煤矿安全生产监测系统设计.doc

1、摘 要煤炭是我们国家发展最主要的能源，在国民经济中占有重要的地位，同时我们国家也是当今世界上最大的煤炭生产国之一，所以煤炭的安全生产就显得尤为重要，而在这过程中，煤矿的安全生产监测监控系统就是煤矿安全生产的最重要的保障。本论文主要研究设计的煤矿安全生产监测系统是保障煤矿安全生产的主要途径。该系统设计主要包括井上中心站设计和井下监控分站设计。在本次设计中，设计的重点是井下监控分站的设计，有发数据输入通道、控制输出通道、键盘操作和液晶显示模块。本次设计采用8051单片机作为控制器。单片机对输入通道采集的开关量和模拟量信息进行分析处理后，经输出通道控制执行器动作。当输入信号超过预设定的报警值或断电动

2、作值时，进行声光报警或断电处理。键盘操作和液晶显示则可以实现人机交互。这样就可以构成一个典型集中管理分散控制系统。最后，通过实验验证所设计的分站可以实现数据采集、风电瓦斯闭锁、键盘操作和液晶显示等功能，从而实现实时监测与控制，满足煤矿井下井下安全生产的要求。关键词 ：监测监控系统；中心站；监控分站；安全AbstractCoal is the major energy of our country,occupies an important position in national economy,and our country is one of the worlds largest prod

3、ucers of coal, therefore, the safety of coal production is particularly important, in this process, the coal mine safety monitoring system is the most important safeguards. This thesis mainly design of coal mine safety production monitoring system is the guarantee and the principal way of coal mine

4、safety production.The system design mainly includes the central station design and inoue underground monitoring substation design.In this design, the focus of the design is the design of the underground monitoring substation, some data input channels, the control output channel, keyboard and LCD dis

5、play module. It includes data input channel, output channel , keyboard and LCD display . This design uses 8051 SCM as the controller. SCM analyzes and processes digital and analog information acquired by input channel, and then control actuator movement through the output channel .When the input inf

6、ormation exceeds a preset alarm value or power action value, sound alarming or power handling. Keyboard and LCD are an important part of human-computer interaction. This can constitute a typical centralized management and decentralized control system.Finally, the experimental verification of the des

7、igned sub-station can realize data acquisition, control output wind power gas locking, keyboard and LCD display and so on, Achieving real-time monitoring and control and meeting safety requirements of underground coal mine production. Key words ：Monitoring system ；Central station；Monitoring sub-stat

8、ion ；Safety II目 录1 绪论11.1 煤矿安全生产监测系统发展现状11.1.1 监测系统历史发展现状11.1.2 我国目前监测系统的现状21.2 目前安全监测系统存在的主要问题21.3 煤矿安全生产监测监控系统的组成31.3.1 地面中心站41.3.2 井下分站 51.3.3 传感器与控制器61.4 安全监测监控的相关规定62 煤矿安全生产监测系统设计的总体方案 82.1 煤矿监测监控系统82.1.1 监控主机92.1.2 矿用监控系统传感器92.1.3 监控分站102.1.4 矿用现场总线122.2 井下监控分站的系统设计要求和目标 142.3 煤矿安全生产监测监控系统设计的主

9、要内容153 监测监控系统的硬件设计与选型163.1 井上监控主站硬件选型163.1.1 地面监控中心要求163.1.2 地面监控中心设备配置173.2 井下监控分站设备选型 183.2.1 单片机选型 183.2.2 传感器选型223.3 井下监控分站硬件模块设计313.3.1 主控制电路313.3.2 电源模块323.3.3 传感器开关量输入通道模块343.3.4 模拟量压频转换模块373.3.5 控制输出模块383.3.6 拨码地址模块393.3.7 声光报警模块403.3.8 按键控制模块403.3.9 液晶显示电路413.4 矿用现场总线选型423.4.1 现场总线分类及选型423.

