本書(shū)共分9章,從礦井監(jiān)控系統(tǒng)的概念、體系結(jié)構(gòu)、性能與技術(shù)指標(biāo)等方面的介紹入手,對(duì)礦井信息傳輸技術(shù)、傳感器技術(shù)、分站電源、監(jiān)控分站、監(jiān)控主站接口、監(jiān)控系統(tǒng)軟件、監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試與礦井監(jiān)控新技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行了論述,文中融入了作者多年來(lái)在礦井監(jiān)控技術(shù)方面的研究思想及成果。本書(shū)層次分明,內(nèi)容詳實(shí),力求具有實(shí)用參考價(jià)值。既可作為高等院校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電氣工程、采礦工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生及研究生教材,亦可作為從事礦井監(jiān)控技術(shù)研究、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的科技工作者和高等院校師生的參考書(shū)籍。
第1章 概 述………………………………………………………………………………… 1
1.1 礦井監(jiān)控系統(tǒng)概念與組成 …………………………………………………………… 1
1.1.1 礦井監(jiān)控系統(tǒng)概念 ……………………………………………………………… 1
1.1.2 礦井監(jiān)控系統(tǒng)組成 ……………………………………………………………… 2
1.2 礦井監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) ……………………………………………………………… 3
1.3 礦井監(jiān)控系統(tǒng)性能與技術(shù)指標(biāo) ……………………………………………………… 7
1.3.1 性能需求 ………………………………………………………………………… 7
1.3.2 技術(shù)指標(biāo) ………………………………………………………………………… 8
1.4 礦井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)……………………………………………………………… 10
1.5 監(jiān)控系統(tǒng)部署要求…………………………………………………………………… 10
1.5.1 環(huán)境與技術(shù)要求………………………………………………………………… 10
1.5.2 防爆要求………………………………………………………………………… 11
1.6 礦井監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………… 13
1.6.1 監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介……………………………………………………………… 13
1.6.2 監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………………………… 16
1.7 KJ93礦井監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 …………………………………………………………… 17
第2章 礦井信息傳輸技術(shù) ………………………………………………………………… 20
2.1 信息傳輸方式………………………………………………………………………… 20
2.1.1 模擬傳輸與數(shù)字傳輸…………………………………………………………… 20
2.1.2 單向傳輸、半雙工及全雙工傳輸 ……………………………………………… 21
2.1.3 串行傳輸與并行傳輸…………………………………………………………… 21
2.1.4 異步通信與同步通信…………………………………………………………… 22
2.1.5 數(shù)字基帶與頻帶傳輸…………………………………………………………… 23
2.2 信息校驗(yàn)技術(shù)………………………………………………………………………… 24
2.3 串行通信技術(shù)………………………………………………………………………… 27
2.3.1 串行通信技術(shù)基礎(chǔ)……………………………………………………………… 27
2.3.2 RS 232C串行通信技術(shù) ……………………………………………………… 28
2.3.3 RS 485串行通信技術(shù)………………………………………………………… 31
2.4 多路復(fù)用技術(shù)………………………………………………………………………… 35
2.4.1 頻分制…………………………………………………………………………… 35
2.4.2 時(shí)分制…………………………………………………………………………… 36
2.4.3 碼分制…………………………………………………………………………… 37
2.4.4 理想復(fù)用方式…………………………………………………………………… 38
第3章 傳感器技術(shù) ………………………………………………………………………… 40
3.1 礦用傳感器現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………………… 40
3.1.1 礦用傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀………………………………………………………… 40
3.1.2 礦用傳感器的發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………………… 41
3.2 傳感器技術(shù)基礎(chǔ)……………………………………………………………………… 42
3.2.1 構(gòu)成與分類(lèi)……………………………………………………………………… 42
3.2.2 性能指標(biāo)………………………………………………………………………… 43
3.2.3 供電方式………………………………………………………………………… 44
3.2.4 輸入信號(hào)………………………………………………………………………… 45
3.2.5 輸出信號(hào)………………………………………………………………………… 47
3.2.6 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換…………………………………………………………………… 50
3.3 甲烷傳感器…………………………………………………………………………… 52
3.3.1 催化燃燒式甲烷傳感器………………………………………………………… 53
3.3.2 熱導(dǎo)式甲烷傳感器……………………………………………………………… 57
3.3.3 GJC4/100型高低濃度甲烷傳感器設(shè)計(jì) ……………………………………… 58
3.4 風(fēng)速傳感器…………………………………………………………………………… 65
3.4.1 常見(jiàn)的風(fēng)速傳感器……………………………………………………………… 66
3.4.2 礦用風(fēng)速傳感器………………………………………………………………… 68
