煤矿主排水泵房温度监测系统的设计

煤矿ｉ摊水泵　潞｝＿｝｛＝躲洲系统的没汁　电子质量（：（）１４　０５　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　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｔ’ＴｅｌｎｐｅｒａＩＩ１１’　Ｍｏｎｉｔｍ’ｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｍａｉｎ　Ｗｉｎ（　ｈ　Ｒｏｏｍ　ｉｎ　Ｃｏａｌ　Ｍ　ｉｔ１　高翔　，崔丽平　（１．山东科技大学电气ｌ　程　自动化学院，【【Ｊ力　｝　岛２６６５９０；２．岚山区住房和城乡规划建没局，Ｉ【ｌ尔ＩＩ照２７６８００）　Ｇａｏ　Ｘｉａｎｇ’，Ｃｕｉ　Ｕ－ｐｉｎｇ　Ｉ　Ｉ．　ｌｌｔ　【ｌｆ　Ｐｉｅｒ・ｔｒｉ＋一ａｌ　Ｐｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ａｌｌｌＯｌｌｌａｌｉｏｌ１．Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｉ　ＩＩｉＶＰＩｓｉｌ？，ｏｆ　Ｉｔ＋、Ｉ｜ａｎｄ　Ｔ　ｈｎｏｈ　．Ｓｈａｍｈｍｇ　Ｑｉｎｇ，Ｉ　２６６５９０：２　ｌａ，＋ｓｈａｕ　Ｉ‘ｏｎｓｌｒｕｉ。ｌｉｏｎ　ｈｌＪｒＰａｌｌ　ｏｆ　ｒＩｌｒａｌ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ｈ（，ｕｓｉｌＩｇ　ａｎｄ　ｕｒｂａｎ．Ｓｈａｍｈｍｇ　Ｒｉｚｈａｏ　２７６８００）　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ｆｌ＋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　ＭＡＸ６５７７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ＲＳ４８５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￥４８５总线　中图分类号：ＴＰ２９　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３—０ｌ０７（２０ｌ４）０５—００２５—０４　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｍａｉｎ　ｄ　ｒａｉｎａｇｅ　ｐｕｍｐ　ｒｏｏｍ　ｗａｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎ　ｍｉｎｅ　ｓａｆｅｔｙ．ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａ　ｓｅｔ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ　ｔｏ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｍａｉｎ　ｄ　ｒａｉｎａｇｅ　ｐｕｍｐ　ｒｏｏｍ　Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｅｄ　ｔｈｅ　ｍａｓｔｅｒ—ｓｌａｖｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ。ｄｉｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｗｏ　ｐａｒｔｓ．ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍａｓｔｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ｕｓｅｄ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ＭＡＸ６５７７　ｔｏ　ｃｏｌｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｏｆ　ｔｅｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕ　ｒｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄ　ｒａｉｎａｇｅ　ｐｕｍｐ　ｒｏｏｍ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍａｓｔｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕ　ｒｅ　ｄａ—　Ｉａ　ｏｆ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ．ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｅ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｓｐｌａｙ，ｏｖｅｒｒｕｎ　ａｌａｒｍ．ｒｅｃｏｒｄ　ｓｔｏｒｅ．ｅｔｃ　ＲＳ４８５　ｂｕｓ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｓｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ　Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ　ｓｔｒｕｃｔｕ　ｒｅ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ．