KJ90-F8/KJ90-F16型井下监控分站

KJ90-F8/KJ90-F16型井下监控分站（以下 简称分站）是一种以嵌入式芯片为核心的 微机计算机系统，可挂接多种传感器，能 对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、一 氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续 监测，具有多通道，多制式的信号采集功 能和通讯功能，通过工业以太网或总线方 式能及时将监测道德各种环境参数、设备 状态传送到地面并执行中心站发出的各种 命令，及时发出报警和断电控制信号。

但在往SJA1000发送缓冲区送报文之前,必须先 作一些判断。程序如下： MOV DPTR,#CAN_SR ;状态寄存器 WS0: MOVX A,@DPTR ;从SJA1000读出 状态寄存器值 JNB ACC.3,WS0 ;判断上次发送是否完成 WS1: MOVX A,@DPTR ; JNB ACC.2,WS1 ;判断发送区是否锁定。
接收模块的工作与发送模块相反,首先进行 接收滤波,确认该帧数据是否接收。如果接收, 先按照数据链路层协议拆解数据包,将数据场 的数据提取出来,再根据应用层协议确定数据 的具体含义,进行相应的处理。CAN信息帧共 有4种：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。 其中,数据帧将数据由发送器传至接收器。一 个数据帧由7个不同场构成。其中仲裁场由标 识符ID和RTR构成。
3.8 最大监控容量 a） 分站能接入传感器数量为16路，不区分模 拟量和开关量； b） 分站能接入6路执行器。 3.9 备用电源连续工作时间 电网停电后，外接备用电源连续工作时间应不小 于2h（可外接KDW17、KDW18及KHJ6.2电 源）。
3.10 电源波动适应能力 直流供电电压在(9～24) V范围内波动时，分站的 电气性能应符合规定。输入端口： 16 个（模拟量、开关量可任意互换） 控制输出： 6个 输入信号类型： 频率、电流、触点 输入信号范围： 200～1000Hz 或 1～5mA 或 4～20 mA 与中心站的通讯速率： 1200波特或2400波特
图4：安全监控分站软件流程图
结语
以上微处理器AT89S52为核心,设计的 KJ122型煤矿安全监控分站,通过CAN总线、 RS-232总线,在定制的KJ122型煤矿监控系统 协议下与中心站计算机进行通讯,具有实时性 强、可靠性高、结构简单、互操作性好、价格 低廉等特点,目前已投入实用。
KJ70N-F型监控分站（补充讲解内容）
图2监控分站硬件框图
图3 :安全监控分站软件流程图
二、安全监控分站硬件结构
井下安全监控分站是安全监控监测系统的核心, 负责采集和处理现场生产环境和设备状态等方面 的安全监控数据,并能实时地控制设备。同时它也 是传输系统的关键设施,各种数据都要通过它与地 面中心站进行通讯。图2是监控分站的原理图。
内容提要
1、组成及工作原理； 2、主要功能及技术指标。．
引言
在煤矿瓦斯监控系统中,井下监控分站担负着非 常重要的作用。本设计研制的安全监控分站,以微 处理AT89S52为核心,配置8路频率量入口,与矿用 传感器连接,以采集各种测量数据。监控分站的8路 开关量输出口与执行器连接可实行自动断电控制。 监控分站通过CAN总线与中心站计算机进行数据 通讯,克服了传统煤矿监测监控系统总线的缺陷,能 够满足矿井监控系统对监控分站的要求。
利用CH451L芯片驱动数码管循环显示8路 信号的频率、通道号、通道类型以及线路状态 等。CAN总线和RS-232总线把单片机根据主 站命令采集的安全监控监测数据传给上位机。 74HC373除了扩展片外RAM,以用来存储历史 数据外,还进行了P0口扩展,从而使分站能够根 据主站发来的命令允许对继电器的状态进行手 动控制。系统中的红外接口,主要用来实现对 分站的就地遥控、更改分站通道号,以及对单 片机进行复位等。
井下监控分站
井下监控分站是一种以嵌入式芯片为核 心的微机计算机系统，可挂接多种传感器， 能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、 一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连 续监测，具有多通道，多制式的信号采集 功能和通讯功能，通过工业以太网或总线 方式能及时将监测到的各种环境参数、设 备状态传送到地面中心站，并执行中心站 发出的及时发出报警和断电控制信号。
（三）测频技术

