基于工业以太网的矿井数据采集系统研制

摘要

随着经济社会的进步和发展、生产管理自动化水平的不断提高，特别是工业以太网的普及，我国煤矿现有的煤矿安全监测系统已经暴露出了技术上的种种局限性，原先的各种监控设备已经不能够完全满足现代化煤矿生产的需求。生产现场需要一个技术先进基于工业以太网的煤矿监控网络，对煤矿的设备、现场环境参数进行监测，形成一个能够满足现场需求、配置灵活、性能稳定，符合煤矿安全要求的煤矿信息管理系统。
　　本课题在教场坪能源集团项目“基于数据的控制、调度与故障诊断研究及其在煤矿信息化改造中的应用”的支持下，目标是开发出低成本、高性能、配置简便灵活，基于工业以太网的解决方案。
　　本文监测系统的设计严格按照现行《煤矿安全监控系统通用技术要求》的规定，经过分析比较国内外监测技术的发展趋势和特点，确立以业内成熟的分布式系统，实现方式采用“上位机+下位机”的模型。在此基础上，本文着重进行了以下的几方面工作：
　　·研究国内外煤矿安全监测系统的发展历程，吸收国内外监测系统优点，确立“上位机+下位机”的监测系统实现模型。
　　·以低成本、高性能、配置简便为指导思想，研制了基于工业以太网的分布式数据采集系统。阐述了数据采集系统电路设计思想、主要芯片的选型原则和系统工作原理，设计完成了数据采集系统样机。
　　·实现了适用于网络分布式采集系统的供电技术(PoE)，设计了供电端(PSE)和受电端(PD)硬件电路，阐述了设计思想和工作原理。
　　·实现了μC/OS-Ⅱ系统和ZLG IP协议栈的移植，研究了风速传感器、温度传感器、湿度传感器、甲烷传感器、显示模块、遥控模块等模块的通信协议和方式，完成了软件的代码设计，阐述了设计思想和实现方法，并绘制出程序流程图。
　　实验结果表明，基于工业以太网的矿井数据采集系统实现了传感器数据的实时采集，并能通过工业以太网准确、实时的将数据发送到井上工业计算机。相比传统监测系统在传输速度、系统容量和抗干扰性等方面有极大提升，系统灵活的拓扑结构和丰富的扩展接口为未来实现大规模网络化监测系统提供了可能。