煤矿井下排水泵监控系统的设计.pdf

第 3期 2 0 1 0年 3月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t io n No ． 3 M a r ．2 O 1 0 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 0 0 3 --0 1 1 3 --0 2 煤矿井下排水泵监控系统的设计 袁小平， 白 楠， 王泽林， 许金林 ， 杨子建， 张继森 中国矿业大学信电学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 根据煤矿的实际生产情况， 介绍了一种模块化的井下排水泵监控 系统的设计。该 系统采用 AVR 单片机 AT me g a 1 6作为微处理器， 能实时采集排水泵的运行参数、 自动控制水泵及排淤装置的启动和停止、 监控 井下水仓的水位， 并具有水位超限 自动报警功能； 采用单 片机控制与 P C监视相结合的方式 ， 使地面调 度室能随时监控排水泵的运行状况， 当排水泵的参数超限时， 可在地面远程操作排 水泵。实际应用表 明， 该 系统运行可靠、 开发成本低 、 可移植性强。 关键词 矿 井；排 水泵 ； 监 测监控 ；AT me g a 1 6 ； 单 片机 ；P C 中图分 类号 T D 7 4 4 文献标 识码 B 0引言 模块 ， 如图 1所示。 煤矿井下排水系统是煤矿生产中的主要工作系 统之一， 它承担排出井下全部涌水的重要任务 ， 是保 证煤矿安全生产的关键设备 。排水系统是煤矿生产 的耗电大 户， 占全 部生产用 电的 1 3 ～ 1 8 。因 此， 有效地控制排水 系统 ， 使其 高效低耗 、 经济可靠 地运行对煤矿安全生产意义重大 ， 也是降低煤炭生 产成本的有效途径 。 本文根据煤矿的生产实际情况 ， 研制了一套井 下排 水 泵 监 控 系 统。该 系 统 以 AVR 单 片 机 AT me g a 1 6为核心采集与处理数字信号、 实时监测 排水系统各项运行参数、 自动控制排水泵的运行、 监 控井下水仓的水位 ， 并具有水位超限 自动报警功能； 采用单片机控制与 P C监视相结合的方式， 使地面 调度室能随时监控排水泵的运行状况， 当排水泵的 参数超限时， 可在地面远程操作排水泵 。下面给 出该 系统 的硬件 和软件设 计 。 1 系统结构 井 下 排水 泵 监 控 系 统包 括 AVR单 片 机 系 统 、 传感器组、 传感器接 口电路 、 电源模块 、 A／ D转换电 路、 键盘 、 L C D显示模块、 水位报警器、 上位机通信 收稿日期 2 0 0 9 ～1 1 0 2 作者简介 袁 小 平 ， 男 ， 江 苏 仪征 人 ， 博 士， 教 授 ， 博 士研 究 生 导师， 现主要从事煤矿监测 监控系统 、 电路与系统 等方 面的教学 与 科研工作 。 E - ma i l x p y u a n k d 1 6 3 ． c o rn 图 1 井 F排 水 泵 监 控 系 统 结构 该系统负责测量并显示主排水泵的电压 、 电流、 真空度、 润滑油油压 、 油温等一系列参数 ， 根据所测 量得到的参数进行综合逻辑分析， 判断是否出现异 常情况， 并在异常情况 出现时 自动启动继 电器接 口 来控制相应的节点， 关 闭排水泵 ， 并报警， 达到 自动 保护排水泵的 目的∞ ； 及时 自动清理井下排水泵笼 头淤积的杂物 ； 当主排水泵 的真空度达不到要求时 启动保护， 实现电气闭锁， 进行润滑油断油保护， 强 行停止排水泵运行 ； 测量、 传输 、 显示水井水位值， 并 根据得到的水位值进行判断， 当检测到水位值低于 最低水位警戒线或高于高水位警戒线时 ， 系统会进 行相应的报警， 水位的警戒线可人工设置 ] 。 该系统采用 R S 4 8 5通信接 口与上位机通信 ， 实 现实时监控功能， 并可存储历史数据。 2系统 软件设 计 笔者采用的调试和仿真工具为 AVR S t u d i o ， 编 1 1 4 工矿 自动化 2 0 1 0年 3月 译工具 为 I C C AVR。根 据 煤 矿 井 下 排 水 泵 监 控 系 统的 功 能 要 求 ， 程 序 主 要 完 成 如 下 功 能[ 3 ] 与 D S 1 8 B 2 0通信， 采集 温度信号 ； 对真空度 、 油压 、 电 压、 电流 、 水位进行 A／ D采集 ； 实时处 理数据 ， 根据 具体情况 用按键 设置 报 警标 志 ， 并控 制 固态继 电器 的开关及 报警 电路 ； 将显示 数据送 至显示 面板 ； 将 采 集到的数据送至上位机。 