一种抗干扰开停传感器的研制

收稿日期: 2010- 07- 10 科研项目:煤炭科学研究总院重庆研究院 2009年科研项目 (传 感器升级改造) 作者简介:张远征( 1981- ) ,男,重庆人,助理师, 2003年毕 业于武汉科技学院, 现主要从事矿用传感器及便携仪的研发工作。 E�mail: l ivelyzyz@ yahoo. com. cn � � 从图 2可看出, 受采煤的影响,靠近工作面区域 的微震信号比较强烈,但是煤体的受力并不大,电磁 辐射信号不明显。工作面往前 20 m 左右, 煤岩受 顶板的压力达到了峰值, 煤体的破裂加剧,微震信号 和电磁辐射信号都很强烈。通过微震信号和电磁信 号的对比,可以直观分析出信号的来源,为分析顶板 的活动以及煤岩的破坏情况提供全面的依据。 5 � 结语 冲击地压多信号监测软件能够实时与监测仪通 信,显示并存储实时曲线,还能够读取 SD卡上的数 据进行分析处理。该软件采集频率高、数据量大, 真 实地反映了煤岩体的动态活动状况。在跃进煤矿的 应用明,该软件能够直观地反映煤岩体各地球物 理信号的相关性,为用户进行冲击地压的预测提供 可靠的依据。 参考文献: [ 1] � 王恩元,何学秋, 聂百胜,等. 电磁辐射法预测煤与瓦斯 突出原理[ J] . 中国矿业大学学报, 2000, 29( 3) : 225� 229. [ 2] � 王恩元,何学秋, 刘贞堂,等. 煤岩动力灾害电磁辐射监 测仪及其应用[ J] . 煤炭学报, 2003, 28( 4) : 366�369. [ 3] � 窦林名,何学秋. 冲击矿压防治理论与技术 [ M ] . 徐州: 中国矿业大学出版社, 2001. [ 4] � 魏建平,王恩元, 何学秋,等. 煤岩电磁辐射连续监测软 件的研制[ J] . 工矿自动化, 2004( 3) : 1�3. [ 5] � 王恩元,刘晓斐.冲击地压电磁辐射连续监测预警软件 系统[ J] . 辽宁工程技术大学学报: 自然科学版, 2009, 28( 1) : 17�20. [ 6] � 龚建伟,熊光明. Visual C+ + / Turbo C 串口通信编程 实践[ M ] .北京: 电子工业出版社, 2004. [ 7] � 谢瑞和.串行技术大全 [ M ] . 北京: 清华大学出版社, 2004. [ 8] � 沈炜. V isual C+ + 数据库编程技术与实例[ M ] . 北京: 人民邮电出版社, 2005. � 第 11期 � 2010年 11月 工 矿 自 动 化 Industr y and M ine Automation No. 11 � Nov. 2010 � 文章编号: 1671- 251X( 2010) 11- 0012- 04 一种抗干扰开停传感器的研制 张远征, � 王羽, � 吕青松, � 杨明荣, � 卓敬黎 (煤炭科学研究总院重庆研究院, 重庆 � 400037) � � 摘要:针对现有的开停传感器在强电磁场干扰环境中易发生误判断而导致监控不准确的问题,了 一种应用磁感应原理、抗强干扰的开停传感器, 介绍了该传感器的硬件结构及软件设计, 重点阐述了该传 感器的抗干扰设计原理, 即为设备的开和停设置如下条件: 开停传感器上电工作后, 初始状态为关,当传感器 采样值大于开判断线一定次数后, 传感器判定为开;当传感器在开的状态下,采样值小于关判断线一定次数 后,传感器才判定为关。试验及应用结果表明,该抗干扰设计避免了瞬间强电磁干扰带来的传感器反复开停 及误判断问题。 关键词:煤矿; 机电设备; 开停传感器; 磁感应; 抗干扰 � � 中图分类号:TD679 � � � 文献标识码:B Development of an On�off Sensor w it h Anti�interference ZHANG Yuan�zheng , � WANG Yu, � L � Qing�song , � YANG Ming�rong, � ZHUO Jing�l i ( Chongqing Inst itute of China Coal Research Inst itute, Chongqing 400037, China) � � Abstract: In view of the problem that exist ing on�of f sensors are easy to falsely judge in strong electr omagnetic f ield environment to cause inaccurate monitoring, a type of on�of f sensor w as designed using magnet ic induction principle and high ant i�interference technolo gy, hardw are architecture and sof tw ar e design of the sensor w ere int roduced, and design pr inciple o f anti�interference o f the senso r w as int roduced emphatical ly, namely follow ing on�of f condit ions are set for the sensor: w hen the on�off senso r is pow ered on, it s init ial state is off , and when sampled value of the senso r is gr eater than a certain value of on judgment line in sever al t imes, the senso r determ ines the elect romechanical equipment is on. When the on�of f sensor is in on state and sampled value is less than a certain value of of f judgment line, the sensor judges the elect romechanical equipment is