工作面监测监控系统中数据通信软硬件设计.pdf
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1、工作面监浏监撞来统中数据通信软硬件设计 孙彦景工作面监测监控系统中数据通信软硬件设计 孙彦景(中国矿业大学信电学院)孟祥军(完矿集团)【摘 要】重点阐述了 犷山井下工作面监A ll 系 统多级分布式通讯的技米特点及实现方法;介绍了井下通信系统综合应用多种通信方式的 硬件结构、原理和设计方法;来 统使用嵌入式P C/1 0 4 作为井下撞刹中心,负责数据传粉和处理;对P C机之问、P C机与单片 机之问的通信软件设计的关 健进行了 讨论;提供了 在 视窗环境下可视化编租软件D e l p h i 实现的1 6 位和3 2 位的辛 行通信实例。论述了 井下串行通讯应用提高传精距离、降低差错率、琦强
2、杭干扰能力和提高运行可靠性的方法和途径。关.词】分布式系 统 差分 O O P 嵌入式 查询1 系统简介散控制系统)。兴隆庄煤矿5 3 1 9 工作面综合监测系统,是国2 煤矿井下工作面监测监控系统工作原理家九五攻关项目 的延续,目 的是对煤矿井下工作本系统中,以A T 8 9 C 5 1 单片机构成前沿智面的主要设备、工况参数及工作状态进行监测,及能单元,可独立完成实时数据采集和控制任务。因时 发现隐患,为生产服务,提高经济效益。通信的此,智能单元和上级计算机P C/1 0 4(井下中心站)可靠 性和稳定性对整个系统的运行状况起着举足之间必须进行通信联系才能完成分散控制,集中轻重的作用.针对
3、煤矿井下工作面特殊的自 然条监测 I 以适应井下监测监控的需要。件及安全要求,系统整体采用分布式控制结构(集 图1 系统结构图 在 应用系统中,中心站P C 微机作为主机,定处理和控制任务,又可将数据由系统间的通信链时扫描以单片机为核心的智能单元,以采集数据路介质传送给中心站P C机,P C机则将这些数据或发送控制信息。智能单元既能独立的完成数据进行处理和分析,通过各种形式显示出来并发送煤犷 自动化控制信号,同时将实时数据传输给地面P C机,接入I n t r a n e t 网络。因此,要完成分布式监测监控系统,必须解决好P C机与多台单片机之间的数据通信问题。井下系 统采用二级主从式结构,
4、各部分间采用了主机查询,从机应答的方式,同一级别之间工作相互独立。某一单元工作出现问题随即挂起,避免系统间的干扰,维护系统的稳定。整个系统由 智能采集单元子系统、井下中心站和地面主机,地面客户 机组成。各监测子系统又由 多个智能监测单元构成。针对不同的环境条件,选择采用了 不同的通信 方式。系统构成如图1 所示。2.1主控中心设计:P C/1 0 4(P C I B U S一1 0 4 P I N S)符合嵌入式I E E E-P 9 9 6 总线标准。它去掉了普通计算机的主板、地板和插件槽,低功耗,小巧灵活,适合于工业生 产控制。在5 3 1 9 系 统中,经过采用各种防 爆和安全措施,P
5、C/1 0 4 已获得成功使用,运行稳定。中心站配置如图 2 所示。一3 6 1 0=第三层 电流环模块一与地面主机通信陌离R S-2 3 2/R S-4 2 2/R S-4 8 5 棋块。2.2 系统通信方式工作原理 1)2 0 MA电 流环通信 在监测系统中,传输距离有数千米的,矿井电磁信号千扰强、弱电 信号易受影响。传统的2 0 m A电 流环靠电 流信号的有无传输信息,在条件特殊的矿井下不能使用。在系 统中 采用方法如下:(1)采用差分电流信号传箱,差分信号平衡驱动,克服了 共地对信 号传输的干扰;如图3 所示。+,VRXD地显示接口 C PU电 子 盘 奥 P C 1 0 4 甲口尾
6、 滕 蒸 薰 诊黔F,i1L3F(COM3)IRT1 A(LPT)I6F?k撇 缨 瓢 蘸鬓C OW亚当模块 图 2 中心站配置 采用三层堆叠结构(C P U.1/0 Mo d u l e,S e r i a l E x t e n d e d Mo d u l e,F u n c t i o n Mo d u l e)第一层 C P U:8 0 4 8 6 D X 2,时钟频率:1 0 0/MH Z;双向隔离P C M-4 8 6 2:主板,4 8 6 A L L-i n-o n e结构;第二层 串口扩展 P C/1 0 4 模块一一一P C M 图3 差分电流环电 路 (2)在接收端,不对
7、电流信号的有无进行检测,而是将电 流信号的方向转换成电平的高低,完成信号的 接收。当R X D+,R X D 一 之间通有正向电流时,二极管D 1 点亮发光,T L 导通,T 2 很止,R X D为高电 位;反之,D 2 点亮,R X D为低电 位,(3)采用不同 转换速率的光电信号转换器件,适应不同的通信速率(系统选用1 2 0 0 波特).2)R S-4 8 5 半双工通信:工作面和上顺槽总长约4 0 0 M,工作环境极其恶劣,设备嗓声和电 磁干扰非常严重,智能单元数量多(约4 0 个),数据采集 量大。综合 考虑采用R S-4 8 5 标准进行通信,通信速率1 2 0 0 波特.(1)智
8、能单元和中心站之间采用半双工通信制式,由主机查询各智能单元完成数据交换;(2)为减少总线的长度,采用了二级总线结构,设置二级管理单元,采用较低的数据传佑速率;(3)平衡驭动,差分接收,阀值电压2 0 0 m V,抗干扰能力强.3)F S K中 继通信:设备管理单元和数据采集单元之间采用F S K(F r e q u e n c y S h i f t K e y)中继通信,收发各使出山翻翻自山日奋沁工作面监浏监控系统中数据通信软段件设计 孙彦景3 1用两种颇率。3 系统通信软件设计3.1 智能单元子系统(前沿单片机)与井下中心站(1 6 位w i n d o w s 环境)的通讯程序设计 采用
9、R S 2 3 2 C接口标准,实现 1 6 位w i n d o w s环境下的应用软件与单片机之间的通信。通信协议(P r o t o c o l);P C机查询指令格式:A d d r l+A d d r 2(双字节)智能 单元数 据格式:A d d r l+A d d r 2+L e n g t h+D a t a 1-t-D a t a 2+十D a t a n+校验和 1)A 丁 8 9 C 5 1 单片机的汇编语言通信程序流程 主程序对数据处理并送显示,响应主机查询进入中断程序,完成数据的传送工作。数据发送采用杳询方式。流程如图4 所示。R Xn 中断初始化传送数据修改指针主程序
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