摘要:主要介绍一种适用于中小型煤矿安全生产与监测设备的设计方案。该设备能够实时采集。监测井下工作面的瓦斯浓度。一氧化碳浓度。风速。压力。温度等重要数据和风机。水泵。绞车和电机的开停状态,具有对交流电源的过压。失流。缺相及各种异常。危险情况的报警功能;另外还具有对班次产量的统计和数据存储功能。系论文网统采用低压电力线载波通信及GSM/GPRS无线通信技术进行数据的传输。

关键字:低压电力线栽波通信PL3105CDPSK调制/解调DSl8820GSM/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15V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。

巷道风量的测量采用矿用智能风量传感器,其测量范围为风速0。3～15m/s;坑道断面积小于30m2;允许误差小于+0。3m/s;重复性误差读数值+1％;输出信号为200～1000Hz/5～15Hz或4～20mA/1～5mA;工作电压为Dc15v;工作电流小于60mA;换能器工作频率为140～150kHz。经A/D转换(或v/F转换)后,可测得其通风量的大小,以了解井下空气质量等。

由于井下到处都是易燃的煤,因此,当温度过高时极易发生自燃的情况;由于井下燃烧为不完全燃烧,因此会产生大量的一氧化碳。上述情况会导致井下人员的一氧化碳中毒,当遇到明火时还会产生爆炸。因此井下温度的测量很重要,尤其对于那些井下较干燥的矿井显得更加必要。本方案中采用美国DalIas公司的增强型单总线数字温度传感器DSl8B20,它仅需一根口线与单片机连接,其测温范围为一55～+125℃,精度高,可编程分辨率为9～12位,对应温度分辨率为O。5～O。0625℃。该传感器还具有用户可编程温度报警设置,在12位分辨率时最多在750ms内可将温度值转换为数字量。根据现场情况可安装多个温度测量点以监控井下温度的变化。

井下巷道均由钢架或木架支撑,为防止冒顶。坍塌等危险情况造成人员重大伤亡和财产损失,井下需要实时巡检巷道压力情况,并及时整修。因此,在承重架下安装压力传感器实现压力应变的实时监测,可及时检测到出现的险情,从而能够避免重大事故的发生。

井下设备大多为防爆型设备,因此价格较一般同类型非防爆设备高许多。当出现过压。失流。缺相或三相不平衡等情况时,常会烧坏电机造成停产,从而造成重大的损失。为尽量杜绝或减少出现此类状况后造成损失,在电机进线上安装精密的电压。电流互感器,实时监测电压电流的变化。当出现非正常变化时及时报警,超出预定值时自动断开电源以保障设备的安全。

井下设备的工作状态是否正常对安全生产非常重要,因此对风机。水泵。绞车等重大设备工作状态的监测是采集终端的另一重要功能。实时监测这些设备的二次触点等开关量,然后经光电隔离。整形。限流电路接到单片机端口,单片机可根据这些开关状态来判定设备的工作状态。另外,主控室还可通过集中器向采集终端下发某设备工作状态命令。

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