李亚韫

（山西职业技术学院 电气工程与自动化系，山西 太原 030006）

0 引言

目前，煤矿斜井控制系统功能比较单一，大多依靠速度传感器检测运输矿车的速度来控制斜井内护栏的动作，如果运输车超速，则护拦动作，拦截小车。但是，由于现场中存在电气及其他干扰，可能造成信号识辩的错误，使护拦产生误动作。加上现场条件所限，工作人员无法直接观察和掌握矿车的实际运行过程，造成护拦的起落不能及时与运输矿车配合（如在车来时需要提升而不能及时提升，车过后需要落下而不能及时落下；出现跑车时不能及时拦截等），致使工作效率低下，事故时有发生。此外，在煤矿斜井运输时，要保证斜井内交叉口运输车在同一时刻为单方向行驶，避免一条巷道内同时出现两个方向的小车这类危险事故的发生。所以，随着煤矿生产机械化、自动化程度的不断提高，原有斜井控制系统越来越不适应安全生产的需要。本文重点介绍基于STC89C52的多功能斜井运输监控系统的设计，该系统是集监测、显示、报警于一体的监测控制系统，可实现煤矿安全生产的自动化控制。

1 多功能斜井运输监控系统组成

1．1 主控制电路

该系统以STC89C52单片机作为主控制芯片，利用可编程控制芯片8255扩展并行I／O接口实现控制信号的有效输出。输入信号采用GUC100矿用接近传感器进行现场采集。现场输入信号以及输出控制信号均采用光电耦合进行隔离，有效实现了电气隔离，避免了干扰。多功能斜井运输监控系统的结构框图如图1所示。

1．1．1 输入端信号采集

本系统中输入端为GUC100矿用本安型接近传感器（见图2），它由震荡器和整形放大器组成。振荡器起震后，传感器的感应头上产生交变磁场，当金属体接近感应区时，金属体内产生涡流，从而吸收振荡器能量，使其停振，经整形放大后转换为开关信号。此传感器的外形材质为H62铜材，壳体内有全密封传感器机芯，它具有防爆特性，适用于矿井巷道内安装。传感器使用及与单片机接口如图3所示。

图1 多功能斜井运输监控系统结构框图

图2 GUC100矿用本安型接近传感器

1．1．2 光电耦合

此监控系统运行环境的特殊性决定了输入信号的采集以及输出控制信号的作用大多在井下完成，这与主控系统之间不可避免地要进行长距离传输。如果相距较远的设备之间直接用电缆连接的话会因地线而产生电位差，从而引起环路电流，形成差模干扰电压，导致传输信号发生畸变或失真。因此为了确保长距离传输的可靠性，本系统采用光电耦合隔离措施。将两个电路的电气连接隔开，切断可能形成的环路，使他们相互独立，提高电路系统的抗干扰性能。若传输线较长，现场干扰严重，可通过两级光电耦合将长线完全“悬浮”起来，如图4所示，这样去掉了两级之间的公共地线，能够有效消除各电路的电流经公共地线时可能会产生的干扰，而且当输出端受控设备短路时还能保护系统不受损害，同时也一定程度上解决了长线驱动和阻抗匹配的问题。

图3 输入传感器使用及与单片机接口示意图

图4 长距离传输两级光电耦合

1．1．3 输出端受控设备

系统中输出端受控设备为以下3类：井下指示灯、护栏控制器、绞车房同步模拟显示盘。CPU根据现场输入信号进行逻辑判断，从而发出控制信号使相应受控设备动作。其中井下指示灯与绞车房模拟显示盘为同步输出信号。

1．2 电源电路

电源电路主要进行电压转换工作。电源电路的输入是交流127V，经过转换分别输出直流＋5V、＋12 V、＋24V电压，供给主控芯片、电流环电路、报警电路、通讯电路，使其正常工作。

1．3 报警电路

报警电路由语音电路、功率放大电路和喇叭驱动电路等组成。主控芯片输出相应控制信号对现场进行控制，同时驱动语音电路。

2 控制要求

巷道模拟控制如图5所示。

（1）若A处有车通过时，传感器检测信号送单片机输入口，该处指示灯由绿灯变为红灯，表明此道已占用，不允许上行车进入，同时绞车房模拟显示盘相应位置的信号灯亮。在规定时间内护拦1打开，矿车正常运行；若没有打开，则报警且发出急停信号。

（2）若同时J处有上行车通过时，传感器检测信号送单片机输入口，模拟显示盘相应位置信号灯亮，提示打开护拦4。在规定时间内护拦4打开，矿车正常运行；若护拦没有打开，则报警且发出急停信号。护栏4打开后，要检测H或I处是否有车通过。若H处有车通过，模拟显示盘相应位置信号灯亮，则报警且发出急停信号，I处有车则正常运行。

（3）当D处的传感器检测到有车通过时，给单片机接口送入信号，模拟显示盘相应位置信号灯亮，且A灯灭。同时判断护拦2的状态，若是打开的，则正常运行；若不是，则报警且发出急停信号。

（4）当F处的传感器检测到有车通过时，给单片机接口送入信号，模拟显示盘相应位置信号灯亮，且D灯灭。同时判断护拦3的状态，若是打开的，则正常运行；若不是，则报警且发出急停信号。

（5）当矿车经过H处时，有信号送入单片机接口，模拟显示盘上相应位置的信号灯点亮，且F灯灭。同时判断护拦4是否打开，若打开，则矿车正常运行；若没有，则报警且发出急停信号。

（6）当矿车下行经过J处时，给单片机接口送入信号，让模拟显示盘相应位置的信号灯点亮，且H灯灭。提示护拦4落下。

（7）上行过程与此相似。矿车经过传感器的检测点时，模拟显示盘相应位置的信号灯亮，且前一处的信号灯灭。若护栏1、4采用自动控制，当车上行经过B处时，给计算机接口送入信号，让模拟显示盘相应位置的信号灯点亮，发出报警信号，提示现场工作人员本次运输结束，同时护栏1、4自动落下。若采用手动控制，只发出报警信号，不能自动落下。

（8）若下行时C处有车通过，模拟显示盘相应位置的信号灯亮，该路绿灯灭红灯亮，执行过程同上，但在第2步骤，当检测到I处有车通过时，其对应灯亮，并报警且发出急停信号；若H处有车，则正常工作。

图5 巷道模拟控制图

3 技术参数

该系统的主要技术参数如下：

工作电压：AC220V／AC127V±15%；

工作电流： ＜5A；

报警工作电压： DC24V；

报警功率： ≥5W。

4 结束语

本系统应用STC89C52单片机作为主控制芯片，对现场信号进行监测和逻辑判断，从而控制护拦动作和报警装置，并实时显示矿车的运行位置。利用可编程控制芯片8255对单片机I／O口进行并行扩展，同时输入、输出通过光电隔离电流环进行长距离传输，解决了普通电缆传输高速数据可靠性低的问题。系统中增加语音功能，能够准确提示运输过程中可能出现的故障。在软件设计中采用冗余措施及WATCHDOG来解决干扰问题。总之，系统运行以来发出的控制信号及时、准确、可靠，极大地提高了现场工作的可靠性，而且能耗低，符合煤矿安全生产的需要，实现了井下工作的自动控制。

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