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基于DSP的井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：戴麗張剛文檔來(lái)源： 1．南陽(yáng)防爆電氣研究所 2．全國(guó)防爆電氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月12日
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《電氣防爆》2O09，2 基于DSP的井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29
基于DSP的井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
l
戴麗 ，張剛
(1．南陽(yáng)防爆電氣研究所，河南南陽(yáng)473008；
2．全國(guó)防爆電氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，河南南陽(yáng)473008)
[關(guān)鍵詞】DSP；監(jiān)控系統(tǒng)；本質(zhì)安全
[摘要]在分析目前國(guó)內(nèi)礦用監(jiān)控系統(tǒng)及井下工作站概況的基礎(chǔ)上，提出采用DSP實(shí)時(shí)
監(jiān)測(cè)礦井瓦斯、煤塵參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)參數(shù)超限時(shí)的自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)控制及通信功能。
[中圖分類(lèi)號(hào)】TIY／6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A [文章編號(hào)]1004—9118(2009)02—0029—03
Design on a M onitored Control System Used in Coal Mille Based Oil DSP
DAI“ ．ZHANG tang
(1．Nanyany Exp~io,Proteaed Elearical Research Institute，Renan Nanyang 473008，
2．Nat／ona／Technical Commiueefor Staadardiz~n ofExplosion Proteeed El~dcal@~aus，Henan Nanyang 473008)
Key words~DSP ；monitored control system ；intrinsic safety
Abstract：On the basis of analyzing the general situation of domestic monitoring system for mines
and underground workstation system，this article provides a method：adopt DSP to monitor the explosive
gas and dust parameters instantly，when any parameter is out of the limit，automatic alarm，control and
eommunieating function are proceeded．
O 引言
礦井監(jiān)控系統(tǒng)是指對(duì)煤礦瓦斯、風(fēng)速、一氧化
碳、煙霧、溫度等環(huán)境參數(shù)和礦井生產(chǎn)、運(yùn)輸提升、
排水等環(huán)節(jié)的機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控
制，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理并取得數(shù)據(jù)的一種系
統(tǒng)，一般由傳感器和執(zhí)行器、信息傳輸裝置、中心
站、井下分站以及計(jì)算機(jī)軟件等幾部分組成。本
文主要介紹一種基于DSP的礦用本安型工作站
的總體設(shè)計(jì)方案。該硬件電路由以TMS320C5000
為核心的控制板組成；軟件部分的主要程序有數(shù)
據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)濾波程序、遙控顯示子程序、斷
電控制及風(fēng)、電、瓦斯閉鎖程序等。同時(shí)，在軟、硬
件設(shè)計(jì)時(shí)均采取了有效的抗干擾措施，保證電路
本質(zhì)安全，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下安全生產(chǎn)的監(jiān)控。
l 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體思路
數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，是一種專(zhuān)用的綜合
性微處理器，能夠高速輸入和輸出數(shù)據(jù)，專(zhuān)門(mén)處理
以運(yùn)算為主的信號(hào)處理應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用DSP技
術(shù)的礦用本安型監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)增加工作站容
