煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)及安全管理

貴州大學(xué)大學(xué)機(jī)電工程系2021.6

煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)及平安管理煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)與平安管理煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介1煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)2礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)安全管理3.第一節(jié)煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是指具有模擬量、開(kāi)關(guān)量、累計(jì)量采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理、顯示、打印、聲光報(bào)警、控制等功能，用于煤礦通風(fēng)平安及生產(chǎn)環(huán)節(jié)監(jiān)控的系統(tǒng)，包括煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦瓦斯抽采〔放〕監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦膠帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)那個(gè)、煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、礦山壓力監(jiān)控系統(tǒng)、煤與瓦斯突出監(jiān)控系統(tǒng)、人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

.第一節(jié)煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、礦井平安監(jiān)控技術(shù)開(kāi)展概況礦井平安監(jiān)控技術(shù)是伴隨煤炭工業(yè)開(kāi)展而逐步開(kāi)展起來(lái)的。1815年，英國(guó)創(chuàng)造了世界上第一種瓦斯檢測(cè)儀器——瓦斯檢定燈，利用火焰的高度來(lái)測(cè)量瓦斯?jié)舛取?0世紀(jì)30年代日本創(chuàng)造了光干預(yù)瓦斯檢定器，一直延用至今。40年代，美國(guó)研制了檢測(cè)瓦斯氣體的敏感元件——鉑絲催化元件。1954年，英國(guó)采礦平安研究所〔SMRE〕制成了最早的載體催化元件。60年代以后，主要產(chǎn)煤國(guó)家都把開(kāi)展載體催化元件作為瓦斯檢測(cè)儀器的主攻方向。電子技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了瓦斯監(jiān)測(cè)裝置的進(jìn)一步開(kāi)展，首先是研制小型化個(gè)人攜帶式儀器，以后是礦井監(jiān)控系統(tǒng)，如70年代后期法國(guó)研制的CTT63/40礦井監(jiān)控系統(tǒng)、英國(guó)的MINOS系統(tǒng)、美國(guó)的SCADA系統(tǒng)等。.第一節(jié)煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介我國(guó)礦井平安監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低水平到高技術(shù)的開(kāi)展過(guò)程。從建國(guó)初期到70年代，煤礦下井人員主要使用光學(xué)瓦斯檢定器、瓦斯檢定燈、檢知管、風(fēng)表等攜帶式儀器檢測(cè)井下環(huán)境參數(shù)。60年代初期，我國(guó)開(kāi)始研制載體催化元件，1964年煤炭部組織有關(guān)研究所、制造廠攻關(guān)，研制了第一種到達(dá)使用水平的載體催化元件；接著，撫順煤礦平安儀器廠研制出以該元件為傳感器的AQR-1型瓦斯測(cè)量?jī)x。隨著敏感元件制造水平的提高和電子技術(shù)的開(kāi)展，特別是大規(guī)模集成電路、微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使監(jiān)控技術(shù)進(jìn)入了新的開(kāi)展時(shí)期。70年代瓦斯斷電儀問(wèn)世，裝備在采掘工作面、回風(fēng)巷道等井下固定地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦斯的自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)及超限時(shí)自動(dòng)切斷被控設(shè)備的電源；隨后，陸續(xù)研制了便攜式瓦斯檢測(cè)報(bào)警儀、瓦斯報(bào)警礦燈。.第一節(jié)煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介80年代初期，從歐美國(guó)家先后引進(jìn)了數(shù)十套礦井監(jiān)控系統(tǒng)，如法國(guó)的CTT63/40系統(tǒng)、波蘭的CMC-1系統(tǒng)、CMM-20系統(tǒng)、英國(guó)的MINOS系統(tǒng)、西德的TF200系統(tǒng)、美國(guó)的DAN6400系統(tǒng)及配套的傳感器和便攜式儀器裝備礦井，并相應(yīng)地引進(jìn)了局部監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器和敏感元件的制造技術(shù)，由此推動(dòng)了我國(guó)礦井平安監(jiān)控技術(shù)的開(kāi)展進(jìn)程。1983年以后，國(guó)內(nèi)有多種型號(hào)礦井監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)了技術(shù)鑒定，逐步實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井平安、生產(chǎn)方面多種參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)處理。目前，我國(guó)已有數(shù)十家科研、制造單位生產(chǎn)礦井監(jiān)控系統(tǒng)、各種傳感器、瓦斯報(bào)警斷電儀、瓦斯遙測(cè)報(bào)警斷電儀、風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置、自動(dòng)排瓦斯裝置、便攜式瓦斯檢測(cè)報(bào)警儀、智能式瓦斯檢測(cè)報(bào)警記錄儀、瓦斯氧氣雙參數(shù)檢測(cè)報(bào)警儀、多參數(shù)檢測(cè)儀、瓦斯報(bào)警礦燈等數(shù)百種監(jiān)控產(chǎn)品。

