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基于μC/OS-II操作系统KDG15A型远程控制开关的研究

2013-11-13 11:21
野明月
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  作者:夏云

  本文结合目前煤矿综合自动化的需要,详细介绍KDG15型远程控制开关的在研发方案、软硬件系统设计,并在μ C/OS-II嵌入式操作系统的基础上简单介绍了系统的软件流程。该远程开关充分利用六大系统的KJ95N型煤矿综合监控系统,为井下远控系统的建立提供了便利,并能增加系统的可靠性。

  1.前言

  随着煤矿综合自动化程度的提高,井下网络系统的应用也越来越广泛,通过网络系统不仅能在井下现场操作各种设备,同时能在地面实现远程控制,而且能在地面实时监测各种设备的运行参数等,真正实现远程综合自动化系统。

  目前国内现场的远程控制开关种类比较繁杂,造成系统接人控制总线种类大,给现场应用造成困难,我单位目前研制的KDG15A型远程控制开关是KJ95N型煤矿综合监控系统的配套产品,通过现场总线RS485,用于远距离控制设备的开关,同时带有馈电状态检测功能,可反映被控设备的状态。

  2.需求及技术分析

  随着井下自动化程度的提高,井下各种设备的控制及监控系统,可以挪移到地面控制中心,实现集中控制,减少了人工系统,例如井下中央水泵房排水系统,当水仓达到井下警戒水位后,必须及时开启井下水泵向地面排水,这时就要逐一开启相应的设备,例如首先把相应管路的阀门开启到位,并需监测阀门是否开启到位;然后开启真空泵向主排水泵抽真空,确保真空后,再开启主排水泵,这样的一系列操作必须在现场安装远程控制开关。

  又例如井下的皮带机控制系统,由于井下皮带系统可以实现远距离运输,皮带机路线长,但皮带机系统根据煤矿安全规程要求必须安设温度保护、速度保护、烟雾保护、跑偏保护、满煤保护、沿线紧急停车、纵撕保护等8大保护系统,这几大保护如何在远距离实现,必须在现场安装远程控制开关。

  因此远程控制开关的应用在煤矿现场中非常广泛,我单位根据目前煤矿的具体现状,结合煤矿必须具备的六大系统中的监测监控系统,综合分析后决定研发KDG15A型远程控制开关,并选择RS485现场总线,方便接入目前常用的KJ95N型煤矿综合监控系统,给用户提供了方便可靠的远程控制开关。

  3.KDG15A型远程控制开关硬件设计

  3.1 CPU控制器的选型

  KDG15A型远程控制开关选用PHILIPS公司最新的LPC2119控制器作为系统CPU,该控制器是基于支持实时仿真和一个跟踪的16/32位ARM7TDMI-STM CPU,同时带有128/256 kB(字节)嵌入的高速Flash存储器。宽度128位的存储器接口和很独特的加速结构能够使32位代码在最大时钟速率下运行。对系统代码规模有非常严格控制的应用,可选择16位Thumb模式将代码的规模降低超过30%,而系统性能的损失却很小。

  L P C 2 1 1 9控制器为非常小的6 4脚封装、非常低的功耗、几个32位定时器、4通道10位ADC、2路CAN、PWM通道、46个GPIO以及多达9个外部中断。并且内置了宽范围的RS485串行通信接口。

  具体的系统图如图1所示。

基于μ C/OS-II操作系统KDG15A型远程控制开关的研究

  3.2 系统电源的设计

  KDG15A型远程控制开关考虑到要搭接KJ95N型煤矿综合监控系统,由于KJ95N型煤矿综合监控系统中具有9-18直流电源电压,只需在内部简单增加电源滤波以及相应5V、3.3V LM1117-3.3和1.8VLM1117-1.8型电源转换就可以了,在此不在啰嗦。

  3.3 抗干扰电路的设计

  由于井下各种信号的电磁干扰比较强。为了防止共摸干扰和差模干扰引入到KDG15型开关内部,对芯片以及其他相应硬件造成损坏,因此在各种继电器开关量和系统采集电路之间相应加了光电隔离器,增加系统抗干扰的能力。开关量的光电隔离抗干扰电路图如图2所示:

基于μ C/OS-II操作系统KDG15A型远程控制开关的研究

  3.4 RS485电路的设计

  作为目前常用的通讯接口, 选用ADM487作为RS-485通信元件,同时考虑到系统的抗干扰性在485电路中增加3个快速光耦,这样配置不仅设计简单而且价格实惠。具体不在啰嗦,详见图3.

基于μ C/OS-II操作系统KDG15A型远程控制开关的研究

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