10-KJ70N-F监控分站.doc

KJ70N培训教材第二节 KJ70N-F型监控分站一、简介KJ70N-F是一个以78E58单片机为CPU核心的微型计算机系统，可挂接多种传感器，能对井下的各种环境参数如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测。KJ70N-F还具有多通道、多种制式的信号采集功能和通讯功能，能及时将监测到的各种环境参数、生产状态传送给地面中心站，并执行中心站发出的各种命令。同时，KJ70N-F还能就地监测和显示被测设备的运行状况及检测参数，及时发出报警和断电控制信号。二、 主要功能和特点KJ70N-F具有16个输入通道，可根据井下需要任意接挂模拟量或开关量传感器。具有能采集多种制式传感器信号的功能；能独立进行超限判别和断电；能准确执行地面中心站发送的各种控制命令；能及时向地面中心站发送采集到的各类数据和状态信号；所带电源箱配有备用电池，能在井下电网断电时，确保分站持续工作2小时以上；KJ70N-F通过国家防爆安全检验机关审查，许可在煤矿井下具有爆炸性危险的场所使用，属于矿用本质安全型设备，防爆标志为ibI(150)。三、主要技术指标3.1 供电电源a） 额定工作电压：DC12Vb） 工作电流：200mA3.2 信号制3.2.1 模拟量a） 除高低浓甲烷外，模拟量传感器输出信号都为（2001000）Hz频率信号，信号脉冲宽度大于0.3ms，高电平大于3V（输出电流为2mA时），低电平小于0.5V； b）高低浓甲烷：频率信号，（2001000）Hz对应检测范围（04）%CH4、（12002000）Hz对应检测范围（0100）%CH4；信号脉冲宽度大于0.15ms，高电平大于3V（输出电流为2mA时），低电平小于0.5V。3.2.2 累计量电平信号脉冲宽度不低于0.3s，高电平大于3V（输出电流为2mA时），低电平小于0.5V；计数范围：0-9999。3.2.3 开关量输入信号a） 电平信号：输出高电平时应不小于3.0V（输出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V，高电平对应逻辑“1”；低电平对应逻辑“0”；b） 电流信号：0mA/5mA，不大于0.5mA对应逻辑“0”，不小于3mA对应逻辑“1”。3.2.4 控制量输出信号：高电平输出电流为2mA时电压幅度大于3V，低电平小于0.5V。3.3 模拟量输入处理误差模拟量输入处理误差应不大于0.5%。3.4 累计量输入处理误差 累计量输入处理误差应不大于0.5%。3.5 系统信号传输 传输接口与监控分站通讯：a） 传输端口：1路； b） 传输方式：主从、半双工、RS485、双极性； c） 传输速率：1200bps； d） 通讯信号电压峰峰值：(2-9)V； e） 通讯信号电流峰值：不大于150mA。3.6 控制执行时间甲烷超限断电及甲烷风电闭锁的控制执行时间应不大于2s；其它控制执行时间应不大于30s；3.7 最大传输距离a）监控分站到传感器：2km (采用MHYVR通信电缆：截面积不小于1.5mm2)；b）监控分站到断电器：2km (采用MHYVR通信电缆：截面积不小于1.5mm2)；c）监控分站到声光报警器：2km(采用MHYVR通信电缆：截面积不小于1.5mm2)；d)数据传输接口到监控分站：10km(采用MHY32通信电缆：截面积不小于1.5mm2）。3.8 最大监控容量 a） 分站能接入传感器数量为16路，不区分模拟量和开关量； b） 分站能接入6路执行器。3.9 备用电源连续工作时间电网停电后，外接备用电源连续工作时间应不小于2h（可外接KDW17、KDW18及KHJ6.2电源）。3.10 电源波动适应能力直流供电电压在(924) V范围内波动时，分站的电气性能应符合规定。输入端口： 16个（模拟量、开关量可任意互换）控制输出： 6个输入信号类型： 频率、电流、触点输入信号范围： 2001000Hz 或 15mA 或 420 mA与中心站的通讯速率： 1200波特或2400波特与中心站的传输距离： 不小于10Km与传感器的传输距离： 不小于2Km分站总耗电电流： +18V100mA通讯方式： RS485使用环境温度: 0+40 使用环境相对湿度: 98%四 工作原理和主要结构KJ70N-F是一个以78E58单片机为CPU核心的微型计算机系统。工作中，KJ70N-F以RS485通讯方式对挂接在其各输入通道上的传感器类型进行定义、设置。定义、设置后，对于不同类型的传感器，单片机系统能自动将其内部的模拟开关切换到相应的转换电路上，并将由各输入端口得到的信号转换成频率信号。