3.5 CO傳感器 …………………………………………………………………………… 71
3.5.1 常用CO傳感器………………………………………………………………… 71
3.5.2 礦用CO傳感器………………………………………………………………… 74
3.6 溫度傳感器…………………………………………………………………………… 76
3.6.1 常見(jiàn)的溫度傳感器……………………………………………………………… 77
3.6.2 礦用溫度傳感器………………………………………………………………… 77
3.7 負(fù)壓傳感器…………………………………………………………………………… 79
3.8 開(kāi)關(guān)量傳感器………………………………………………………………………… 80
3.9 無(wú)線(xiàn)傳感器…………………………………………………………………………… 81
3.10 光纖傳感器 ………………………………………………………………………… 85
第4章 分站電源 …………………………………………………………………………… 88
4.1 分站電源性能需求…………………………………………………………………… 88
4.2 分站電源技術(shù)指標(biāo)…………………………………………………………………… 89
4.3 分站電源分類(lèi)………………………………………………………………………… 90
4.3.1 線(xiàn)性直流電源…………………………………………………………………… 90
4.3.2 開(kāi)關(guān)電源………………………………………………………………………… 92
4.4 分站電源保護(hù)機(jī)制…………………………………………………………………… 98
4.4.1 過(guò)壓保護(hù)電路…………………………………………………………………… 98
4.4.2 過(guò)流保護(hù)電路…………………………………………………………………… 99
4.4.3 綜合保護(hù)機(jī)制…………………………………………………………………… 99
4.4.4 自動(dòng)恢復(fù)特性 ………………………………………………………………… 100
4.5 分站備用電池電源 ………………………………………………………………… 100
4.5.1 電池電源特點(diǎn) ………………………………………………………………… 100
4.5.2 電池電源技術(shù)指標(biāo) …………………………………………………………… 101
4.5.3 鉛酸蓄電池 …………………………………………………………………… 103
4.5.4 鎳氫蓄電池 …………………………………………………………………… 105
4.5.5 備用電源連接方式 …………………………………………………………… 106
4.6 斷電控制技術(shù) ……………………………………………………………………… 108
4.6.1 技術(shù)需求 ……………………………………………………………………… 109
4.6.2 斷電控制基本原理 …………………………………………………………… 109
4.6.3 斷電控制器設(shè)計(jì) ……………………………………………………………… 110
第5章 監(jiān)控分站…………………………………………………………………………… 116
5.1 監(jiān)控分站概述 ……………………………………………………………………… 116
5.1.1 監(jiān)控分站功能 ………………………………………………………………… 116
5.1.2 監(jiān)控分站的分類(lèi)與技術(shù)指標(biāo) ………………………………………………… 118
5.2 監(jiān)控分站設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………… 120
5.2.1 監(jiān)控分站組成 ………………………………………………………………… 120
5.2.2 數(shù)據(jù)采集 ……………………………………………………………………… 121
5.3 KJF20型監(jiān)控工作站 ……………………………………………………………… 124
5.3.1 KJF20型工作站概述 ………………………………………………………… 124
5.3.2 KJF20工作站設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 126
5.3.3 甲烷風(fēng)電閉鎖 ………………………………………………………………… 128
5.4 無(wú)線(xiàn)監(jiān)控分站設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 131
5.4.1 ZigBee技術(shù)概述 ……………………………………………………………… 131
5.4.2 無(wú)線(xiàn)監(jiān)控分站設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 132
第6章 監(jiān)控主站接口……………………………………………………………………… 138
6.1 KJJ26傳輸接口 …………………………………………………………………… 138
6.1.1 概 述 ………………………………………………………………………… 138
6.1.2 接口卡的硬件設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 138
6.1.3 接口卡同監(jiān)控主機(jī)連接 ……………………………………………………… 142
6.1.4 I/O端口地址 ………………………………………………………………… 143
6.1.5 接口卡同監(jiān)控主機(jī)通信 ……………………………………………………… 143
6.1.6 接口卡同分站的通信 ………………………………………………………… 143
6.2 新型KJJ26傳輸接口設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 144
6.2.1 接口總體設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 144
6.2.2 主控板設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 145
6.2.3 RS485通信板電路設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 147
6.2.4 接口軟件設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 148
習(xí)題6……………………………………………………………………………………… 152
第7章 監(jiān)控主站軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 153
7.1 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)概述 ………………………………………………………………… 153
7.1.1 監(jiān)控軟件需求 ………………………………………………………………… 153
7.1.2 監(jiān)控軟件功能描述 …………………………………………………………… 156
