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基于DSP的井下安全生產監控系統設計

文檔作者：戴麗張剛文檔來源： 1．南陽防爆電氣研究所 2．全國防爆電氣標準化技術委員會		點擊數：	更新時間： 2024年06月12日
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《電氣防爆》2O09，2 基于DSP的井下安全生產監控系統設計 29
基于DSP的井下安全生產監控系統設計
l
戴麗 ，張剛
(1．南陽防爆電氣研究所，河南南陽473008；
2．全國防爆電氣標準化技術委員會，河南南陽473008)
[關鍵詞】DSP；監控系統；本質安全
[摘要]在分析目前國內礦用監控系統及井下工作站概況的基礎上，提出采用DSP實時
監測礦井瓦斯、煤塵參數，并實現參數超限時的自動報警、自動控制及通信功能。
[中圖分類號】TIY／6 [文獻標識碼】A [文章編號]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
礦井監控系統是指對煤礦瓦斯、風速、一氧化
碳、煙霧、溫度等環境參數和礦井生產、運輸提升、
排水等環節的機電設備工作狀態進行監測和控
制，用計算機進行分析處理并取得數據的一種系
統，一般由傳感器和執行器、信息傳輸裝置、中心
站、井下分站以及計算機軟件等幾部分組成。本
文主要介紹一種基于DSP的礦用本安型工作站
的總體設計方案。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
據采集程序、數據濾波程序、遙控顯示子程序、斷
電控制及風、電、瓦斯閉鎖程序等。同時，在軟、硬
件設計時均采取了有效的抗干擾措施，保證電路
本質安全，實現對井下安全生產的監控。
l 系統設計的整體思路
數字信號處理器(DSP)，是一種專用的綜合
性微處理器，能夠高速輸入和輸出數據，專門處理
以運算為主的信號處理應用系統。應用DSP技
術的礦用本安型監控系統可實現增加工作站容
量，提高工作站的響應速度、精確性及拓展功能，
并具有可操作性、可維護性以及提高原有系統工
作效率等優點。為此，系統工作站的總體方案應
圍繞本質安全和減少硬件電路的復雜程度進行設
計，充分發揮系統CPU優勢。根據礦井監控系統
的要求，應在濾波采集單元的配置設計中，采用多
塊A／D采集板并聯運行，因此系統硬件選用
TMS320C5000通用低功耗DSP芯片，能獨立實現
32路模擬量的同步采集、高速轉換及相關的各種
運算，并以16位數字量輸出。系統工作站的硬件
設計方案如圖1所示。
為了提高DSP的采樣和傳輸速率，軟件采用
c語言和匯編語言混合編程，充分利用DSP的中
斷資源，實現信號的采集與處理。當參數值滿足
風電瓦斯閉鎖條件時，DSP發出控制指令切斷相
應的電源設備并閉鎖；當遙控開始時，DSP根據遙
控器的操作指令，修改相應的參數。當上位機呼
叫工作站時，工作站按要求傳送數據。系統設有
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
[作者簡介]戴麗，女，1983年生，2008年畢業于焦作礦院，主要從事防爆電氣產品的設計工作。
基于DSP的井下安全生產監控系統設計 《電氣防爆> 2009，2
狀態。
田1 硬件設計方案圖
2 軟件開發及設計
八路開入量
系統軟件的設計主要包括數據采集處理程
序、顯示程序以及風電瓦斯閉鎖程序等。各部分
程序是在Code Composer Studio環境下開發，CCS
具有數據可視化、實時DSP環境、實時數據交換
(RⅡlx)等特點，克服了其他開發環境不能共享數
據、要求開發者不停地在不同的應用間切換等局
限性，完全可以滿足復雜的DSP。
2．1 模數轉換程序控制
模數轉換模塊接到啟動轉換信號后，開始轉
換第一個通道的數據。經過一個采樣時間的延遲
后，將采樣結果放入轉換結果寄存器保存。轉換
結束。設置標志，等待下一個啟動信號。設計轉換
程序應首先考慮處理過程如何與模數轉換的時間
相匹配，由于 I 320VC55oo系列DSP芯片內的
