煤矿井下风机安全分布式监控系统的研究与开发

摘要

本文以CAN总线技术、嵌入式开发技术、数据库等技术为背景，开发了“基于CAN总线的煤矿井下风机安全监控系统”。整个系统分为3部分：现场综合控制器、USB-CAN总线通信适配器、监控系统平台软件。 本文主要研究成果如下： 1．在分析井下局部通风系统故障构成基础上，研究了粗糙集理论在煤矿井下局部通风系统设备故障诊断中的应用，获得了一套可快速判别系统故障的故障诊断规则，确定了风机状态监控和故障诊断所需的的监控参数，为局部通风系统故障快速诊断信息系统的建立提供了理论和方法。 2．开发了井下风机现场综合监控器，监测瓦斯浓度和通风系统的工作状况，控制风机电机高低速组合、掘进巷道和风机电机电源通断、备用风机的启动，实现了风机风量控制、风电和瓦斯电闭锁、主从风机的切换以及远程联网通信、自动报警等系统功能需求。 3．开发了USB-CAN适配器，研究自定了CAN应用层协议，实现了主监控计算机与现场综合监控器之间的通信转换。 4．利用Delphi2006和数据库(SQL Server2000)技术设计了监控软件，实现了对井下通风系统的网络化实时监控以及对监控信息的数据库管理。可及时发现局部通风系统的瓦斯超限、风机故障并报警，实现对通风事故隐患的迅速处理，并能有效与企业信息系统集成。 论文的研究成果是多学科技术的综合应用。实验验证所开发的系统具有良好的安全可靠性，可有效确保井下局部通风系统设备安全和局部通风安全。系统的实现为煤矿安全监控系统的数字化、网络化及其与煤矿企业信息系统集成作了有效的尝试，极具有借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1课题来源及研究目的和意义

1.1.1课题来源

1.1.2研究目的和意义

1.2煤矿局部通风安全监控系统的发展

1.2.1早期单一甲烷监测和就地断电控制的瓦斯遥测系统

1.2.2目前开始装备安全监控系统

1.3现场总线技术及其发展与应用

1.3.1现场总线与与现场总线控制系统FCS

1.3.2现场总线与企业网络信息系统

1.3.3 CAN总线的发展与应用

1.4本论文研究的主要任务和研究内容

第二章粗糙集理论在局部通风系统设备故障诊断中的应用

2.1粗糙集理论及应用概论

2.2基于粗糙集理论的故障决策信息系统的建立

2.2.1故障组成分析

2.2.2系统故障决策信息系统的建立

2.3属性的约简及故障诊断规则的获取

2.3.1属性的约简

2.3.2决策规则的约简与表达

2.4本章小结

第三章基于CAN总线的煤矿井下风机安全监控系统的总体结构方案

3.1局部风机通风方法与安全保障技术分析

3.1.1局部通风机通风方法

3.1.2局部通风机通风安全保障技术

3.2监控系统功能需求分析

3.2.1监控系统设计基本要求

3.2.2监控对象与监控参数

3.3技术基础的选择

3.3.1 CAN总线与485总线的比较

3.3.2 CAN总线通信适配器总体结构方案

3.3.3 Access和SQL Server 2000数据库的比较

3.3.4 C/S、B/S以及C/S、B/S混合结构的比较

3.4基于CAN总线煤矿井下风机监控系统的总体方案

3.5本章小结

第四章基于CAN总线的煤矿井下风机监控系统硬件设计

4.1现场综合监控器

4.1.1现场综合监控器功能模块图

4.1.2现场综合监控器硬件结构

4.2 USB-CAN总线适配器

4.2.1 USB-CAN适配器硬件结构原理图

4.2.2 CPU核心控制模块

4.2.3 CAN总线通用通信模块

4.2.4 USB接口通信模块

4.3本章小结

第五章USB-CAN总线通信协议的制定

5.1 CAN总线通信协议的制定

5.1.1 CAN协议规范

5.1.2CAN总线通信过程分析

5.1.3CAN应用层协议

5.2USB通信协议

5.2.1 USB系统的拓补结构

5.2.2 USB数据通信分析

5.2.3 USB通讯协议

5.3本章小结

第六章基于CAN总线煤矿井下风机监控系统软件设计

6.1现场综合监控器固件程序

6.1.1现场综合监控器主程序

6.1.2人机接口模块程序设计

6.2 USB—CAN适配器固件程序

6.2.1USB—CAN适配器主程序器主程序

6.2.2CAN总线通用通信模块程序

6.2.3 USB接口通信模块程序

6.3上位机软件体系

6.3.1监控系统上位机软件功能需求和功能模块设计

6.3.2系统数据流

6.3.3系统数据库需求分析

6.3.4数据库逻辑结构的设计

6.3.5应用ADO实现数据库的访问

6.3.6系统功能模块的实现

6.4本章小结

第七章实验与结论

7.1实验设备

7.2实验内容与结果分析

7.3本章小结

第八章总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果