煤炭产量远程监测装置的设计与应用

摘要：针对目前煤矿安全事故频发造成的人员伤亡和经济损失，要求对矿井煤炭产量实现远距离安全监测。基于调制解调器MCl45442和高精度A／D转换CS5532设计了产量监测装置，提出了将电气设计和防爆技术结合起来的应用方案。设计了装置的信号采集电路和远程传输电路，将用于信号传输回路的隔离式安全栅电路、用于井下分站的本质安全型防爆型式及隔爆外壳的设计这3种防爆技术同时应用到装置中。国家检验机构检验结果表明，该装置性能稳定、抗干扰性能好，能够有效实现防爆。
关键词：产量监测；远距离传输；防爆技术；本质安全电路；安全系数

煤炭生产作为我国能源生产的一个支柱产业，在国民经济中占有重要地位。煤炭产量的监测更是关系到国家和企业的根本利益，但中国煤炭产业的安全生产形势却不容乐观。煤矿安全事故频发，造成了惨重的人员伤亡和巨大的经济损失，因此对煤矿产量的安全监测刻不容缓。本文设计的煤矿产量远程监测装置就是针对以上情况研发设计的。

1 装置总体设计
煤炭产量监测装置通过称重传感器和速度传感器分别采集矿井输送皮带上单位长度的物料重量和皮带运转速度，由MODEM调制后远距离传输至井上接口。井上仪表对数据处理后显示出相应产量，实现了对矿井煤炭产量的监测整体框图如图1所示。

隔爆兼本安型电源给分站和传感器提供稳定的直流稳压电源。本安型分站负责采集重量与速度信号并采用抗干扰性能好的MODEM方式远传至井上接口。井上接口中的MODEM通过将分站的载波信号解调为标准RS232信号，实现了与显示仪表的通信。井上接口具有通信指示和故障检测功能。
煤炭产量监测装置使用了多种防爆措施。井下危险区域采用：隔爆兼本安型电源，本安型称重传感器，本安型速度传感器，本安型分站。井上安全区域采用：矿用一般型的信息传输接口。

2 性能设计
2．1 电气设计
煤炭产量监测装置的控制芯片选用C8051F023型单片机，它含有丰富的外设资源，5个通用的16位定时器，2路UART，22个中断源，满足了分站／接口的2路独立频率量采集／还原，定时中断采集，串口接收／发送等功能，节约了生产成本，提高了装置的抗干扰性。
煤炭产量监测装置采用了MODEM方式进行远程传输，电气原理如图2所示。满足了矿井远距离传输与抗干扰的要求。设计使用了MODEM芯片MCl45442，其原理就是将“0”和“l”这2种数字信号分别调制成不同频率的2个音频信号，在发送和接收端其对应不同的频率。该芯片支持300波特率的全双工或半双工通信；具有低功耗模式，电流消耗仅200μA，抗干扰性能较好，误码率小于10-6。