然后再对此频率信号进行整频、光电隔离处理，并输入单片机定时器进行采集。采集到的信号，在经过微型计算机系统的运算、分析、判断后，即可得出被监控对象的状态。如被监测量超过报警、断电设定值，分站即发出报警和断电控制信号。 KJ70N-F内部的单片机系统能随时把被测参数值的大小、设备工作状态、控制量输出状态，传感器或信号传输线故障状态等都转换为与此相对应的显示代码，通过设置的专用口送入显示电路，就地显示被测参数的实时值。同时，通过数据传输线送往地面中心站。1电路原理(1)单片机 KJ70N-F采用的是ATMEL公司生产的78E058单片机。芯片内有256个字节的RAM，8K程序存储器在也在片内，共有64K数据字节的地址空间（分站用8K字节），8位数据总线，低8位地址总线与数据线分时共用。地址线A0A12提供片外数据存储器地址。 (2)看门狗自动复位电路由大规模集成电路X2505及电阻电容构成的自动复位电路，当电源电压过低或分站发生意外造成程序跑飞时，即输出复位信号给单片机，使其自动复位，恢复正常运行。(3)参数保存 用电可擦数据存储器保存初始化参数及设置参数，掉电后不丢失，采用带电可擦除的X2505芯片，其存储量为512字节，掉电后数据可保存100年，擦写次数为100，000次，输入、输出数据及时钟由单片机的P1.0、P1.1、P1.6和P1.7提供。(4)输入数据采集 数据采集电路共16个通道，分别由取样电阻、滤波及限幅保护、跟随器、模拟多路选择开关、信号变换、整形、二分频、光电隔离等电路组成。它可支持200-1000HZ，1-5mA，4-20MA等信号制式。由78E058单片机控制相应的4051多路选择开关和74H573选择开关进行输入通道和信号制式的切换，频率型信号直接经过74HC14施密特整形电路、74HC74D触发器二分频电路、光电隔离电路进入单片机的定时器输入端；非频率型信号需经过LM331进行V/F变换，再经过74HC14施密特整形电路、74HC74D触发器二分频电路、光电隔离电路进入单片机的定时器输入端。然后单片机就能测到输入信号值。(5)控制输出 KJ70N-F的6路控制输出C1、C2、C3、C4、C5、C6分别由81C55I/O口PB输出，通过7404反向器后，前4路通过分站与电源箱的多芯连接电缆输出给电源箱，再由电源箱中的继电器控制本地用电设备的断电。后4路经过7404反向器后直接驱动主板上的继电器，输出触点信号，驱动外接断电器，控制远程或本地用电设备的断电。(6)分站与井上中心站通讯 KJ70N-F支持RS485的通讯方式。 RS485方式为半双工基带有极性通讯，该部分电路已直接设计在分站主板上，无需专门的通讯板。只经由线驱动及信号变换MAXIM1487芯片，通过KJ70N-J数据传输接口（RS485型）与地面中心站进行实时通讯，通讯速率为1200波特，通讯方式为两线有极性半双工，最远传输距离为15Km。分站在发送状态时，由发送电路将78E052发出的异步通讯信号转化为差分信号，经驱动电路、保护电路，光电隔离电路、传送线传送至地面中心站的数据传输接口装置。分站在接收状态时，通讯电路将中心站的差分信号，经光电隔离电路，然后接收端放大电路将其放大整形，再由接收电路将其还原为异步通讯信号，送至78E58通讯接收端。(7)数值及状态显示 显示电路采用串行显示方式，由MAXIM4013核心显示控制芯片及外围电路完成功能。分别由7位共阳极7段数码管和8个发光二极管组成，显示分站号，通道号、分站测得的数据及状态，电源工作状态，通讯状态及各被控制点的状态。(8)手动初始化 KJ70N-F除了可由系统地面中心站软件进行初始化定义设置，无须打开机盖。(9)隔离电源 由于智能型分站的核心是单片机，电路对电源要求较高，为了提高分站的可靠性，在电路中设计了稳压和DC/DC隔离电路，对相应的数字电路和模拟电路进行了有效的电源隔离。五、 结构图、原理框图、电原理图、电路安装图5.1 外观结构 铭 牌显示窗KJ70N-F外观结构图提 手传输通道输入输出通道(1)数码管显示窗： 其中有7位数码管，最左三位显示传感道号与传感器的类型。(2)上端发光二极管显示窗： 其中有8位发光二极管，左起前6个发光管依次代表控制输出通道1-6的控制状态，灯亮表示输出控制端口为高电平，灯不亮表示输出控制端口为低电平； 52内部结构图KJ70N-F内部结构图输出控制通道输入通道数据存储芯片电源、通讯指示灯看门狗程序芯片地址拨号开关通讯芯片匹配开关电源模块主传输通道电源通道KJ70N-F与各关联设备的连接示意图53原理图54电气原理图 55安装使用与连接图： 551地址与功能的设置：拔动开关设置：（线路板上拔动开关编号SW1）主机地址设置: 图中的第1-6位拨动开关用于设置主机地址号（第7位，第8位用于设置主机工作方式和输出口电平常态）,设定地址采用6位二进制编码,每一位拨向“ON”表示“0”,反之为“1”。