ｓｍａｌｌ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｈｉｇｈ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｒａｉｎａｇｅ　ｐｕｍｐ　ｒｏｏｍ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｍａｓｔｅｒ—ｓｌａｖｅ　ｓｆｒｕｃｔｕｒｅ：ｄ｛ｇｆｆａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎ—　ｓｏｒ；ＲＳ４８５　ｂｕｓ　ＣＬＣ　ｎｕｍｂｅｒ：ＴＰ２９　Ｄｏｃｕｍｅｎｔ　ｃｏｄｅ：Ｂ　Ａｒｔｉｃｌｅ　ＩＤ：１００３—０１０７（２０１４）０５—００２５—０４　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ｌｌ，Ｊｌ￣ｆｌＪ地　的作用　．煤矿排水泵房一日Ｊ发生故　１系统的结构与功能　排水泵房温度监ｆｌＪｌｊｌ系统Ｈ１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ｆｉｌ司空内，ｒ－．嘤川＿十实　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　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｛ｕｊ－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：ｉｆ－：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ＣＰｔ　Ｊ通过埘模拟　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。　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（１９８８一）．　．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（２０１４第０５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　：　ｆ３１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ＲＳ４８５通信接口。　ＲＳ４８５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７５ＬＢＣ１８４作为电平转换芯片，同时采用　３个高速光耦６Ｎ１３７分别对ＲＳ４８５的接收、发送以及接　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１Ｏ　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ＤＳ１３０２。该时钟芯片采用串　ｌ４８５通信　＇＇　排　水　泵　房　值　班　监钡　上站　液晶显示　声光报警　行数据传输，使用３２．７６８Ｈｚ的晶振，时钟校准精确．同　时内部含有ＨＡＭ，掉电后还可保存时间数据。　ｆ５）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ＣＭ２４０１２８—１，该模块可同屏显示　汉字、ＡＳＣＩＩ码、变化曲线以及点阵图形等。排水泵房各　室　设置键　加键　减键　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　图１系统整体结构图　电器ＡＱＷ２１７Ａ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　４００Ｖ，同时可实现高速切换。　ｆ７）电源电路。设计中需要２个等级的直流电源：　１２Ｖ和５Ｖ。本系统采用本安电源将ＡＣ１２７Ｖ转换为　ＤＣ１２Ｖ，ＤＣＩ２Ｖ经开关电源稳压芯片ＬＭ２５７６—５．０转换　后，输出ＤＣ５Ｖ电压直接为主站ＣＰＵ供电。ＤＣ５Ｖ经过　ＤＣ—ＤＣ电源模块Ｂ０５０５Ｓ一１Ｗ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　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ＣＰＵ、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。　Ｉ　声光报警电路ｌ『＋　一　时钟电路　．｜－－＿一键盘输入电路　显示电路　一　ＣＰＵ　—　采集分站主要是完成对十个测点的温度测量，并与　ｌ电源电路卜＿　．一　通信电路　检测主站进行通信．从而完成温度数据的传输。分站　ＣＰＵ选用片内资源与标准８０５１单片机完令兼容的　ＳＴＣ１２Ｃ２０５２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１００￣Ｃ，因此，选用低　功耗的数字温度传感器ＭＡＸ６５７７作为各测点的温度检　图２检测主站结构框图　（１）ＣＰｔＪ。检测主站的ＣＰＵ任务比较复杂，需占用１６　个Ｉ／Ｏ口、一个串行通讯接口以及一个定时器／计数器，　因此ＣＰＵ选用抗干扰能力强，功耗低的ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ０８Ｓ２　型号单片机。该型号单片机内含有１２８０字节的ＲＡＭ和　８Ｋ字节的ＦＬＡＳＨ，内部集成有Ｅ　ＰＲＯＭ，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。　测传感器１５１。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ＣＰＵ通过控制１６选１　数字控制模拟开关芯片ＣＤ４０６７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ＬＭ２５７６—５．０将ＤＣｌ２Ｖ电源转换为ＤＣ５Ｖ电源，为　（２）键盘输入电路。