7.1.3 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)流程 …………………………………………………………… 157
7.1.4 監(jiān)控軟件總體結(jié)構(gòu)與過(guò)程設(shè)計(jì) ……………………………………………… 158
7.1.5 監(jiān)控軟件測(cè)試 ………………………………………………………………… 159
7.2 監(jiān)控軟件詳細(xì)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 161
7.2.1 初始化設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 161
7.2.2 數(shù)據(jù)處理 ……………………………………………………………………… 162
7.2.3 報(bào)警處理 ……………………………………………………………………… 165
7.2.4 控制機(jī)制 ……………………………………………………………………… 165
7.2.5 系統(tǒng)自檢 ……………………………………………………………………… 166
7.2.6 數(shù)據(jù)共享 ……………………………………………………………………… 166
7.3 KJ93監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………… 166
7.3.1 系統(tǒng)設(shè)置 ……………………………………………………………………… 167
7.3.2 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng) ……………………………………………………………… 168
7.3.3 數(shù)據(jù)視圖 ……………………………………………………………………… 176
7.3.4 圖形模擬 ……………………………………………………………………… 180
第8章 監(jiān)控系統(tǒng)安裝與調(diào)試……………………………………………………………… 184
8.1 監(jiān)控系統(tǒng)裝備 ……………………………………………………………………… 184
8.1.1 地面中心站裝備 ……………………………………………………………… 184
8.1.2 數(shù)據(jù)傳輸裝備 ………………………………………………………………… 185
8.1.3 監(jiān)控點(diǎn)裝備 …………………………………………………………………… 185
8.2 傳感器設(shè)置 ………………………………………………………………………… 192
8.2.1 甲烷傳感器設(shè)置 ……………………………………………………………… 192
8.2.2 其他傳感器的設(shè)置 …………………………………………………………… 202
8.3 安裝與調(diào)試 ………………………………………………………………………… 203
8.3.1 安裝準(zhǔn)備 ……………………………………………………………………… 203
8.3.2 軟件安裝 ……………………………………………………………………… 204
8.3.3 系統(tǒng)調(diào)試 ……………………………………………………………………… 205
習(xí)題8……………………………………………………………………………………… 207
第9章 礦井監(jiān)控新技術(shù)…………………………………………………………………… 208
9.1 礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸架構(gòu) ………………………………………………… 208
9.1.1 信息傳輸三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ……………………………………………………… 208
9.1.2 礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng) ………………………………………………………… 209
9.2 以太網(wǎng)和TCP/IP ………………………………………………………………… 210
9.2.1 以太網(wǎng) ………………………………………………………………………… 210
9.2.2 TCP/IP協(xié)議 ………………………………………………………………… 211
9.3 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù) …………………………………………………………………… 212
9.3.1 工業(yè)以太網(wǎng)概述 ……………………………………………………………… 212
9.3.2 工業(yè)以太網(wǎng)性能指標(biāo) ………………………………………………………… 214
9.3.3 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議類(lèi)型 ………………………………………………………… 215
9.3.4 工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì) ………………………………………………………… 218
9.4 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在礦井監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 ……………………………………… 220
9.4.1 礦用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)要求 …………………………………………………… 220
9.4.2 礦用工業(yè)以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) …………………………………………………… 220
9.4.3 工業(yè)以太網(wǎng)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 …………………………………………… 221
9.5 井下無(wú)線(xiàn)通信技術(shù) ………………………………………………………………… 223
9.5.1 Wi Fi技術(shù)概述 ……………………………………………………………… 223
9.5.2 Wi Fi技術(shù)在礦井監(jiān)控中的應(yīng)用 …………………………………………… 224
9.6 礦井無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù) ……………………………………………………… 227
9.6.1 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述 ……………………………………………………… 227
9.6.2 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)在礦井監(jiān)控中的應(yīng)用 ………………………………………… 229
習(xí)題9……………………………………………………………………………………… 231
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