基于电力载波与以太网的煤矿局部排水系统联网控制

发布时间：2017-06-15 22:00

  本文关键词：基于电力载波与以太网的煤矿局部排水系统联网控制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：矿井巷道水情监测与控制系统对于保障煤矿安全生产具有重要作用,随着监控与信息技术的不断发展,对矿井巷道水情监测与控制系统的智能化、信息化提出了新的要求。我国煤矿井下主排水控制与信息传输已逐步实现上位机远程监控无人值守自动运行,系统已日趋完善。然而目前国内大部分矿井巷道所使用的煤矿局部排水系统自动化程度还很低,通信系统落后,安装传统的自动排水系统时,一般需要铺设新的信号通讯线路才能实现远程监控目的,井下环境恶劣,用电设备繁多,原有的电缆,通信线路错综复杂,进行布线工作异常困难,耗时耗力,这将严重影响井下作业管理水平的提升和经济效益的提高。通信系统作为煤矿局部排水系统远程监控的数据交互通道,其高效可靠的信息传输是整个系统实现远程监控的基础。本研究提出了一种基于电力载波与以太网的煤矿局部排水系统联网控制设计方案,设计基于两种通讯方式联合组网的通讯单元硬件和软件系统,该系统无需重新铺设专用通讯线路,直接通过井下供电线路或矿用以太网在井下各监控分站间建立巷道水情信息传输网络,实现分站间水情信息共享;设计地面调度中心与井下水情监控系统通过以太网通讯的构架,并设计上位机组态软件,实现地面调度中心对煤矿局部排水系统的实时远程监控。设计了煤矿局部排水系统井下电力载波联网控制单元,提出以载波控制芯片为核心的电力载波联网控制设计方案,搭建了包括载波接收、耦合以及载波发送等硬件外围电路,并编写串口转载波发送及载波接收处理等程序,利用井下供电线路进行水情数据的发送与接收,为实现煤矿局部排水系统远程监控奠定了基础。设计了煤矿局部排水井下以太网联网控制单元,采用系统板和以太网控制器完成以太网联网控制单元硬件部分设计,基于网络协议栈,在网络接入层采用以太网接口协议,在层采用协议,在运输层采用协议,并通过设计与间通讯,实现与以太网控器的数据交互,从而实现水情数据在井下矿用以太网上的发送与接收。井上井下通信硬件部分沿用所设计的井下以太网联网控制单元的设计,依照工作规程完成通信软件设计,地面调度中心工控机通讯时作为客户机端访问井下联网控制主站服务器,实现了地面调度中心与井下联网控制交互通信,并通过井上井下联网控制交互通信测试验证了设计方案可行性。设计开发了煤矿局部排水远程监控系统,总体分为物理层,连接层和监控层三个层级进行设计,实现了对煤矿局部排水系统的远程监控。在上位机建立数据库,实现了水情数据实时存储与查询;在现有硬件设备不变的情况下,运用误差修正计算提高了累积流量的准确度;设计了双机热备冗余系统,增强了上位机监控系统自身可靠性与数据完整性。基于电力载波与以太网的煤矿局部排水系统联网控制,以井下电力载波及矿用以太网联合通讯网络为媒介,实现井下监控分站信息互访。同时,通过井上井下铺设的矿用以太网,实现了地面调度中心对井下水情信息的远程监控,有利于煤矿智能化、信息化的实现。上位机软件可通过调用数据库记录及查询巷道水情信息,可帮助分析水情事故发生原因,制定合理的检修排班计划,缩短停产检修时间与周期,提高了煤矿经济效益。
【关键词】：巷道排水 电力载波 以太网 Modbus/TCP
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD744;TN913.6
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 研究背景13
• 1.2 研究动态13-17
• 1.3 煤矿局部排水系统联网控制方案17-22
• 1.3.1 煤矿局部排水系统简介17-18
• 1.3.2 联网控制主要功能18
• 1.3.3 煤矿局部排水系统联网控制结构18-20
• 1.3.4 煤矿局部排水系统联网控制通讯协议方案20-22
• 1.4 论文安排22-25
• 第二章 煤矿局部排水系统井下电力载波联网控制设计25-49
• 2.1 直接序列扩频通讯25-26
• 2.2 载波通讯芯片PL3106介绍26-31
• 2.2.1 载波芯片选择26-27
• 2.2.2 芯片功能概述27-29
• 2.2.3 应用开发环境29-31
• 2.3 井下电力载波联网控制硬件设计31-34
• 2.3.1 整体设计31-32
• 2.3.2 载波发送电路32-33
• 2.3.3 载波耦合电路33-34
• 2.3.4 载波接收电路34
• 2.4 电力载波联网控制软件设计34-40
• 2.4.1 主程序与初始化34-36
• 2.4.2 串口转载波发送子程序36-38
• 2.4.3 载波接收处理子程序38-40
• 2.5 电力载波联网控制互访通信测试与分析40-47
• 2.5.1 载波单元通讯性能测试与分析40-45
• 2.5.2 井下127V供电线路载波互访模拟测试45-47
• 2.6 本章小结47-49
• 第三章 井下与地面调度中心以太网联网控制设计49-71
• 3.1 TCP/IP体系结构功能介绍49-51
• 3.2 煤矿局部排水系统井下以太网TCP/IP体系结构51-54
• 3.2.1 网络接入层协议解析51-52
• 3.2.2 Internet层协议解析52-53
• 3.2.3 传输层协议解析53
• 3.2.4 互访数据帧处理过程53-54
• 3.3 井下以太网联网控制设计54-59
• 3.3.1 井下以太网联网控制硬件设计54-55
• 3.3.2 STM32与W5500的SPI通讯实现55-56
• 3.3.3 井下以太网UDP通讯程序设计56-58
• 3.3.4 井下以太网联网控制互访通信测试与分析58-59
• 3.4 地面调度中心与井下联网控制交互通信设计59-69
• 3.4.1 Modbus/TCP协议解析59-63
• 3.4.2 井上井下通信建立与数据交互63-65
• 3.4.3 井上井下通信软件设计65-67
• 3.4.4 井上井下联网控制交互通信测试与分析67-69
• 3.5 本章小结69-71
• 第四章 上位机远程监控软件的设计与实现71-91
• 4.1 基于组态王的远程监控软件总体设计与数据库互访71-74
• 4.1.1 远程监控软件总体分层设计71-73
• 4.1.2 组态王与SQL数据库互访73-74
• 4.2 井下排水管道流量监测优化74-79
• 4.2.1 流量监测优化设计方案75-76
• 4.2.2 流量监测联网控制单元程序设计76-78
• 4.2.3 流量监测Kingview程序设计78-79
• 4.3 远程监控软件冗余系统79-83
• 4.3.1 冗余系统的工作原理79-80
• 4.3.2 冗余系统的设计80-82
• 4.3.3 冗余系统的模拟测试82-83
• 4.4 上位机远程监控软件的实现与联网测试分析83-89
• 4.4.1 上位机远程监控软件的实现83-86
• 4.4.2 上位机远程监控软件联网测试分析86-89
• 4.5 本章小结89-91
• 第五章 总结与展望91-93
• 5.1 总结91-92
• 5.2 展望92-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-99
• 攻读学位期间发表的学术论文目录99

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