摘要：矿井安全监控系统是矿井安全生产中的重要环节，在矿井生产中占有非常重要的地位。矿井监控系统一般由传感器、执行机构、分站、电源箱 ( 或电控箱) 、主站 ( 或传输接口) 、主机 ( 含显示器) 、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPS- 电源、远程终端、网络接口电缆和接线盒等组成。
关键词：安全监控；传感器；研究
一、项目背景
硫磺沟煤矿（4-5）04工作面单巷道长度都超过2000米，现使用的KJ90NB安全监控系统中KJ90-F16型监控分站电源箱到传感器的最大传输距离2km，（使用MHYVPI*4电缆，单芯截面积不小于1.52平方）；分站电源箱到控制执行器的最大传输距离2km。为了使KJ90-F16型监控分站挂载的各种传感器数据稳定的传输，需对KJ90-F16型监控分站进行升级改造。
二、项目概况
安全监控系统传感器远距离传输技术针对煤矿安全生产需要，将各种传感器采集到的模拟量传输到监控中心站。由于煤矿井下工作面分散且距离较远，模拟量需要传输的距离大于3 km，而目前的传感器由于供电和功耗的问题一般只能达到2 km左右，满足不了煤矿生产现场实际需要。因而提高传感器的传输距离成为目前保证煤矿安全生产的瓶颈所在，要解决矿用传感器超远距离传输问题，首先必须研究分析远距离传输原理，找到解决问题的有效方法。KJ90-F16型监控分站是煤矿安全监控系统中用于接收来自传感器的信号，并按预先约定的方式远距离传送给环网交换机，同时，接收来自环网交换机多路复用信号的装置。分站还具有线性校正、超限判别、逻辑运算等简单的数据处理、对传感器输入的信号和传输接口传输来的信号进行处理的能力，控制执行器工作。
由于硫磺沟煤矿现使用的KJ90NB综合安全监测监控系统中KJ90-F16型监控分站电源箱到传感器的最大传输距离2km，使用MHYVPI*4电缆，单芯截面积不小于1.52平方）；分站电源箱到控制执行器的最大传输距离2km。为了使KJ90-F16型监控分站挂载的各种传感器数据稳定的传输，需对KJ90-F16型监控分站进行升级改造。KJ90-F16型监控分站中只有18V的电源板，电容低超过2000米分站挂载的各种传感器数据无法稳定通过井下环网交换机传输到地面中心站，需要对18V的电源板进行升级改造，更换为24V的电源板使供电电容增大，达到超过2000米分站挂载的各种传感器数据稳定、准确的传输到地面中心站。
三、项目具体情况
1.项目施工条件
由于现使用的KJ90NB综合安全监测监控系统中KJ90-F16型监控分站电源箱到传感器的最大传输距离2km， 使用MHYVPI*4电缆，单芯截面积不小于1.52平方）；分站电源箱到控制执行器的最大传输距离2km。为了使KJ90-F16型监控分站挂载的各种传感器数据稳定的传输，需对KJ90-F16型监控分站进行升级改造。KJ90-F16型监控分站中只有18V的电源板，电容低超过2000米分站挂载的各种传感器数据无法稳定通过井下环网交换机传输到地面中心站，需要对18V的电源板进行升级改造。
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2.项目实施和技术难点
KJ90-F16型监控分站中只有18V的电源板电容低，通过改造为24V的电源板使供电电容增大，达到超过2000米分站挂载的各种传感器数据稳定、准确的传输到地面中心站。
降低负载电容。动态功耗与负载电容呈正比关系，因此减小负载电容成为降低功耗的另一个重要途径。在CMOS电路中，电容主要由两方面构成: 一是栅电容和节点电容，与器件工艺有关; 二是连线电容，值得注意的是，随着工艺的发展，连线电容逐渐超过器件电容。为了减小电容，在工艺方面可以选择小的器件，物理设计时减小连线长度。
根据上述原则，低功耗传感器设计的一般方法如下:
1）合理选用低功耗器件和芯片。现代检测系统，都离不开微处理器芯片。对于低功耗传感器，自然应该采用低功耗的微处理器芯片。微处理器功耗主要由工作电压、运行时钟、内部逻辑复杂度以及制作工艺决定，工作电压越高、运行速度越快，其功耗越大。在微处理器 选取方面，首先考虑选用超低功耗的微处理器，此外还应选用低功耗或微功耗的外围器件，这样才能降低总体功耗。
2）选择低功耗的工作方式。在低功耗系统中，应该关注电源管理技术，通过软件和硬件使各个功能模块处于空闲模式或休眠模式，充分利用系统的“空闲”和“休眠”模式，来降低功耗。
3）采用合理的电源管理技术。降低工作电压和频率可以明显降低功耗，但同时也牺牲了速度和性能，因而简单地降低整个芯片的工作电压和频率会使得整体电路性能受损。针对电路不同模块、不同时刻对速度的不同要求，使用不同的工作电压和频率，既可保证整体电路的高速度，又可节省动态功耗。
在巷道口原来所安装分站更换电源箱，增加电压，因为我们监测分站和终端传感器的最大供电电压都是24V，我们只要把电源箱供电电压从18v增大到24v可以了，这就是把原来电源箱内的18v电源板成24v电源板，这种方法就是通过增加分站输出电压，间接提高终端传感器输入电压，但是随着巷道距离的继续延伸，电压还是会降低。
四、项目方法原理
安全监控系统传感器供电改造从2015年1月开始施工，将KJ90-F16分站中的18v主板，更换为24v主板。并将24v主板上的电容由原来的330uf更换为470uf，来解决传感器电源供电不足的问题。节省了时间和投资。目前安全监控系统传感器供电亦可以满足2800m的供电，并稳定运行。
参考文献
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［3］ 张梅，王 芳．矿井局部通风机的模糊PID控制器设计
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［5］ 张宇，李鸣，汤志彪，等，基于S7－300PLC的电加热器模糊控制编程实现［J］.南昌大学学报，2005( 3) : 59－63．
论文作者:王磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/18
标签：传感器论文; 分站论文; 电容论文; 功耗论文; 电压论文; 监控系统论文; 电源论文; 《电力设备》2017年第8期论文;