下面主要介绍数据收发模块的程序设计。数据 发送采用查询方式， 其程序流程如图 2 所示。 根 据 命 令 取 得 帧 头 l I 取得数据包I D号 ● I按 照 命 令 格 式 将 帧 头 与 数 据 组 合 J I f 计 算 校 验 码 I 将本数据包存储到数据发送缓冲区 数据传输错误 时重传 向串口输 出数据 图 2 数据发送程序流程 数据接收采用 中断方式 ， 如果接收到的一个字 节是未接收完的数据包 ， 则将其添加到数据包缓 冲 区末尾 ， 否则根据 帧头规则新建数据接收缓冲区。 其程序流程如图 3 所示。 接收到串口一个字节数据 I 取 得 帧 头I I 苎 二 主 堇 l 根据帧头获取 数据长度， 建立 数据包缓冲区 } 收到指 定长厘i 罚 字节加 入 l 数据 包缓 冲区l 退 等 缝 收 l陌赢 下 一 字 节 l L 二 [ _ ． 根 据 I D 号 1 ． 垄 垄 重 堡 鱼 全 l J根 据 ID 号 ● l 发 送确认命令 清除本次 J 。 i 数据包缓冲包l l 处理接收到的数 1 取得数据包I D 号l 第 二字节 l T一 ＼ 确认 命 令 t ／ 一 完成本次数据包传输 传 I 从发送缓冲区 J 清除指定I D 号 ，I 的数据包 从发送缓冲区 提取数据包 图 3 接收数据程序流程 3单 片机与 P C通 信设计 上位 机与下 位机数 据处理 任务分配 1 上位机与下位机在开始通信时， 先进行连 通测试 ， 及设备识别 ， 即上位机要识别出下位机是本 系统的监控器 ， 而监控器也要识别 出上位机是本系 统 的工 作站 。 2 实时控制 的参 数及处理措施 由上位机设 定 ， 然后将参数发给下位机并存储在下位机上 ， 下位 机根据测量到的各项参数值与预设的参数值的上下 限比较 ， 作 出是否过界的判断， 然后按照预先的设定 措 施进 行 处 理 ， 并 将 处 理 标 记 及 结 果 一 同 发 送 到 上 位机上 。 3 上位机接收下位机的各项参数值 ， 并将参 数存储到数据库 ， 同时 ， 上位机进行临时操作 ， 下位 机随时执行上位机发送的命令 ， 例如启停某个部件、 设定某项参数等 。 4结语 本文 以 AT me g a 1 6为 核 心设 计 的煤 矿 井 下排 水泵监控系统， 通过现场应用证明运行可靠 、 开发成 本低。并且 AVR单片机开发系统便于软件模拟仿 真 和在线 编程 ， 比采 用 5 1系列 单 片机 开 发 系统 ， 缩 短了开发周期， 简化 了硬件设计 ， 提高了系统性能 ， 并预留出充足的扩展空间。 参考文献 姚福强 ， 李世光 ， 李晓梅 ， 等． 煤 矿井下 主排水泵计算 机监控系统设计[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 4 1 1 - 2 ． 丁化成． A VR单片机 应用设 计E M] ． 北京 北京航空 航 天大学 出版社 ， 2 0 0 2 ． 钟远文 ， 李胜勇． 单 片机在煤 矿井下水 泵 自动控制 中 的应用[ J ] ． 广东 自动化与信 息工程 ， 2 0 0 1 4 4 1 4 3 ， 47 ． 孙大鹏 ， 金强． 矿井 主排 水泵 自动控制 的研制 E J ] ． 矿 山机械 ， 2 0 0 7 4 1 3 8 - 1 3 9 ． 彭澄伟 ， 徐振栋 ， 魏岱 宁， 等． 矿井主排水 泵 自动控制 系统研究E J ] ． 煤 炭工程 ， 2 0 0 8 6 ． 吉 爱 忠， 王启 旺． 矿井 主排 水 泵笼 头 自动 清淤 装置 [ J ] ． 江苏煤炭 ， 2 0 0 4 3 ． 赵玉剑 ， 范修荣． 单片 机与 P C串行 通信 的 实现 E J ] ． 机电产品开发与创新 ， 2 0 0 8 5 9 6 9 7 ， 1 1 5 ． 秦邦振 ， 秦 杰 ， 王考成． P L C在煤 矿水泵 自动控制 中的应用 [ J ] ． 河北煤炭 ， 2 0 0 7 6 ． 卢超． 单片机与 P C机 的通信设计 E J ] ． 工矿 自动化 ， 20 07 5 ． 杨 全成 ， 卓 芝 强． 单 片 机 与 P C机 串行 通 信 的工程 实践E J ] ． 微型机与应用， 2 0 0 3 5 ． ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C [ [ [ [ [ [ [ [ [ [