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基于DSP的井下安全生产监控系统设计

文档作者：戴丽张刚文档来源： 1．南阳防爆电气研究所 2．全国防爆电气标准化技术委员会		点击数：	更新时间： 2024年06月12日
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《电气防爆》2O09，2 基于DSP的井下安全生产监控系统设计 29
基于DSP的井下安全生产监控系统设计
l
戴丽 ，张刚
(1．南阳防爆电气研究所，河南南阳473008；
2．全国防爆电气标准化技术委员会，河南南阳473008)
[关键词】DSP；监控系统；本质安全
[摘要]在分析目前国内矿用监控系统及井下工作站概况的基础上，提出采用DSP实时
监测矿井瓦斯、煤尘参数，并实现参数超限时的自动报警、自动控制及通信功能。
[中图分类号】TIY／6 [文献标识码】A [文章编号]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
矿井监控系统是指对煤矿瓦斯、风速、一氧化
碳、烟雾、温度等环境参数和矿井生产、运输提升、
排水等环节的机电设备工作状态进行监测和控
制，用计算机进行分析处理并取得数据的一种系
统，一般由传感器和执行器、信息传输装置、中心
站、井下分站以及计算机软件等几部分组成。本
文主要介绍一种基于DSP的矿用本安型工作站
的总体设计方案。该硬件电路由以TMS320C5000
为核心的控制板组成；软件部分的主要程序有数
据采集程序、数据滤波程序、遥控显示子程序、断
电控制及风、电、瓦斯闭锁程序等。同时，在软、硬
件设计时均采取了有效的抗干扰措施，保证电路
本质安全，实现对井下安全生产的监控。
l 系统设计的整体思路
数字信号处理器(DSP)，是一种专用的综合
性微处理器，能够高速输入和输出数据，专门处理
以运算为主的信号处理应用系统。应用DSP技
术的矿用本安型监控系统可实现增加工作站容
量，提高工作站的响应速度、精确性及拓展功能，
并具有可操作性、可维护性以及提高原有系统工
作效率等优点。为此，系统工作站的总体方案应
围绕本质安全和减少硬件电路的复杂程度进行设
计，充分发挥系统CPU优势。根据矿井监控系统
的要求，应在滤波采集单元的配置设计中，采用多
块A／D采集板并联运行，因此系统硬件选用
TMS320C5000通用低功耗DSP芯片，能独立实现
32路模拟量的同步采集、高速转换及相关的各种
运算，并以16位数字量输出。系统工作站的硬件
设计方案如图1所示。
为了提高DSP的采样和传输速率，软件采用
c语言和汇编语言混合编程，充分利用DSP的中
断资源，实现信号的采集与处理。当参数值满足
风电瓦斯闭锁条件时，DSP发出控制指令切断相
应的电源设备并闭锁；当遥控开始时，DSP根据遥
控器的操作指令，修改相应的参数。当上位机呼
叫工作站时，工作站按要求传送数据。系统设有
液晶显示和通讯指示电路，以方便用户查看通讯
[收稿日期】2OO9—04—02
[作者简介]戴丽，女，1983年生，2008年毕业于焦作矿院，主要从事防爆电气产品的设计工作。
基于DSP的井下安全生产监控系统设计 《电气防爆> 2009，2
状态。
田1 硬件设计方案图
2 软件开发及设计
八路开入量
系统软件的设计主要包括数据采集处理程
序、显示程序以及风电瓦斯闭锁程序等。各部分
程序是在Code Composer Studio环境下开发，CCS
具有数据可视化、实时DSP环境、实时数据交换
(RⅡlx)等特点，克服了其他开发环境不能共享数
据、要求开发者不停地在不同的应用间切换等局
限性，完全可以满足复杂的DSP。
2．1 模数转换程序控制
模数转换模块接到启动转换信号后，开始转
换第一个通道的数据。经过一个采样时间的延迟
后，将采样结果放入转换结果寄存器保存。转换
结束。设置标志，等待下一个启动信号。设计转换
程序应首先考虑处理过程如何与模数转换的时间
相匹配，由于 I 320VC55oo系列DSP芯片内的
AID转换精度是lO位的，转换结果的低lO位为
所需数值，所以在保留时应注意将结果的高6位
去除，取出低10位有效数字。