拨动开关的第1-6位分别代表“1”，“2”，“4”“8”，“16”，“32”。主机实时读取SW1的地址，故设置完地址后不需重新上电。如需拨地址为6#主机时，只需把第2位和第3位开关拨至“ON”相反（即向下）的位置，如图所示：主机的工作方式设置：主机有两种工作方式：方式1为风电甲烷闭锁，方式2为普通主机工作方式。这两种工作模式可以通过线路板上的拨动开关的第7、8位进行设置，具体设置如下：a) 方式一设置：第7位开关向上，第8位开关向下，此时主机处于风电甲烷闭锁模式b) 方式二设置：第7位开关向下，此时的第8位开关用于选择输出口的电平常态，当第8位开关向上时，输出口正常的电平为低电平（常开），当主机发出断电控制时的电平为高电平；当第8位开关向下时，输出口正常的电平为高电平（常闭），当主机发出断电控制时的电平为低电平；过程中如需改变工作方式和输出口电平，设置好后必须对主机重新上电！552供电电源与分站的配接：主机可由三组电源供电, 第一组电源为主机本身和16路输出口供电；14路传感器的电源由第二组电源提供；58路传感器的电源由第三组电源提供；在使用过程中若电源容量允许(即使用一个电源)时,将主机板上相应接线端子的正负极进行短接；具体接线如下图电源与分站配接示意图553开关量传感器接线：电流输出的传感器接入（以接线端“X7”为例）：如图两线制无电位触点接入（以接线端“X8”为例）：如图开关量传感器与关联分站连接示意图544模拟量传感器接入：如下图传感器的供电电源由“V+”和“V-”提供，传感器输出信号（200-1000）Hz正、负端分别接入“IN1+”和“IN1-”；模拟量传感器与关联分站连接示意图555控制输出口接线：如下图主机的6个输出口，与KHJ6.3断电器、KHJ6.4声光报警器及KHJ6.2电源继电器箱相接可实现断电闭锁/复电解锁或报警功能。控制输出口与关联设备配接发光二极管指示 从左至右依次：1-6输出端口状态：红灯亮表示控制输出口输出为高电平；红灯灭表示控制输出口输出为低电平7-8位通讯指示灯：状态显示具体含义：接收指显灯：主机接收到上一级数据闪烁，接收不到数据时熄灭；发送指显灯：主机返回数据至上一级时闪烁，接收数据不对时熄灭6.分站显示6.1 数码管及指显灯含义：6.1.1 分站板电源指显灯（LED3红色）：主机接通电源后处于常亮状态；6.1.2 分站板接收指显灯（LED2绿色）：主机接收到上一级数据闪烁，接收不到数据时熄灭；6.1.3 分站板发送指显灯（LED1红色）：主机返回数据至上一级时闪烁，接收数据不对时熄灭。6.1.4 数码显示含义：a） 各个指示灯及数码管的具体作用见上图8；b） 第一步：分站上电的瞬间显示程序版本号：“UX.X”；c） 第二步：显示工作方式“- - - X X”，如方式一则为 “- - -1 1 ”d） 第三步：显示当前分站地址号“ A d X X X”；e） 第四步：显示第1-16号输入端口的设备情况及数据信息； （1）设备类型数码管所代表含义：A - - - - - 模拟量 E - - - - - 开关量 L - - - - - 累计量 n - - - - - 未配置 （2）端口号数码管：从1-16号依次进行显示；端口号的低位小数点亮时则代表当前分站正处于风电甲烷闭锁上电闭锁 （3）数据信息数码管：显示当前端口的数据信息，具体含义如下： 模拟量：后3位数码管显示- - -（三个中杠）- - 信号线断线或没接设备； 后3位数码管显示- - -（三个上杠）- - 当前端口频率信号超限； 后3位数码管显示XXX.X或X.XX - - 当前端口正常的数据信息； 开关量：最后一位显示0- - 当前端口的开关量状态为“0”则设备处于停止状态； 最后一位显示1- - 当前端口的开关量状态为“0”则设备处于开启状态； 累计量：后4位数码显示0000时代表当前累计量的值为0，其它值代表正常数值； 当端口未配置时则后四位数码管不显示任何数值。（4）举例说明： 显示“A06 0.08”- - 代表第6号端口配置的是模拟量，分站监测其值为“0.08”； 显示“E08 1”- - 代表第8号端口配置的是开关量，其状态为“开启”状态； 显示“L09 1168”- - 代表第9号端口配置的是累计量，累计量值为“1168”； 显示“n16 ”- - 代表第16号端口未配置任何设备；f） 第五步：返回第二步显示，依次循环。7使用维修注意事项(1)与分站连接