量，提高工作站的響應(yīng)速度、精確性及拓展功能，
并具有可操作性、可維護(hù)性以及提高原有系統(tǒng)工
作效率等優(yōu)點(diǎn)。為此，系統(tǒng)工作站的總體方案應(yīng)
圍繞本質(zhì)安全和減少硬件電路的復(fù)雜程度進(jìn)行設(shè)
計(jì)，充分發(fā)揮系統(tǒng)CPU優(yōu)勢(shì)。根據(jù)礦井監(jiān)控系統(tǒng)
的要求，應(yīng)在濾波采集單元的配置設(shè)計(jì)中，采用多
塊A／D采集板并聯(lián)運(yùn)行，因此系統(tǒng)硬件選用
TMS320C5000通用低功耗DSP芯片，能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)
32路模擬量的同步采集、高速轉(zhuǎn)換及相關(guān)的各種
運(yùn)算，并以16位數(shù)字量輸出。系統(tǒng)工作站的硬件
設(shè)計(jì)方案如圖1所示。
為了提高DSP的采樣和傳輸速率，軟件采用
c語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程，充分利用DSP的中
斷資源，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集與處理。當(dāng)參數(shù)值滿足
風(fēng)電瓦斯閉鎖條件時(shí)，DSP發(fā)出控制指令切斷相
應(yīng)的電源設(shè)備并閉鎖；當(dāng)遙控開(kāi)始時(shí)，DSP根據(jù)遙
控器的操作指令，修改相應(yīng)的參數(shù)。當(dāng)上位機(jī)呼
叫工作站時(shí)，工作站按要求傳送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)有
液晶顯示和通訊指示電路，以方便用戶查看通訊
[收稿日期】2OO9—04—02
[作者簡(jiǎn)介]戴麗，女，1983年生，2008年畢業(yè)于焦作礦院，主要從事防爆電氣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作。
基于DSP的井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 《電氣防爆> 2009，2
狀態(tài)。
田1 硬件設(shè)計(jì)方案圖
2 軟件開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)
八路開(kāi)入量
系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集處理程
序、顯示程序以及風(fēng)電瓦斯閉鎖程序等。各部分
程序是在Code Composer Studio環(huán)境下開(kāi)發(fā)，CCS
具有數(shù)據(jù)可視化、實(shí)時(shí)DSP環(huán)境、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換
(RⅡlx)等特點(diǎn)，克服了其他開(kāi)發(fā)環(huán)境不能共享數(shù)
據(jù)、要求開(kāi)發(fā)者不停地在不同的應(yīng)用間切換等局
限性，完全可以滿足復(fù)雜的DSP。
2．1 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序控制
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接到啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)后，開(kāi)始轉(zhuǎn)
換第一個(gè)通道的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣時(shí)間的延遲
后，將采樣結(jié)果放入轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器保存。轉(zhuǎn)換
結(jié)束。設(shè)置標(biāo)志，等待下一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換
程序應(yīng)首先考慮處理過(guò)程如何與模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間
相匹配，由于 I 320VC55oo系列DSP芯片內(nèi)的
AID轉(zhuǎn)換精度是lO位的，轉(zhuǎn)換結(jié)果的低lO位為
所需數(shù)值，所以在保留時(shí)應(yīng)注意將結(jié)果的高6位
去除，取出低10位有效數(shù)字。
2．2 液晶顯示模塊的控制
控制液晶屏幕顯示需要加入庫(kù)led．1ib以及
頭文件Icd．h。下面給出led．1ib的控制液晶屏幕
的接口函數(shù)及其功能描述：LCDSetOrigin( ￡nx，
hat nY)：重新設(shè)定新原點(diǎn)的位置，I1)【、nY為新原點(diǎn)
的坐標(biāo)。初始時(shí)默認(rèn)原點(diǎn)為(O，O)，即屏幕左下
角o LCDSetSorcenBufer(unsigned int*一pSereenBuffer)：
設(shè)置屏幕緩沖區(qū)指針，緩沖區(qū)為1 024字，所
有向屏幕進(jìn)行的寫(xiě)操作都要先把數(shù)據(jù)寫(xiě)到緩沖區(qū)
內(nèi)，緩沖區(qū)位置需要在編程時(shí)預(yù)先設(shè)定，通常開(kāi)辟