键盘输入电路有设置键、加键和　减键　个按键，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。　温度传感器以及分站供电，同时对ＤＣ５Ｖ电源隔离后，　为通信模块供电。采集分站电路图如图３所示。　２６　蝶∥主摊水泵　温暖监测系统的没　电子质量【２０１４　０５　４　３　＝十５、，　Ｕ２　ｊ　．１３７…ｖ－３　　。＿＝±＝＿　２　’　ｎ　一Ｒ７　Ｕ１　、ＩＥ１　一　＇４　即　．　４　ｕ＿厂］　１　．Ｒ４　Ｔ…　＋５Ｖ　——…ｌ　Ｉ，　＋　ｌ　１９　８　－｛三一　星目吕　Ｕ　‘Ｕ３　（Ｎ１３７　４　ｕ　——１　１　３　　【ｌ３－　３　Ｒ　Ｒ）Ｄ　Ｔｄ）　Ｐ１　７　－　ｒ　１Ｏ　ｎ　６　１　兰　！　＿．＿　｜＾ｌＬ　５７７．３　！ｊ　！　０　ｌ　…　　。４　Ｐ１　６　１８　１７　１６　１１　１４　ｌ３　４　３‘　蔷；　＿＿　∞《　）　２　７　Ｕ　１８４　：Ｒ６　÷　Ｃ１　ＣＲＹ－Ｉ　　ｌｌ　口６　）ｎＡ１Ｉ，１　Ｐ　．４　１５　ＩＮｒ０　Ｐ　３　１４　８　ｌＯ　ｌ２　、Ｄ　ｒＳＳ　Ｉ　ＮＳ　妻　ｌ５　ＩＮＨ　Ｉ　ｒ　、。．厂Ｊ　≯　●　．Ｉ　Ｉｒ１　Ｐ３．５　Ｐ　２　１　１３　“　、　垒！　！！：　．Ｉ　＿　－ｌ－　　上Ｏ　Ｐｉ　０　１２　ｌｌ　一　ＣＤ４０６　７ＢＥ　　ＧＮＤ　Ｐ３　７　ＲＳ４８５　《∞　＿０５９ＺＭ　ＩＩ　１１．’　Ｕ４　’Ｖ　Ｔ　Ｄ１　Ｉ　１　　『、　Ｈ亚ＤＢＡａｌ（　４　，ｒ　Ｉ　——　Ⅵｎ　ＯＵＴ　．厂、，一、，一、，＾、　Ｅ３　（　＝　——　——　Ｌｌ　斗５Ｖ　Ｕ５　１　、一Ｂ（　ｉＯ５Ｓ－、　．Ｉ　３　Ｖ　艺　，、　——＝—　ＬＭ２５７６“　。　Ｉ　Ｖ　＋Ｒ　一，　Ｃ３　——　０　——　ｒ７１　＝　１Ｗ　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　首先，检测主站卜电后，主站ＣＰＵ进行卡７Ｊ始化：液　晶屏初始化，设置串口模式、波特率等通信参数　；然后　ＣＰＩ　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！ＰＲ（）Ｍ【｝１，以　便Ｉ４＇１￣人员查询故障测点的信息。ＣＰＵ　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　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　置完成后，设置的参数将会仔储到Ｅ！ＰＲ０Ｍ－ｆＩ＇　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　采集分站卜电后先进行分站ＣＰＵ卡ＪＪ始化：设　｝｛１　测，其程序流程图如罔５所示　ｌ　ｊ模式１，波特率为２　４００ｂ／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Ｈｊ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３５页　图４检测主站程序流程图　—■）　ＡＤＣ的酮端没计　电子质量（２０１４　０５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ＡＤＣ的使用者提供了　一ｔｏ　Ｓｗｉｔｃｈ—Ｃａｐａｃｉｔ０ｒ　ＡＤＣｓ．　【２１ＡＮ一７４２．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｓｐ￣）ｎｓｅ　ｏｆ　Ｓｗｉｔｃｈｅｄ—ＣａＰ—　ａｃｉｔｏｒ　ＡＤＣｓ．　个有刖的参考，适合所有类副的前端设计　【３１ＡＮ一９３５．Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ａｎ　ＡＤＣ　Ｔｒａｎｓｆｉｗｎｌｅｒ－（￣ｏｕｐｌｅｄ　Ｆｒｏｎｔ　参考文献：　【Ｉ】ＡＮ－ｇ２　７．Ａ　Ｒｅｓｏｎａｎｔ　Ａｐｌ，ｒｏａｃｈ　Ｉｏ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ　Ｅｎｄ．　动保仔后，若收到检测主站发来的温度请求命令则发送　已保存的最新温度数据，否则进入温度循环检测状态。ｌ　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。　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ｔｌｊ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：　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　【１］郅富标，毋虎城．基于ｓ７—２００　Ｐ１　Ｃ的矿井主排水自　动控制系统ＩＪ】．中州煤炭，２００９，（４）：ｌ５一ｌ６．　【２】卢超．分布式矿井温度监测系统的没ｉｔ［Ｊ１．煤炭科学技　术，２００７，３５（１２）：５１—５４．　【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，２０１０．　【４】郭华，马胜前．ＲＳ４８５接口芯片的介绍以及多机通讯的　实现『Ｊ１．甘肃科技纵横，２００６，３５（２）：３２—３３．　［５】田亮，刘鑫屏，苏杰．采用ＭＡＸ６５７７设计的多点测温系　统『Ｊ１．圈外电子元器件，２００３，（５）：９—１　０．　『６ｌ刘向举．基于ＣＣ２４３０的煤矿蚪下温度监洲系统ＩＪ１．煤　图５采集分站程序流程图　矿安全，２０１２，４３（１）：５　１－５４．　［７】陈电早，戴红梅，王丽丽，等．煤矿主井绞车房温度监测　４结语　煤矿主排水泵房温度监测系统在煤矿现场的应用　系统的设计ＩＪ１＿煤矿机械，２０１０，（８）：６３—６６．　【８］王华东，李世光，高正中．基于ＰＬＣ和ＷｉｎＣＣ的井下泵　房监控系统ｌＪ１．工矿自动化，２００７，（６）：５　ｌ一５２．　３５