2．2 液晶显示模块的控制
控制液晶屏幕显示需要加入库led．1ib以及
头文件Icd．h。下面给出led．1ib的控制液晶屏幕
的接口函数及其功能描述：LCDSetOrigin( ￡nx，
hat nY)：重新设定新原点的位置，I1)【、nY为新原点
的坐标。初始时默认原点为(O，O)，即屏幕左下
角o LCDSetSorcenBufer(unsigned int*一pSereenBuffer)：
设置屏幕缓冲区指针，缓冲区为1 024字，所
有向屏幕进行的写操作都要先把数据写到缓冲区
内，缓冲区位置需要在编程时预先设定，通常开辟
一个长度为128*3O的一维数组。
2．3 风电瓦斯闭锁子程序
作为矿用设备重要的安全措施之一，煤矿安
全规程规定局部扇风机和掘进工作面的电气设备
必须安装风电闭锁装置，以保证局扇停风，掘进工
作面电气设备的电源也随之停电。为此，设计风、
电、瓦斯闭锁子程序LOCK完成上述功能。设计
工作站模拟量2、3、4口和开关量l、2口工作于风
电瓦斯闭锁状态，模拟端口4接局扇风机处的瓦
斯传感器，模拟端口3接掘进工作面回风流中的
瓦斯传感器，模拟量端口2接掘进工作面瓦斯传
感器，开关量l口接局扇开停，开关量2口接风筒
传感器。相关定义如下：SWITCH：开入量状态，
SWITCH^0=0，风机停，SWITCH 0=l，风机开；
SWITCH^1=0，风筒中的风速低于规定值，
SWlTCH^O=1，风筒中的风速高于规定值；CON．
TIROL：断电仪控制信息，8端口模拟量依次对应的
8个断电仪。
程序流程如下：
图2 风、电、瓦斯闭锁流程田
3 工作站本质安全设计
根据系统需要，依据国标GB 3836．4—200O
要求，将工作站电路设计为本质安全防爆型式。
检测系统工作站的电路都是本质安全型。本质安
全型是指在规定的试验条件下，正常工作和规定
的故障条件下产生任何电火花或任何热效应均不
能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。对于煤矿
井下的场所，要求工作站的本安等级达到ia等
级。
设计的矿用工作站是与原KJ93型矿井安全
生产监控系统配套使用的，工作站本身不带电，配
<电气防爆 基于DSP的井下安全生产监控系统设计="基于DSP的井下安全生产监控系统设计" _x005F_x0033_1="31" _x005F_x0031_2="12" v="v" 电容值计算="电容值计算" R="0损坏时(正常选择使用6．8" 最大24="最大24" V允许使用15="V允许使用15" 线可知最大可用5="线可知最大可用5" 电感值计算="电感值计算" A时允许使="A时允许使" 用170="用170" 本电路所用电感为470="本电路所用电感为470" _x005F_x0034_="4" 结束语="结束语" 井下工作分站系统是安全生产监控系统的重要组="井下工作分站系统是安全生产监控系统的重要组" 参考文献="参考文献" _x005F_x0035_="5" 加热元件的接线螺栓与电阻丝的连接一般采="加热元件的接线螺栓与电阻丝的连接一般采" 发热导体="发热导体" _x005F_x0036_="6" 娃接件="娃接件" 金属保护管="金属保护管">1 mm)
电容结晶 环氧树脂填充 口材料填充
氧化镁粉
图5 接线螺栓与电阻丝的连接方式
本文只是对电机、电器绕组烘干设备防爆方
面的一点简单概述。实际上绝缘漆的烘干炉是一
种特殊综合性设备，它需要符合机械、电气、环境、
防爆、安全等规程，因此在部件选型、部件设计等
必须慎重考虑。因为必威体育官方网站
使用此类的烘干炉多，
出现的事故也多，有人想采用苯乙烯浓度检测仪
对烘干炉内易燃易爆气体进行检测，以便控制炉
内易燃易爆气体的浓度，解决烘干炉爆炸的问题，
但作者了解到目前还没有任何一种检测仪能够做
到。主要原因有两条：无法适应高温的要求；探头
长期在炉内工作，表面形成一种绝缘膜，失去功
效。
鉴于此类干燥炉使用厂家多，建议相关部门
编制标准，以便很好的解决安全等方面的问题。</电气防爆>

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