AID轉換精度是lO位的，轉換結果的低lO位為
所需數值，所以在保留時應注意將結果的高6位
去除，取出低10位有效數字。
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
的接口函數及其功能描述：LCDSetOrigin( ￡nx，
hat nY)：重新設定新原點的位置，I1)【、nY為新原點
的坐標。初始時默認原點為(O，O)，即屏幕左下
角o LCDSetSorcenBufer(unsigned int*一pSereenBuffer)：
設置屏幕緩沖區指針，緩沖區為1 024字，所
有向屏幕進行的寫操作都要先把數據寫到緩沖區
內，緩沖區位置需要在編程時預先設定，通常開辟
一個長度為128*3O的一維數組。
2．3 風電瓦斯閉鎖子程序
作為礦用設備重要的安全措施之一，煤礦安
全規程規定局部扇風機和掘進工作面的電氣設備
必須安裝風電閉鎖裝置，以保證局扇停風，掘進工
作面電氣設備的電源也隨之停電。為此，設計風、
電、瓦斯閉鎖子程序LOCK完成上述功能。設計
工作站模擬量2、3、4口和開關量l、2口工作于風
電瓦斯閉鎖狀態，模擬端口4接局扇風機處的瓦
斯傳感器，模擬端口3接掘進工作面回風流中的
瓦斯傳感器，模擬量端口2接掘進工作面瓦斯傳
感器，開關量l口接局扇開停，開關量2口接風筒
傳感器。相關定義如下：SWITCH：開入量狀態，
SWITCH^0=0，風機停，SWITCH 0=l，風機開；
SWITCH^1=0，風筒中的風速低于規定值，
SWlTCH^O=1，風筒中的風速高于規定值；CON．
TIROL：斷電儀控制信息，8端口模擬量依次對應的
8個斷電儀。
程序流程如下：
圖2 風、電、瓦斯閉鎖流程田
3 工作站本質安全設計
根據系統需要，依據國標GB 3836．4—200O
要求，將工作站電路設計為本質安全防爆型式。
檢測系統工作站的電路都是本質安全型。本質安
全型是指在規定的試驗條件下，正常工作和規定
的故障條件下產生任何電火花或任何熱效應均不
能點燃規定的爆炸性氣體環境的電路。對于煤礦
井下的場所，要求工作站的本安等級達到ia等
級。
設計的礦用工作站是與原KJ93型礦井安全
生產監控系統配套使用的，工作站本身不帶電，配
<電氣防爆 基于DSP的井下安全生產監控系統設計="基于DSP的井下安全生產監控系統設計" _x005F_x0033_1="31" _x005F_x0031_2="12" v="v" 電容值計算="電容值計算" R="0損壞時(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" 電感值計算="電感值計算" A時允許使="A時允許使" 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" 結束語="結束語" 井下工作分站系統是安全生產監控系統的重要組="井下工作分站系統是安全生產監控系統的重要組" 參考文獻="參考文獻" _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" 發熱導體="發熱導體" _x005F_x0036_="6" 娃接件="娃接件" 金屬保護管="金屬保護管">1 mm)
電容結晶 環氧樹脂填充 口材料填充
氧化鎂粉
圖5 接線螺栓與電阻絲的連接方式
本文只是對電機、電器繞組烘干設備防爆方
面的一點簡單概述。實際上絕緣漆的烘干爐是一
種特殊綜合性設備，它需要符合機械、電氣、環境、
防爆、安全等規程，因此在部件選型、部件設計等
必須慎重考慮。因為行業使用此類的烘干爐多，
出現的事故也多，有人想采用苯乙烯濃度檢測儀
對烘干爐內易燃易爆氣體進行檢測，以便控制爐
內易燃易爆氣體的濃度，解決烘干爐爆炸的問題，
但作者了解到目前還沒有任何一種檢測儀能夠做
到。主要原因有兩條：無法適應高溫的要求；探頭
長期在爐內工作，表面形成一種絕緣膜，失去功
效。
鑒于此類干燥爐使用廠家多，建議相關部門
編制標準，以便很好的解決安全等方面的問題。</電氣防爆>

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