摘要:在煤矿安全日益重视的今天,煤矿井下的水位监测成了煤矿安全运行的一个重要任务。本文将介绍一种基于RS-485总线远距离通信的矿井水位监控系统。RS-485是工业现场最常见的一种串行总线形式,相比于RS-232C而言,它具有传输速率快、传送距离远、多机通信简单等特点。对于尚未安装工业以太网的煤矿而言,采用RS485总线,非常的合适。在本系统中,单片机首先读取传感器信号,计算分析后,再通过RS485总线传输到矿井地面。
关键词:RS-485 水位监控系统
煤矿安全日益受到重视,而水害更是煤矿安全中最为关键的问题之一[1,2],如何监控井下水位,成了一个重要的课题。在本为中介绍的系统是基于RS485总线的远距离水位监控系统,采用AT89s52单片机为核心构成下位机,通过液位传感器把要测量的水位信息转换为4~20mA的标准电流信号,然后把标准电流信号通过电流/电压变送器转换为0~5V的电压信号。0～5V的模拟电压经过模数转化为数字量,利用单片机读取水位值。由于需要进行RS-485的串行通信,因此选用MAX485实现TTL电平与TIA/EIA-485-A之间的电平转换。对于井上计算机,为了接收该数据,上位机选用波士电子生产的U485A型转换器来实现RS-485/RS-232转换。
1、硬件电路设计
基于RS485总线的远距离水位监控系统硬件主要包括信号采集处理模块、主电路模块、RS485通信模块和显示模块,下面一一介绍。
1.1 信号采集处理部分
基于RS485总线的远距离水位监控系统,通过液位传感器把要测量的水位转换为4～20mA的标准电流信号,然后把标准电流信号通过电流/电压变送器转换为0～5V的电压信号。
在此液位传感器采用磁浮子液位计,磁浮子液位计又叫磁翻板或磁翻柱液位计,是玻璃板、玻璃管液位计的升级换代产品。就地显示无须电源,显示部分和介质完全隔离,不会因介质污染显示条而使观测受到影响。同时又具有玻璃板液位计不具备的特点。如不会担心因温度或压力产生破裂,可捆绑磁性开关,并且可根据需要调节开关点位置,可根据需要安装捆绑式液位变送器,输出4～20mA信号。从而实现远距离检测或控制。
磁性浮子式液位计是以磁性浮子为感应元件,并通过磁性浮子与显示色条中磁性体的耦合作用,反映被测液位或界面的测量仪表。
磁性浮子式液位计和被测容器形成连通器,保证被测量容器与测量管体间的液位相等。当液位计测量管中的浮子随被测液位变化时,浮子中的磁性体与显示条上显示色标中的磁性体作用,使其翻转,红色表示有液,白色表示无液,以达到就地准确显示液位的目的。
还可根据工程需要,配合磁控液位计使用,可就地数字显示,或输出4～20mA的标准远传电信号,以配合记录仪表,或工业过程控制的需要。也可以配合磁性控制开关或接近开关使用,对液位监控报警或对进液出液设备进行控制。
ISO EM系列隔离放大器是一种磁电隔离的混合集成电路,该IC在同一芯片上集成了一个多隔离的DC/DC变换电源和一组磁电耦合的模拟信号隔离放大器,它采用磁电偶合的低成本方案,主要用于对EMC（电磁干扰）无特殊要求的场合。抗EMC（电磁干扰）能力较差,特殊使用场合应注意增加电磁干扰抑制电路或采取屏蔽措施。
在本系统中,采用具体型号为ISO EM-A4-P3-O4的直流电压/电流信号隔离放大器,可以实现4～20mA/0～5V的转换,模块供电电源为5V。
1.2 主电路模块
1.3 RS485通信模块
1.4 显示模块
2、系统软件流程
数据发送程序流程如图6所示。进入程序后,依次将起始字节、地址字节、4个压力值数据字节、数据校验字节和停止字节从串口发送出去。进入程序后,首先将待发送字节送入SBUF寄存器,然后通过发送中断标志位TI的状态来判断数据是否已被送出,如果没有则继续等待,一直到TI位变为1。为了保证下一次数据的正常送出,再将TI位清零。将发送数据个数加1,检查8个字节的数据是否全部发送完毕。如果没有发送完毕则继续发送,反之则退出程序。
3、结语
本文介绍了一种基于RS-485总线远距离通信的矿井水位监控系统。该系统利用液位传感器将煤矿井下水位信息传送给系统核心——AT89s52单片机,经过计算处理后,将数据显示并利用RS-485串行总线传送至地面计算机。RS485技术成熟使用方便,对于尚未安装工业以太网的煤矿而言,采用RS485总线,非常的合适。
参考文献
[1]彭立军.矿井监测监控的发展[J].科技情报开发与经济,2003,13(4):205-206.
[2]虎维岳,田干.我国煤矿水害类型及其防治对策[J].煤炭科学技术,2010,38(1):92-96.