煤矿安全监控系统甲烷监控分站的研制

摘要

随着我国经济的快速发展，煤炭能源的需求日益增大，带来的煤矿安全生产问题就日益突显，特别是每年都居高不下的甲烷爆炸事故，严重威胁着煤矿工作的生命安全，因此加强煤矿的安全生产，特别是加强生产现场环境的监控，对减少乃至避免煤矿生产事故的发生有着至关重要的作用。煤矿安全生产监控系统，主要是针对煤矿现场的甲烷浓度进行监控。在煤矿中，已经强制要求安装。
　　煤矿安全监控系统的甲烷监控分站是系统的核心设备，不仅承担着与地面计算机进行数据交换的任务，还要对其下所配接的设备进行数据的采集。分站通讯功能的实现，是基于现场总线RS485及改进格式的MODBUS协议完成的。分站在硬件设计上通过RS485通讯驱动电路与单片机串口进行连接，在通讯方式上采用半双工，主从方式进行数据的交换。分站在工作前，由计算机发送数据对分站下的配接设备进行配置，分站根据配置对配接设备建立通讯，实现数据的交换。在此基础上，分站根据采集到的传感器数据，进行现场环境的判断，实现相应的设备控制功能。另外，分站在设计时，配有EEPROM存储器进行配置参数的存储，在异常断电后，恢复供电时，能即时正常地投入工作。
　　本人在分站的研发过程中，主要负责分站的硬件设计，软件设计及通讯协议的设计。硬件的设计包括单片机及外围电路的设计，RS485通讯驱动电路的设计，分站显示模块的设计等。在嵌入式软件的设计上主要有RS485通讯功能的实现，通讯数据的采集与整理，传感器数据的判断及控制设备的控制功能。通讯协议方面，包括通讯协议的格式，数据内容的分配及系统功能的实现。
　　目前本系统已经在煤矿生产现场使用，由于系统是以RS485通讯为数据交换手段，所以比起传统的监控系统，在布线，数据传输误差方面有较明显优势。基于甲烷监控分站的性能可靠，系统运行稳定，数据传输效率高，对现场环境的监测及时有效。对煤矿现场的安全生产，起到了一定的保障作用。

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第一章绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 煤矿安全监控系统的现状及趋势

1.3 煤矿安全监控系统的设计需求

1.4 本文的主要工作及组织结构

第二章煤矿甲烷监控系统组成与监控分站功能需求分析

2.1 煤矿甲烷监控系统组成结构

2.2 系统井下组成设备及功能

2.3 监控分站功能需求分析

2.4 本章小结

第三章 煤矿甲烷监控分站的总体设计

3.1 分站的硬件结构设计

3.2 通讯协议的设计

3.3 分站的软件结构设计

3.4 本章小结

第四章 煤矿甲烷监控分站的软件实现

4.1 分站软件实现概述

4.2 分站各功能软件的实现

4.3 本章小结

第五章 煤矿甲烷监控分站软硬件的功能性能测试

5.1 分站的主要测试项目

5.2 分站基本功能的检测

5.3 风电甲烷闭锁及甲烷超限断电功能的测试

5.4 误码率测试

5.5 测试结论

第六章 总结

6.1 系统结构及特点

6.2 系统的缺陷

6.3 系统的改进方向

致谢

参考文献

附录