o ff . T he results of exper iment and applicat ion show ed that the st rong ant i�interference design avoids pr oblems of repeated on�of f and incorrect judgment of on�o ff sensors caused by tr ansient st rong elect romagnet ic inter ference. Key words: coal mine, elect romechanical equipment , on�of f sensor, magnet ic induct ion, anti� interference 0 � 引言 开停传感器(以下简称传感器)主要用于监测煤 矿井下机电设备(如采煤机、输送机、提升机、破碎 机、局扇、泵站、风机等)的开停状态,并将到的 设备开停信号转换成各种标准信号传输给矿井监测 系统,可实现由地面对全矿电气设备开停状态的集 中连续自动监测功能。 矿用开停传感器经过多年的发展, 已成为煤矿 井下设备开停状态监控的主要设备,当前国内生产 的开停传感器共有 52种之多,然而现有的开停传感 器多数不能满足现场抗强电磁干扰的要求, 究其原 因是现有的开停传感器判断设备开停的是通过 互感器感应电流,通过前级放大后,经后级比较器输 出高低电平开关量来判定设备是开还是停, 因其判 断设备开停的条件只有一条, 即只要满足开的条件 就判定为开,不满足开的条件就判定为关, 因此, 在 强磁场干扰的环境下很容易误判断,带来监控不准 确的问题,给煤矿关键设备的监控造成重大失误。 为此,笔者设计了一种新的开停传感器,该传感器运 用磁感应原理和 PIC 单片机进行数据处理和控制, 能可靠地实时监测机电设备的运行状况, 已成功应 用于煤矿安全监控系统中。 1 � 传感器工作原理 该开停传感器是利用测定磁场的方式, 间接地 测定设备的工作状态。通电的导体周围必定产生磁 场,测出电缆周围有无磁场存在,即检测出电缆内有 无电流通过,就可鉴别设备的开、停状态。井下机电 设备系三相供电,电缆内三相芯线有对称与不对称 之分,而在电缆外皮上,总可找到一点与三相芯线呈 不等距,该点形成的磁场以靠近的芯线起主导作用。 利用传感头中的检测线圈, 贴近电缆中一相芯线,即 可测得微弱的磁感应信号, 供电电流越大时,感应的 信号也越强。感应出的信号再经放大、检波、信号变 换及信号输出等环节, 将设备开停信息远传给信息 分站,再由分站传至地面中心站。 2 � 传感器结构及其抗干扰新方法 2. 1 � 传感器硬件结构 该开停传感器采用 M icro chip 公司生产的 PIC16F690微控制器(俗称单片机) [ 1] 为设计核心, 通过互感器感应被监测设备电缆中的电流,通过仪 表放大电路放大该电流信号, 经 AD转换电路[ 2] 转 换为数字信号,单片机处理单元对其进行数据处理 和判断后,驱动监测发光二极管的亮和灭,并输出相 应的开和停信号。硬件结构如图 1所示。 图 1� 传感器硬件结构 2. 2 � 传感器抗干扰原理 针对现有开停传感器抗干扰能力比较弱的现 状,研究了一种新的开停传感器抗干扰方法,即为设 备的开和停判断提供单独的条件和加入强大的滤波 功能。开停传感器上电工作后, 初始状态为关, 当传 感器采样值大于开判断线一定次数后,传感器判定 �13�2010年第 11期 张远征等:一种抗干扰开停传感器的研制 � � � 为开;当传感器在开的状态下,采样值小于关判断线 一定次数后,传感器才能顺利判定为关,这样就能避 免瞬间强电磁干扰带来的反复开停及误判断, 详细 判断原理如图 2所示。 图 2 � 传感器抗干扰判断原理 3 � 软件设计 传感器的软件设计运用 C 语言编制[ 4] , 采用模 块化结构设计, 主要包括主程序、子程序和中断服务 程序。模块化设计方便了程序的调试、连接和扩展。 主程序主要完成系统自检、初始化及功能模块子程 序调用等功能, 而功能模块子程序则对系统各项功 能进行具体实现,实现了设备开停状态的准确判断。 主程序流程如图 3所示。 4 � 试验及应用情况 在试制过程中, 对传感器传输距离进行实验, 与 KJ 90型监控系统中心站、分站联机配接10个传感 图 3� 主程序流程 器,配置 2 km 模拟传输电缆, 联机运行一周, 传感 器信号传输、分站信号采集、中心站监测均正常[ 2]。 在淮北矿业集团临汾煤矿和淮南国投新集集团新集 一矿、二矿进行了 3个月的工业性试验,对井下局部 通风机、主通风机进行了长期、连续监测。试验结果 显示:采用抗干扰新方法的开停传感器相比其它开 停传感器,在监测设备开、停状态方面的抗干扰能力 明显提高。图 4 为开停传感器监测到的临汾煤矿 040D10分站的试验数据。 图 4� 开停传感器监测到的临汾煤矿 040D10 分站的试验数据 �14� 工矿自动化 2010年 11月 � � � � � � � 图 5为 2010- 05- 24 T9: 50开停传感器监测 到的新集一矿 045D05 分站的试验数据, 图 6 为开 停传感器监测到的新集二矿的试验数据。通过 图 4~ 6试验数据得出,采用抗干扰新方法的开停传 感器在煤矿井下强电磁干扰的环境中使用时, 能准 确、稳定测量机电设备的运行状态,避免出现井下机 电设备反复开停的状态, 具有较强的抗电磁干扰能 力。从而可以得出, 采用电磁原理的开停传感器同 样可以具有较强的抗电磁干扰的能力, 能为煤矿设 备监测提供准确的监控数据,为煤矿安全生产提供 强有力的技术保障。 图 5� 开停传感器监测到的新集一矿 045D05 分站的试验数据 图 6 � 开停传感器监测到的新集二矿的试验数据 5 � 结语 采用开停传感器抗干扰新方法解决了现有开停 传感器易反复开停、易误报的缺陷。通过煤矿现场 应用情况可以看出,新型抗干扰开停传感器具有监 控准确、运行稳定、抗干扰能力强的优点, 且出现被 干扰情况时其性能明显好于现有的开停传感器, 且 在大多数煤矿井下监测应用中,已能解决反复开停、 干扰的问题,无被干扰现象出现。 参考文献: [ 1] � 李荣正,刘启中,陈学军. 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