 分站各功能软件的实现47-60
• 4.2.1 单片机的初始化47-50
• 4.2.2 EEPROM 的读写50-51
• 4.2.3 红外遥控解码功能51-53
• 4.2.4 串行通讯及命令解析功能53-57
• 4.2.5 分站的控制功能57-59
• 4.2.6 CRC 校验59-60
• 4.3 本章小结60-61
• 第五章 煤矿甲烷监控分站的功能性能测试61-68
• 5.1 分站的主要测试项目61
• 5.2 分站基本功能的检测61-63
• 5.3 风电甲烷闭锁及甲烷超限断电功能的测试63-66
• 5.4 误码率测试66-67
• 5.5 测试结论67-68
• 第六章 总结68-70
• 6.1 系统结构及特点68
• 6.2 系统的缺陷68-69
• 6.3 系统的改进方向69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-72
• 附录72-82

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