基于can总线的井下多参数监控系统的设计

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1、基于CAN总线的井下多参数监控系统的设计摘要：煤矿井下作业远离地面,地形复杂、环境恶劣、与地面人员间沟通不便。近年来,煤矿发生事故的数量在不断增加,如何加强安全生产,提高监测监控能力,处理好安全与产量的关系,如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测监控职能,有效进行矿工管理,安全高效运作,显得尤为重要和紧迫。因此，研制一种性能可靠、成本低的煤矿井下多参数智能监测系统非常必要。监测井下生产状况参数包括监测矿井空气中有害或危险成分、矿井空气物理状态、通风设备运行状态以及其他参数。一般监测对象包括瓦斯、风速、负压、温度、液位等。井下生产状

2、况参数监测的工作环境恶劣、监测点分散、监测种类多、测点数量大、通信距离远，并且对实时性和可靠性要求极高。本论文的实现采用当前流行的虚拟仪器技术实现上位机交互，并利用单片机成本低、集成度高、易于相互及与计算机通信等特点，开发了一种新型的井下多参数智能监测系统。关键词：井下多参数、监控系统、CAN总线、煤矿安全、智能监测1、课题的背景与意义煤矿生产是与国计民生密切相关的一个领域，其中，煤矿安全是煤矿生产的前提。煤矿安全问题不仅影响到社会经济，更关系到每个矿业人员的生命安全。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，2007年全国原煤产量

3、达25．23亿吨，比上年增长9．9％，比年2002增长78．3％，5年内净增11．08亿吨，这在中国和世界煤炭工业史上都是空前的，煤炭作为主要能源的格局在今后50年内不会改变。但长期以来，煤矿安全状况一直是制约煤炭工业发展的重要因素。特别是进入上世纪90年代以来，世界主要采煤国家的煤矿安全状况己得到根本好转，尤其是美国和澳大利亚煤炭工业事故伤亡率己低于其他工业行业，成为最安全的行业。相比较而言，我国煤矿总体安全水平不仅远落后于工业发达国家，且落后于不少发展中国家。据统计资料，2002年，美国煤矿产商品煤13．68亿吨，事故死亡人

4、数为36人；而我国产煤14．15亿吨，事故死亡人数高达6597人，是美国的183倍。到2007年，中国煤产量占世界的39％，而煤矿事故死亡人数占世界的80％以上，煤矿事故死亡率为美国的114倍。从总体上看，我国煤矿事故仍然较多，个别地区重、特大事故时有发生，煤矿安全生产隐患依然存在。除去人为因素，分析我国煤矿事故频发的客观原因，主要存在以下三点：1）煤层赋存条件差，瓦斯灾害严重。开采强度的不断增强，煤与瓦斯突出的危险性也在不断增加，突出危险区域也在不断扩大。2）地下水防治难度增大。近年来，随着煤矿开发生产的深度不断加大，水害产生

5、的条件、水害威胁的程度以及水害形成的机理都在发生着较大的变化，对分析并下突水的水源、导水通道和补给强度造成很大困难，从而增加了水害治理的难度。3）采、掘、机、运、通各大系统新技术与新设备开发相对滞后。大多数新技术与新设备处在摸索阶段，尚不成熟、不稳定。特别是井下设备监控系统的发展更是缓慢，无法适应越来越复杂的开采环境。本课题的任务就是实现对井下多参数控制系统的设计。监测井下生产状况参数包括监测矿井空气中有害或危险成分、矿井空气物理状态、通风设备运行状态以及其他参数，它为采煤作业提供安全的计术分析与参数。2、系统总体设计根据设计要

6、求，经过分析设计，井下多参数智能监控系统由监测分站系统、CAN总线通信系统、上位人机交互(监控计算机)以及煤矿安全专家系统(数据库查询服务器)组成。其系统结构图如图1所示。2.1监测分站系统监测分站系统采用高性能ATmega48单片机作为主控器件，外接多个瓦斯、位移、压力等传感器，经过外部模拟电路，送人单片机内置高精度A／D转换器，实现多路模拟量的实时采集，并通过CAN总线通信系统实现与上位人机交互的数据交换。另外，监控分机还可实现瓦斯、压力等参数超标时的井下声光报警，并根据上位人机交互命令进行相应的控制操作，有效避免事故的发生

7、。矿井监控系统，是应煤矿生产自动化和管理现代化的要求，为确保安全、高效生产，在便携式检测仪器、半固定式、固定式检测装置的基础上，应用遥测、遥控技术、监视及计算机的开发而发展起来的多种现代化技术装置组成的系统。对煤矿井上井下的有关气体、环境及有关生产环节的机电设备运行状态等进行检测、监视，用计算机对采集的数据进行分析处理，对设备局部生产环境或过程进行控制的一种安全管理系统。矿井监测监控系统不同于一般工业监控系统．与之相比有以下特点:1）电气防爆。系统在有瓦斯与煤尘环境的矿井下，其设备必须是防爆型。2）传输距离远。系统的传输距离至少

8、要达10km。3）网络结构宜采用树形结构。由于巷道为分支结构，且分支长度可达数千米。为便于系统安装维护，节约传输电缆，降低成本，宜采用树形结构。4）监测对象变化缓慢。监控对象为缓慢量，系统对传输速率要求不高。5）电网电压波动大。大型设备启动，影响电网电压。6）工