作者：天鷹集團(tuán)河南英博電氣有限公司 田家棟 候宗寬 張文云

    摘要 主要介紹一種適用于中小型煤礦安全生產(chǎn)與監(jiān)測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)采集、監(jiān)測(cè)井下工作面的瓦斯?jié)舛取⒁谎趸紳舛�、風(fēng)速、壓力、溫度等重要數(shù)據(jù)和風(fēng)機(jī)、水泵、絞車和電機(jī)的開停狀態(tài)，具有對(duì)交流電源的過壓、失流、缺相及各種異常、危險(xiǎn)情況的報(bào)警功能；另外還具有對(duì)班次產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。系統(tǒng)采用低壓電力線載波通信及gsm/gprs無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

    關(guān)鍵詞 低壓電力線栽波通信 pl3105c dpsk調(diào)制/解調(diào) dsl8820 gsm/gprs

    引 言

    近年來，國(guó)內(nèi)煤礦重大安全事故不斷發(fā)生，尤其是中小煤礦情況更為突出，給國(guó)家、人民造成了重大損失。為此，國(guó)務(wù)院十分重視煤礦安全生產(chǎn)問題，不斷加大行業(yè)管理力度，逐步形成量化監(jiān)督管理模式，并相繼成立“安全評(píng)價(jià)”部門機(jī)構(gòu)．實(shí)現(xiàn)常年有序、真實(shí)有效及信息網(wǎng)絡(luò)化管理．針對(duì)日前行業(yè)的發(fā)展需要，本方案為中小煤礦實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)安全監(jiān)管目標(biāo)提供了必須的條件與手段。為減少布線的麻煩和投資，本方案中下行通道采用了先進(jìn)的低壓電力線擴(kuò)頻載波通信方式，以井下已布好的電纜作為通信介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。上行通道采用無線網(wǎng)路通信方式，報(bào)警記錄通過gsm網(wǎng)以短消息形式傳到預(yù)定手機(jī)，或通過gprs傳到上級(jí)主管部門計(jì)算機(jī)以便對(duì)事故作出及時(shí)處理。

    1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    該煤礦安檢設(shè)備的基本功能有：煤礦各工作面瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)時(shí)采集記錄并顯示；瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)報(bào)警；井下風(fēng)速采集記錄；負(fù)壓(壓力)記錄；一氧化碳濃度采集記錄；溫度采集記錄；水泵電機(jī)工作狀態(tài)；風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)；絞車工作狀態(tài)；電源過壓報(bào)警；失流報(bào)警；缺相報(bào)警；班次產(chǎn)量記錄；開關(guān)量采集及設(shè)備控制；載波數(shù)據(jù)傳輸；gsm/gprs無線通信；參數(shù)設(shè)置；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；電源自動(dòng)切換管理以及系統(tǒng)自檢等功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。設(shè)備分為井下數(shù)據(jù)采集終端和地面數(shù)據(jù)集中器兩部分。

    2 采集終端設(shè)計(jì)

    數(shù)據(jù)采集終端是用來采集、監(jiān)測(cè)、控制井下設(shè)備狀態(tài)并將數(shù)據(jù)記錄上傳給集中器的裝置，可同時(shí)采集16路的開關(guān)量和16路模擬量，并經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換形成數(shù)字量，安裝在井下防爆箱內(nèi)。它為各類傳感器提供工作電源，并以rs485總線方式通信；與集中器間以載波通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。集中器間采用載波通信方式，集中器可定時(shí)或隨時(shí)召喚井下各設(shè)備參數(shù)并存儲(chǔ)。

    井下數(shù)據(jù)采集終端總體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    瓦斯傳感器安裝在井下各采煤工作面及巷道上，以采集不同點(diǎn)的瓦斯?jié)舛�。量程為o～4％ch4，供電方式采取采集器統(tǒng)一直流15 v供電，保障其安全性。當(dāng)井下瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，采集終端發(fā)出報(bào)警，報(bào)警燈不停閃爍的同時(shí)又誦討語音報(bào)警以提示人員進(jìn)行緊急撤離。同時(shí)監(jiān)控室里的集中器也發(fā)出報(bào)警，提醒地勤人員采取緊急措施。另外，在報(bào)警同時(shí)打開風(fēng)門及風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽風(fēng)，以降低瓦斯?jié)舛�。同樣，�?dāng)井下一氧化碳濃度超標(biāo)也會(huì)發(fā)出報(bào)警。需注意的是，由于氣敏傳感器都有一定的使用壽命，因此最好一年更換一次傳感器，以保障測(cè)量的準(zhǔn)確性。

    巷道風(fēng)量的測(cè)量采用礦用智能風(fēng)量傳感器，其測(cè)量范圍為風(fēng)速0.3～15 m/s；坑道斷面積小于30 m2；允許誤差小于+0.3 m/s；重復(fù)性誤差讀數(shù)值+1％；輸出信號(hào)為200～1000 hz/5～15 hz或4～20 ma/1～5 ma；工作電壓為dc 15 v；工作電流小于60 ma；換能器工作頻率為140～150 khz。經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換(或v/f轉(zhuǎn)換)后，可測(cè)得其通風(fēng)量的大小，以了解井下空氣質(zhì)量等。

    由于井下到處都是易燃的煤，因此，當(dāng)溫度過高時(shí)極易發(fā)生自燃的情況；由于井下燃燒為不完全燃燒，因此會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳。上述情況會(huì)導(dǎo)致井下人員的一氧化碳中毒，當(dāng)遇到明火時(shí)還會(huì)產(chǎn)生爆炸。因此井下溫度的測(cè)量很重要，尤其對(duì)于那些井下較干燥的礦井顯得更加必要。本方案中采用美國(guó)dalias公司的增強(qiáng)型單總線數(shù)字溫度傳感器dsl8b20，它僅需一根口線與單片機(jī)連接，其測(cè)溫范圍為一55～+125℃，精度高，可編程分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)溫度分辨率為o.5～