所以,频率测量精度可达到0.001Hz~0.01s,测 量最大绝对误差为信号前后边界之差共1根据 频率计算公式得到周期法测频公式,式中,TO为 定时器/计数器的计数脉冲周期时间,由单片机主 脉冲经12分频得到,N为计数器在测周期期间的 计数脉冲。当晶振振荡频率为24MHz时,定时器 的计数脉冲周期时间为0.5 Hz。
（一）安全监控分站软件设计 系统总体软件结构如图3所示。在整个软件流程 中,测频中断的优先级最高,以保证测频的精度。 CAN通信的中断优先级次之,RS-232中断的优先 级最低。为保证主站与分站通信的实效性,本设 计完成测频中断服务仅需13个机器周期,而信号 的周期比机器周期大数千倍,从而大大减小了主 站在测频中断服务期间与分站进行通信的概率。
b）高低浓甲烷：频率信号，（200～1000）Hz 对应检测范围（0～4）%CH4、（1200～ 2000）Hz对应检测范围（0～100）%CH4； 信号脉冲宽度大于0.15ms，高电平大于3V （输出电流为2mA时），低电平小于0.5V。 3.2.2 累计量 电平信号脉冲宽度不低于0.3s，高电平大于3V （输出电流为2mA时），低电平小于0.5V；计 数范围：0-9999。
200Hz~1000Hz,信号的周期为1ms~5ms, 而机器周期为0.0005ms,故主站与分站在测频中 断响应期间进行通信的概率为0.12~0.60%,即主 站与分站进行通信的实效率为99.40~99.88%,完 全能够满足安全生产的要求。 （二）关键技术及其实现
二、 主要功能和特点
KJ70N-F具有16个输入通道，可根据井下需要任 意接挂模拟量或开关量传感器。具有能采集多种制式 传感器信号的功能；能独立进行超限判别和断电；能 准确执行地面中心站发送的各种控制命令；能及时向 地面中心站发送采集到的各类数据和状态信号；所带 电源箱配有备用电池，能在井下电网断电时，确保分 站持续工作2小时以上； KJ70N-F通过国家防爆安全检验机关审查，许可 在煤矿井下具有爆炸性危险的场所使用，属于矿用本 质安全型设备，防爆标志为ibI(150℃)。
3.5 系统信号传输 传输接口与监控分站通讯：a） 传输端口：1 路； b） 传输方式：主从、半双工、RS485、双极 性； c） 传输速率：1200bps； d） 通讯信号电压峰峰值：(2-9)V； e） 通讯信号电流峰值：不大于150mA。
3.6 控制执行时间 甲烷超限断电及甲烷风电闭锁的控制执行时间应 不大于2s；其它控制执行时间应不大于30s； 3.7 最大传输距离 a）监控分站到传感器：2km (采用MHYVR通信电缆： 截面积不小于1.5mm² )； b）监控分站到断电器：2km (采用MHYVR通信电缆： 截面积不小于1.5mm² )； c）监控分站到声光报警器：2km(采用MHYVR通信电 缆：截面积不小于1.5mm² )； d)数据传输接口到监控分站：10km(采用MHY32通信电 缆：截面积不小于1.5mm² ）。
3.2.3 开关量输入信号 a） 电平信号：输出高电平时应不小于3.0V（输 出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V， 高电平对应逻辑“1”；低电平对应逻辑“0”； b） 电流信号：0mA/5mA，不大于0.5mA对应逻 辑“0”，不小于3mA对应逻辑“1”。
3.2.4 控制量输出信号：高电平输出电流为2mA 时电压幅度大于3V，低电平小于0.5V。 3.3 模拟量输入处理误差 模拟量输入处理误差应不大于0.5%。 3.4 累计量输入处理误差 累计量输入处理误差应不大于0.5%。
CAN总线通讯的发送模块根据用户制定的应 用层协议,将要发送的数据分类、拆解、合并,确定 发送对象,然后根据CAN的数据链路层协议填写到 CAN数据帧的各个场,并发送出去。发送程序分为 发送远程帧和数据帧两种,远程帧无数据场。接收 子程序负责节点报文的接收以及其它情况。接收 子程序比发送子程序要复杂一些,因为在处理接收 报文的过程中,同时要对诸如总线脱离、错误报警、 接收溢出等情况进行处理。SJA1000报文的接收 主要有两种方式：中断接收和查询接收,考虑到对 通信的实时性要求很强,本设计采用中断接收方式。
整个监控系统分三级结构：中心站—井下分 站—传感器。传输介质根据传输距离不同,可分 段采用不同线缆,长距离用光纤不加中继器,或用 电缆加中继器,短距离则可只用电缆不加中继器。 如果连接的节点总数大于110个,则也需加中继 器。图1是带有中继器的煤矿安全监控系统组成 原理图。
图1 煤矿安全监控系统组成框图
与中心站的传输距离： 不小于10Km 与传感器的传输距离： 不小于2Km 分站总耗电电流： +18V〈100mA 通讯方式： RS485 使用环境温度: 0～+40 ℃ 使用环境相对湿度: <98%
一、监控系统结构
整个煤矿安全监控系统设计由地面中心站、网关节 点站、分支中继器、井下监控分站和各种传感器,以及 通信介质六部分组成。其中中心站负责接收、存储和显 示从井下监控分站传来的各种井下生产环境安全监控数 据,并通过各个井下分站发送各种配置命令和对现场设 备的控制命令;网关节点站实现现场总线协议和中心站 计算机标准接口协议的相互转换;分支中继器在需要的 地方完成通信线路的分支、中继和介质信号的转换;传 感器负责收集各种现场环境安全监控数据和设备运行状 态数据;通信介质负责安全监控系统各设备的连接和信 息的传递。
在图2中,二线制输入电路和三线制输入电路 负责对来自传感器的8路频率信号 (200Hz~1000Hz)进行整形,从而得到波形、电平 规范的方波信号。光耦电路则主要负责信号的 隔离,消除共模电压的影响并遏制过程通道上的 一些脉冲干扰,从而提高系统的信噪比。单片机 通过多路选择器(8选1开关)定时巡检8路信号,对 得到的数字量进行判断和运算,进而用得到的控 制量,去自动控制继电器的状态,从而实现对井下 设备的控制。