基于嵌入式PLC的矿井排水监控系统的研究

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矿井排水系统承担着煤矿主要的涌水排出任务。目前,我国大多数矿井排水系统仍采用人工监测、继电器控制的方法,而由继电器控制的矿井排水系统可靠性不高、应急能力较差,存在一定的安全隐患。本文在查阅矿井排水系统相关文献的基础上,结合嵌入式PLC技术及传感器技术,研发设计了基于嵌入式PLC的矿井排水监控系统。参考目前常用的水泵房构建原理和设计方法,确定了矿井排水系统整体架构,结合监控系统实际功能需求,对水泵、传感器等重要元器件进行可合理选型。确定矿井排水监控系统总体方案,并给出排水系统控制策略。分析现有自动化排水系统控制器原理,充分利用嵌入式PLC成本低、兼容性好、可拓展性强等优势,对矿井排水监控系统下位机进行了开发。选用ATMEL公司推出的AVR系列单片机ATMEGA169作为控制器的主控芯片。首先完成了电源及复位模块的设计。其次利用ATMEGA169的内部嵌入式功能,在其内部8路10位精度A/D转换器基础上,完成了模拟量采集模块的设计;在其内部USART基础上,完善了与上位机的串行通信模块设计。然后结合系统实际功能需求,实现了控制输出模块设计。最后完成了系统程序的设计与编写。在下位机系统开发完成的基础上,利用VC++6.0软件开发平台,采用模块化设计思想,对监控系统上位机监控软件进行开发。选择双向链表结构作为梯形图程序的底层数据存储结构,采用正向深度优先扫描算法完成梯形图程序向语句表的转化。以C语言作为指令表语句向下位机目标代码转换的中间过渡代码,并利用AVRStudio软件平台的G-CC编译实现C语言向目标代码的转换,从而实现了整个嵌入式PLC控制器的开发。利用串口采集和数据库技术实现了排水监控系统参数监测显示功能。最后,在实验室现有条件下,搭建了排水监控系统验证平台,对系统可行性进行了验证。
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