煤炭產(chǎn)量遠程監測裝置的設計與應用

摘要：針對目前煤礦安全事故頻發(fā)造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失，要求對礦井煤炭產(chǎn)量實(shí)現遠距離安全監測?；谡{制解調器MCl45442和高精度A／D轉換CS5532設計了產(chǎn)量監測裝置，提出了將電氣設計和防爆技術(shù)結合起來(lái)的應用方案。設計了裝置的信號采集電路和遠程傳輸電路，將用于信號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計這3種防爆技術(shù)同時(shí)應用到裝置中。國家檢驗機構檢驗結果表明，該裝置性能穩定、抗干擾性能好，能夠有效實(shí)現防爆。
關(guān)鍵詞：產(chǎn)量監測；遠距離傳輸；防爆技術(shù)；本質(zhì)安全電路；安全系數

煤炭生產(chǎn)作為我國能源生產(chǎn)的一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。煤炭產(chǎn)量的監測更是關(guān)系到國家和企業(yè)的根本利益，但中國煤炭產(chǎn)業(yè)的安全生產(chǎn)形勢卻不容樂(lè )觀(guān)。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)濟損失，因此對煤礦產(chǎn)量的安全監測刻不容緩。本文設計的煤礦產(chǎn)量遠程監測裝置就是針對以上情況研發(fā)設計的。

1 裝置總體設計
煤炭產(chǎn)量監測裝置通過(guò)稱(chēng)重傳感器和速度傳感器分別采集礦井輸送皮帶上單位長(cháng)度的物料重量和皮帶運轉速度，由MODEM調制后遠距離傳輸至井上接口。井上儀表對數據處理后顯示出相應產(chǎn)量，實(shí)現了對礦井煤炭產(chǎn)量的監測整體框圖如圖1所示。

隔爆兼本安型電源給分站和傳感器提供穩定的直流穩壓電源。本安型分站負責采集重量與速度信號并采用抗干擾性能好的MODEM方式遠傳至井上接口。井上接口中的MODEM通過(guò)將分站的載波信號解調為標準RS232信號，實(shí)現了與顯示儀表的通信。井上接口具有通信指示和故障檢測功能。
煤炭產(chǎn)量監測裝置使用了多種防爆措施。井下危險區域采用：隔爆兼本安型電源，本安型稱(chēng)重傳感器，本安型速度傳感器，本安型分站。井上安全區域采用：礦用一般型的信息傳輸接口。

2 性能設計
2．1 電氣設計
煤炭產(chǎn)量監測裝置的控制芯片選用C8051F023型單片機，它含有豐富的外設資源，5個(gè)通用的16位定時(shí)器，2路UART，22個(gè)中斷源，滿(mǎn)足了分站／接口的2路獨立頻率量采集／還原，定時(shí)中斷采集，串口接收／發(fā)送等功能，節約了生產(chǎn)成本，提高了裝置的抗干擾性。
煤炭產(chǎn)量監測裝置采用了MODEM方式進(jìn)行遠程傳輸，電氣原理如圖2所示。滿(mǎn)足了礦井遠距離傳輸與抗干擾的要求。設計使用了MODEM芯片MCl45442，其原理就是將“0”和“l”這2種數字信號分別調制成不同頻率的2個(gè)音頻信號，在發(fā)送和接收端其對應不同的頻率。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。