基于电力载波的煤矿综采工作面数据采集平台

摘要

煤矿安全监控系统对于保障井下生产和运输安全具有至关重要的作用，随着国家对井下生产和运输安全的要求不断提高以及通信和煤矿安全监测技术的蓬勃发展，对煤矿安全监控系统的数字化、智能化、自动化提出了新的标准。
　　煤矿安全监控系统主要由地面主站和井下采集分站两部分构成。传感器数据的采集和预处理主要是通过采集分站来实现，数据的处理则是通过地面主站来进行。采集分站位于井下各类传感器设备和地面主站之间，起到传输枢纽的作用。本文是针对煤矿安全监控系统中的数据采集分站部分进行设计与实现。
　　数据采集分站的设计主要包含三部分，第一部分是综采工作面电力载波模块的设计，是通过电力线载波通信技术，利用井下127V电力线作为数据采集分站与主站间的通信信道。利用已有电力线进行传输，无需另架传输线路，减少了通信线路的布线麻烦，节约了架线成本。设计主要包含载波信号耦合电路、信号滤波电路、信号发送电路、以MC3361BP芯片为主的信号解调电路的设计，利用C8051F330微控制器，采用定时中断方式，产生载波传输所需的FSK调制信号，以及通过数字采样的方式，对解调后的基带信号进行抽样判决。
　　第二部分是隔爆兼本安不间断电源模块的设计，是针对井下易燃易爆的特点，设计出的具有本质安全特性的供电电源。设计主要包含对电池供电电路、127V电网供电电路、输入过压检测电路及输出过流检测电路这三部分电路的设计，通过本安电源模块产生12V本安直流输出，为综采工作面电力载波模块和数据采集模块进行安全供电。
　　第三部分是综采工作面数据采集模块的设计。是用来对井下各类传感器的数据进行采集的核心部分。以STM32作为CPU控制核心电路，设计采集电路实现对井下传感器电流信号、频率信号以及开关量信号的数据采集，并设计RS485接口电路以及CAN总线接口电路实现对智能传感器的数据传输。
　　本文完成了数据采集分站三个模块的设计，并制作出实物，然后分别对各个模块进行调试以及系统的整体调试，实现了基于电力载波的综采工作面数据采集平台的可靠运行。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 煤矿安全监控系统存在的问题

1.4 系统总体设计

1.5 论文安排

2 综采工作面电力载波模块的设计与实现

2.1 电力线载波通信工作原理

2.2 数字频率调制解调（FSK）方式原理

2.3 井下电力线载波通信模块硬件设计

2.4 本章小结

3 隔爆兼本安不间断电源模块的设计与实现

3.1 本安电源的主要技术要求

3.2 隔爆兼本安不间断电源模块硬件设计

3.3 本章小结

4 综采工作面数据采集模块的设计与实现

4.1 采集信号分析

4.2 综采工作面数据采集模块硬件设计

4.3 本章总结

5 基于电力载波的综采工作面数据采集平台调试

5.1 综采工作面电力载波模块调试实验

5.2 隔爆兼本安不间断电源模块调试实验

5.3 综采工作面数据采集模块调试实验

5.4 本章小结

6 总结与展望

参考文献

致谢

作者从事科学研究和学习经历简介

攻读硕士学位期间取得的学术成果