煤炭產(chǎn)量遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：針對(duì)目前煤礦安全事故頻發(fā)造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，要求對(duì)礦井煤炭產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全監(jiān)測(cè)。基于調(diào)制解調(diào)器MCl45442和高精度A／D轉(zhuǎn)換CS5532設(shè)計(jì)了產(chǎn)量監(jiān)測(cè)裝置，提出了將電氣設(shè)計(jì)和防爆技術(shù)結(jié)合起來(lái)的應(yīng)用方案。設(shè)計(jì)了裝置的信號(hào)采集電路和遠(yuǎn)程傳輸電路，將用于信號(hào)傳輸回路的隔離式安全柵電路、用于井下分站的本質(zhì)安全型防爆型式及隔爆外殼的設(shè)計(jì)這3種防爆技術(shù)同時(shí)應(yīng)用到裝置中。國(guó)家檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置性能穩(wěn)定、抗干擾性能好，能夠有效實(shí)現(xiàn)防爆。
關(guān)鍵詞：產(chǎn)量監(jiān)測(cè)；遠(yuǎn)距離傳輸；防爆技術(shù)；本質(zhì)安全電路；安全系數(shù)

煤炭生產(chǎn)作為我國(guó)能源生產(chǎn)的一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。煤炭產(chǎn)量的監(jiān)測(cè)更是關(guān)系到國(guó)家和企業(yè)的根本利益，但中國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)的安全生產(chǎn)形勢(shì)卻不容樂觀。煤礦安全事故頻發(fā)，造成了慘重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)煤礦產(chǎn)量的安全監(jiān)測(cè)刻不容緩。本文設(shè)計(jì)的煤礦產(chǎn)量遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置就是針對(duì)以上情況研發(fā)設(shè)計(jì)的。

1 裝置總體設(shè)計(jì)
煤炭產(chǎn)量監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)稱重傳感器和速度傳感器分別采集礦井輸送皮帶上單位長(zhǎng)度的物料重量和皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)速度，由MODEM調(diào)制后遠(yuǎn)距離傳輸至井上接口。井上儀表對(duì)數(shù)據(jù)處理后顯示出相應(yīng)產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井煤炭產(chǎn)量的監(jiān)測(cè)整體框圖如圖1所示。

隔爆兼本安型電源給分站和傳感器提供穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源。本安型分站負(fù)責(zé)采集重量與速度信號(hào)并采用抗干擾性能好的MODEM方式遠(yuǎn)傳至井上接口。井上接口中的MODEM通過(guò)將分站的載波信號(hào)解調(diào)為標(biāo)準(zhǔn)RS232信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了與顯示儀表的通信。井上接口具有通信指示和故障檢測(cè)功能。
煤炭產(chǎn)量監(jiān)測(cè)裝置使用了多種防爆措施。井下危險(xiǎn)區(qū)域采用：隔爆兼本安型電源，本安型稱重傳感器，本安型速度傳感器，本安型分站。井上安全區(qū)域采用：礦用一般型的信息傳輸接口。

2 性能設(shè)計(jì)
2．1 電氣設(shè)計(jì)
煤炭產(chǎn)量監(jiān)測(cè)裝置的控制芯片選用C8051F023型單片機(jī)，它含有豐富的外設(shè)資源，5個(gè)通用的16位定時(shí)器，2路UART，22個(gè)中斷源，滿足了分站／接口的2路獨(dú)立頻率量采集／還原，定時(shí)中斷采集，串口接收／發(fā)送等功能，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了裝置的抗干擾性。
煤炭產(chǎn)量監(jiān)測(cè)裝置采用了MODEM方式進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，電氣原理如圖2所示。滿足了礦井遠(yuǎn)距離傳輸與抗干擾的要求。設(shè)計(jì)使用了MODEM芯片MCl45442，其原理就是將“0”和“l”這2種數(shù)字信號(hào)分別調(diào)制成不同頻率的2個(gè)音頻信號(hào)，在發(fā)送和接收端其對(duì)應(yīng)不同的頻率。該芯片支持300波特率的全雙工或半雙工通信；具有低功耗模式，電流消耗僅200μA，抗干擾性能較好，誤碼率小于10-6。