一個(gè)長(zhǎng)度為128*3O的一維數(shù)組。
2．3 風(fēng)電瓦斯閉鎖子程序
作為礦用設(shè)備重要的安全措施之一，煤礦安
全規(guī)程規(guī)定局部扇風(fēng)機(jī)和掘進(jìn)工作面的電氣設(shè)備
必須安裝風(fēng)電閉鎖裝置，以保證局扇停風(fēng)，掘進(jìn)工
作面電氣設(shè)備的電源也隨之停電。為此，設(shè)計(jì)風(fēng)、
電、瓦斯閉鎖子程序LOCK完成上述功能。設(shè)計(jì)
工作站模擬量2、3、4口和開(kāi)關(guān)量l、2口工作于風(fēng)
電瓦斯閉鎖狀態(tài)，模擬端口4接局扇風(fēng)機(jī)處的瓦
斯傳感器，模擬端口3接掘進(jìn)工作面回風(fēng)流中的
瓦斯傳感器，模擬量端口2接掘進(jìn)工作面瓦斯傳
感器，開(kāi)關(guān)量l口接局扇開(kāi)停，開(kāi)關(guān)量2口接風(fēng)筒
傳感器。相關(guān)定義如下：SWITCH：開(kāi)入量狀態(tài)，
SWITCH^0=0，風(fēng)機(jī)停，SWITCH 0=l，風(fēng)機(jī)開(kāi)；
SWITCH^1=0，風(fēng)筒中的風(fēng)速低于規(guī)定值，
SWlTCH^O=1，風(fēng)筒中的風(fēng)速高于規(guī)定值；CON．
TIROL：斷電儀控制信息，8端口模擬量依次對(duì)應(yīng)的
8個(gè)斷電儀。
程序流程如下：
圖2 風(fēng)、電、瓦斯閉鎖流程田
3 工作站本質(zhì)安全設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)需要，依據(jù)國(guó)標(biāo)GB 3836．4—200O
要求，將工作站電路設(shè)計(jì)為本質(zhì)安全防爆型式。
檢測(cè)系統(tǒng)工作站的電路都是本質(zhì)安全型。本質(zhì)安
全型是指在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，正常工作和規(guī)定
的故障條件下產(chǎn)生任何電火花或任何熱效應(yīng)均不
能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。對(duì)于煤礦
井下的場(chǎng)所，要求工作站的本安等級(jí)達(dá)到ia等
級(jí)。
設(shè)計(jì)的礦用工作站是與原KJ93型礦井安全
生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)配套使用的，工作站本身不帶電，配
<電氣防爆 基于DSP的井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)="基于DSP的井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)" _x005F_x0033_1="31" _x005F_x0031_2="12" v="v" 電容值計(jì)算="電容值計(jì)算" R="0損壞時(shí)(正常選擇使用6．8" 最大24="最大24" V允許使用15="V允許使用15" 線可知最大可用5="線可知最大可用5" 電感值計(jì)算="電感值計(jì)算" A時(shí)允許使="A時(shí)允許使" 用170="用170" 本電路所用電感為470="本電路所用電感為470" _x005F_x0034_="4" 結(jié)束語(yǔ)="結(jié)束語(yǔ)" 井下工作分站系統(tǒng)是安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的重要組="井下工作分站系統(tǒng)是安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的重要組" 參考文獻(xiàn)="參考文獻(xiàn)" _x005F_x0035_="5" 加熱元件的接線螺栓與電阻絲的連接一般采="加熱元件的接線螺栓與電阻絲的連接一般采" 發(fā)熱導(dǎo)體="發(fā)熱導(dǎo)體" _x005F_x0036_="6" 娃接件="娃接件" 金屬保護(hù)管="金屬保護(hù)管">1 mm)
電容結(jié)晶 環(huán)氧樹(shù)脂填充 口材料填充
氧化鎂粉
圖5 接線螺栓與電阻絲的連接方式
本文只是對(duì)電機(jī)、電器繞組烘干設(shè)備防爆方
面的一點(diǎn)簡(jiǎn)單概述。實(shí)際上絕緣漆的烘干爐是一
種特殊綜合性設(shè)備，它需要符合機(jī)械、電氣、環(huán)境、
防爆、安全等規(guī)程，因此在部件選型、部件設(shè)計(jì)等
必須慎重考慮。因?yàn)樾袠I(yè)使用此類(lèi)的烘干爐多，
出現(xiàn)的事故也多，有人想采用苯乙烯濃度檢測(cè)儀
對(duì)烘干爐內(nèi)易燃易爆氣體進(jìn)行檢測(cè)，以便控制爐
內(nèi)易燃易爆氣體的濃度，解決烘干爐爆炸的問(wèn)題，
但作者了解到目前還沒(méi)有任何一種檢測(cè)儀能夠做
到。主要原因有兩條：無(wú)法適應(yīng)高溫的要求；探頭
長(zhǎng)期在爐內(nèi)工作，表面形成一種絕緣膜，失去功
效。
鑒于此類(lèi)干燥爐使用廠家多，建議相關(guān)部門(mén)
編制標(biāo)準(zhǔn)，以便很好的解決安全等方面的問(wèn)題。</電氣防爆>

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