煤炭產(chǎn)量遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)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(jì)損失，要求對礦井煤炭產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全監(jiān)測。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)測裝置，提出了將電氣設(shè)計(jì)和防爆技術(shù)結(jié)合起來的應(yīng)用方案。設(shè)計(jì)了裝置的信號采集電路和遠(yuǎn)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(shè)計(jì)這3種防爆技術(shù)同時(shí)應(yīng)用到裝置中。國家檢驗(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；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)作為我國能源生產(chǎn)的一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。煤炭產(chǎn)量的監(jiān)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，因此對煤礦產(chǎn)量的安全監(jiān)測刻不容緩。本文設(shè)計(jì)的煤礦產(chǎn)量遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置就是針對以上情況研發(fā)設(shè)計(jì)的。

1 裝置總體設(shè)計(jì)
煤炭產(chǎn)量監(jiān)測裝置通過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。井上儀表對數(shù)據(jù)處理后顯示出相應(yīng)產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了對礦井煤炭產(chǎn)量的監(jiān)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(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通過將分站的載波信號解調(diào)為標(biāo)準(zhǔn)RS232信號，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功能。
煤炭產(chǎn)量監(jiān)測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)字信號分別調(diào)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(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。