KZL----300巷道顶板离层自动监测报警系统 - 兖矿集团技术中心.DOC

验收资料之三 深井煤巷高可靠性支护技术研究 研 制 报 告济南科泰测控技术有限公司年月 一 KZL—300巷道顶板离层自动监测报警系统制报告硬件系统 KZL—300巷道顶板离层自动监测报警系统是兖州煤业济南澳科矿山工程技术有限公司与公司在KZL—300巷道顶板离层自动监测报警基础上根据巷道顶离层动态变化实际需要开发的一种新型监测、报警、数据采集系统。它利用先进的单片机为设备核心，用高可靠性机械式位移测量方法、高精度的光电数据转换模式，先进的单片机技术把监测的位移用数码显示，特殊的光电隔离技术，井下信号实现安全传输，经课题组人员的共同努力试制成功。KZL—300巷道顶板离层自动监测报警系统KZL—300巷道顶板离层自动监测报警系统，是以国际先进的PIC单片机为主机芯片。所有执行程序固化在单片机内存贮器中，执行程序由程序存贮器读取，通信信号是由PIC单片机控制Mdoem集成电路，数据以半双功的形式自动向分站输出。报警器均有输入、输出接口，接通电源后，分站自动检测及显示以有编号的报警器中的数据。 传感器通过测量钢丝绳量测顶板离层的位移，并通过光电开关转换成数字脉冲送入报警器内，去干扰电路把信号中的干扰信号滤掉，并把位移信号整型注入单片机的RA0、RA1，进行高端位移、低端位移的数据累计。自动显示出顶板离层的高端位移量、低端位移量的数值，并求出、显示出顶板锚固区和锚固区离层量的差值。报警器对设定的位移极限值与实际位移量比较，设定位移量的有单片机RB3口和RB4口键入单片机。 通过对国内外顶板离层测量仪器调研，根据我国煤矿的实际情况，确定了顶板离层的测量用机械式方法。这种测量方法优点是工作稳定抗干扰性强，设计难点是测量方法和测量精度。选用园轴存钢丝绳来解决测量线长度的问题（传感器最大测量值≤700mm超出300mm）。其次用机械放大原理设计出了高精度的测量轮盘，通过实际测量工作精度已经超过了计划精度±2mm(实际测量精度±1mm)。在传感器设计和使用材料上针对煤矿的实际情况，解决了金属材料的三防问题。在测量轮边使用光电开关转换测量距离，使传感器输出高抗干扰测量脉冲信号。 光电转换的方法见图 图1.3 光电转换原理图 传感器的光电信号通过集成电路解决了测量脉冲信号抗干扰问题。传感器安装方法提出了钢丝绳提前预置措施，解决了现场安装问题。2 报警器 KZL—300顶板离层自动监测报警器的设计上，对数据测量、测试和运算上采用当前最先进的8位单片机，这种节能型的单片机使报警器的工作电流大大的减小。PIC单片机的高速运转提供了最佳工作平台。PIC单片机对传感器数据进行自动累加和差值运算并能对这三组数值显示（光控显示）。单片机还能对这三组数据设置报警极限值（外用键盘设定），如三组数据中有一组超过报警极限值时报警器能自动发出报警声音。报警器在收到传感器脉冲时能自动对新累计的数进行存储，报警器的存储器是采用当今美国Microchip的最佳存储器，它能存储10亿次，并能存放数据100年内不变。 报警器在半双功数据传输上采用了日本产（OKI公司）的集成电路，它集成了新型调制、解调电路Mdoem，它能在普通电缆上进行高可靠性的数据传输（FSK）。新型集成电路传输功能使信号传输的更远、更安全可靠。 报警器在对传感器输送来的信号进行了抗干扰设计，它独特设计采用低电平有效方法能阻碍干扰脉冲。光耦（图）又把线路上的高阻抗干扰阻挡在报警器以外，集成电路又对光耦输出信号进入报警器的脉冲进行限位处理，以保证输入PIC脉冲信号的高可靠性。报警器上还设置了半双功的讲话装置，使报警器更符合实际工作需要，报警器能与分站之间进行半双工通话。 报警器在后期根据实际情况又设计上了自动复位，单片机故障自动启动电路等以保证报警器工作在最佳状态下（图）。 报警器在数据（高点位移值、低点位移值和顶板离层位移差值）显示上采用LED高亮度1寸红色数码管，这种显示方法的优点是观看效果佳（图）。但这种方法对电源要求高，采用了被动型电眼显示方法。它最大的特点是最大限度的利用电能，作到人走灯灭。 当报警器上的光敏元件收到光时它能根据光线的强弱自动调整显示数码管的发光亮度，使观察人员得到最佳观察效果。报警器能在停电时通过面板上的显示按钮来显示报警器的三组数据。 报警器上大多数集成电路是采用低功耗的进口元器件，通过合理的设计使报警的整机功耗达到了最小（由于煤炭工业标准防爆电源的限制本系统只能在一台电源的情况下带15～20台报警器）。由于报警器内多处采用了新型集成电路和节能设计使报警器在显示器全亮时的工作电流≤40mA，在巷道中的工作电流（无光无显示时）≤20mA。报警器因长期处于井下工作，由于工作需要一般每天都停电几个小时，报警器中采用了电池自动供电电路见图。它能在停电48小时内（AC 127V）正常工作，以