10、4.2 现场总线智能节点433.4.3 CAN总线通信建立过程444 监测监控系统的软件设计454.1 井下分站系统软件总体结构设计454.2 软件抗干扰措施464.3 软件设计平台484.3.1 软件介绍484.3.2 新建工程494.4 监控分站程序设计494.4.1 初始化软件程序504.4.2 开关量输入检测程序514.4.3 开关量输出程序514.4.4 模拟量输入检测程序524.4.5 通讯程序534.4.6 显示器程序544.4.7 拨码开关程序544.4.8 CAN总线智能节点程序555 技术经济分析566 结论与展望576.1 结论576.2 展望57致 谢59参考文献60附

11、录A译文62附录B外文文献 701 绪论1.1 煤矿安全生产监测系统发展现状煤炭产业在国民经济中占有重要的地位，是我国的支柱产业之一，而煤矿的安全生产是煤炭产业健康有序发展的重要保证。在煤矿安全生产中，影响煤矿安全生产的因素有很多，归结起来，主要包括：煤矿环境参数和用电设备的运行参数。无论环境参数或用电设备的运行参数任何一个出现异常，都会影响到煤矿的安全生产。为了对这些参数进行有效地监测和控制，需要采用煤矿安全生产监控系统。煤矿安全监测监控系统主要是监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、温度、风门状态、风筒状态、风窗状态、局部通风机开停、主要通风机开停、工

12、作电流、工作电压等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等功能。1.1.1 监测系统历史发展现状煤矿最早关注的项目便是对煤矿井下的危险源进行实时监测和预警。国外研制煤矿安全生产监测监控系统始于上世纪60年代,随着信息和传输技术的进步,至今己经有四代产品。监控系统的发展阶段根据信息传输方式的不同，可划分:第一代为空分制传输方式,即用一对传输电缆来对一对测点之间的信息进行传输,例如上世纪60年代法国的CTT63/40系统;第二代为频分制传输,即按频率来划分传输信道,传输电缆的芯线大大减少了,例如西德H+F公司研制的TF-20O系统;分布式微处理器技术的应用与时分制传输方式是第三代系统的主

13、要标志。由于时分制传输方式具有抗干扰能力强和通信规格比较严格的特点,使得煤矿安全生产监测监控技术的发展上了一个大台阶,英国的MINOS和美国的DAN640O系统是这一代的典型产品;第四代煤矿安全生产监测监控系统，随着飞速发展的通信、网络和自动化技术,使得集成性、开放性和网络化成为的主要特征，其典型产品有加拿大渗透里昂600型、KJ90、KJ66等系统。自上世纪末以来,一些采煤国家综合利用自动化及机电一体化技术,研发了煤矿井下综合监测监控系统,使监测、控制、通信融于一体,并且兼容多种专用监测监控系统的功能,对煤矿井下环境参数和用电设备运行参数进行自动化监测和控制。同时也实现了对煤矿安全生产过程中

14、的自动化和集约化,覆盖煤矿井下各生产环节及其辅助环节。1.1.2 我国目前监测系统的现状我国煤矿安全生产监测监控技术起步较晚，始于20世纪80年代初期。20世纪80年代初，我国先后从美国、英国、德国、法国和加拿大等国引进了一批安全监控系统（如美国的SCADA系统、英国的MINOS系统、德国的TF-200系统、法国的CTT63/40/系统、加拿大的森透里昂系统），装备了部分煤矿并在我国煤炭行业中发挥了巨大作用。我国在引进国外监测监控系统的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ14、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等

15、监控系统，并在我国煤矿已大量使用。比如常州自动化研究所研制的KJ2监测监控系统、北京航空部634所研制的KJ14系统等都于20世纪80年代末通过了鉴定。进入上世纪90年代后,我国又一批具有世界先进水平的监测监控系统研制出来了,如煤炭科学研究总院重庆分院设计的KJ90系统、上海嘉利矿山电子公司开发的KJ92系统、煤炭科学研究总院常州自动化研究所的研发的KJ95系统等,其主要特点是将网络连接的功能加入了进去,进一步提高了煤矿井下监控分站的智能化水平等。随着电子技术、计算机软件和硬件技术的快速发展，我们国家又相继推出KJ101、KJF2000、KJG2000等监测监控系统。同时在“以风定产、先抽后采、监测监控”的方针及煤矿生产安全规程等有关规程的指导下，明确规定了我国所有瓦斯矿井必须安装煤矿监测监控系统。根据多年来的应用实践表明,煤矿安全生产监测监控系统对煤矿安全生产和管理起到了举足轻重的作用。事实证明，煤矿安全生产监测监控系统在煤矿的安全生产中是极其重要的应用。1.2 目前安全监测系统存在的主要问题 煤矿安全监测监控系统满足了机械化采煤的需要，但这些系统存在着控制功能差、通用性差、性能价格比低等问题，这既不符合监测与控制并重、硬件通用、软件兼容、现场总线监控与多媒体技术应用的发展趋势，又不满