.第一節(jié)煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介90年代以后，隨著電子技術(shù)的開(kāi)展，特別是計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的開(kāi)展，特別是總線傳輸技術(shù)的開(kāi)展，煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)開(kāi)展成為一個(gè)綜合、復(fù)雜的多功能系統(tǒng)。如KJ90煤礦平安綜合監(jiān)控系統(tǒng)，KJ126煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)，KJ95平安監(jiān)控系統(tǒng)，KJF2000平安監(jiān)控系統(tǒng)等，涉及到傳感器、電工技術(shù)、電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)控制、化學(xué)等多門(mén)學(xué)科，與礦山的采、掘、機(jī)、運(yùn)、通等生產(chǎn)環(huán)節(jié)緊密相關(guān)，功能復(fù)雜，技術(shù)難度高，要求監(jiān)控技術(shù)人員具有較高的技術(shù)素質(zhì)。.第一節(jié)煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介二、煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的分類(lèi) 煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)可按照監(jiān)控目的、信號(hào)傳輸方式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，如按傳輸信號(hào)復(fù)用方式分為：時(shí)分制系統(tǒng)、頻分制系統(tǒng)、碼分制系統(tǒng)、復(fù)合復(fù)用方式〔同時(shí)采用頻分制、時(shí)分制、碼分制中兩種或兩種以上的系統(tǒng)〕；按系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為：樹(shù)形、環(huán)形、星形、總線形等；按傳輸信號(hào)的調(diào)制方式可分為：基帶、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等；按工作方式可分為：主從方式、多主方式等。.第一節(jié)煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介按監(jiān)控目的分類(lèi)：〔1〕煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)〔2〕煤礦瓦斯抽采〔放〕監(jiān)控系統(tǒng)〔3〕煤礦軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)〔4〕煤礦膠帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)〔5〕提升運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)〔6〕煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)〔7〕煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)〔8〕煤礦火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)〔9〕礦山壓力監(jiān)控系統(tǒng)〔10〕煤與瓦斯突出監(jiān)控系統(tǒng)〔11〕人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)〔12〕綜合監(jiān)控系統(tǒng).第二節(jié)煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)煤礦平安監(jiān)控的主要內(nèi)容包括：對(duì)井下CH4、CO、O2、CO2等氣體濃度的檢測(cè)；對(duì)風(fēng)速、風(fēng)量、氣壓、溫度、粉塵濃度、水位等環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)；對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控等。煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)一般由傳感器、井下分站、傳輸線路、地面中心站、監(jiān)控軟件組成，如以下圖所示：.平安監(jiān)控系統(tǒng).圖1煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng).第二節(jié)煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)一、煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)根本構(gòu)成1.傳感器2.井下監(jiān)控分站井下監(jiān)控分站是一種以嵌入式芯片為核心的微機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可掛接多種傳感器，能對(duì)井下多種環(huán)境參數(shù)諸如瓦斯、風(fēng)速、一氧化碳、負(fù)壓、設(shè)備開(kāi)停狀態(tài)等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，具有多通道，多制式的信號(hào)采集功能和通訊功能，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)或總線方式能及時(shí)將監(jiān)測(cè)到的各種環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)傳送到地面中心站，并執(zhí)行中心站發(fā)出的及時(shí)發(fā)出報(bào)警和斷電控制信號(hào)。3.信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)到的信號(hào)傳送到地面中心站的信號(hào)通道。如無(wú)線傳輸信道、電纜、光纖等。4.地面中心站.二、煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備〔一〕傳感器1.上下濃度甲烷傳感器2.一氧化碳傳感器3.礦用氧氣傳感器4.溫度傳感器5.風(fēng)速傳感器6.煙霧傳感器7.開(kāi)停傳感器.二、煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備〔二〕、便攜式氣體檢測(cè)報(bào)警儀〔三〕、甲烷報(bào)警礦燈〔四〕、井下分站〔五〕、平安監(jiān)控系統(tǒng).傳感器煤礦平安監(jiān)測(cè)主要通過(guò)檢測(cè)儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)簡(jiǎn)單的檢測(cè)儀器通常由傳感器、信號(hào)變換電路及電源等局部構(gòu)成。借助于敏感元件，對(duì)被測(cè)物理量進(jìn)行檢測(cè)和信號(hào)變換，輸出模擬量信號(hào)或開(kāi)關(guān)量信號(hào)的裝置，稱(chēng)為傳感器。傳感器主要由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、測(cè)量及變換電路和電源等組成，如下圖。被測(cè)量敏感元件轉(zhuǎn)換元件電源測(cè)量電路.地面中心站煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中心站是煤礦環(huán)境平安和生產(chǎn)工況監(jiān)控系統(tǒng)的地面數(shù)據(jù)處理中心，用于完成煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的信息采集、處理、儲(chǔ)存、顯示和打印功能，必要時(shí)還可對(duì)局部生產(chǎn)環(huán)節(jié)或設(shè)備發(fā)出控制指令和信號(hào)，中心炸一般由主控計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備和監(jiān)控軟件組成，通常設(shè)置在煤礦監(jiān)控中心或生產(chǎn)調(diào)度室中。.上下濃度甲烷傳感器主要用于監(jiān)測(cè)高瓦斯煤礦井下環(huán)境氣體中的瓦斯?jié)舛?，可以連續(xù)自動(dòng)地將井下沼氣濃度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備，并具有就地顯示沼氣濃度值，超限聲光報(bào)警等功能。還可與各類(lèi)型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及斷電儀、風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置配套，適宜在煤礦采掘工作面、回風(fēng)巷道等地點(diǎn)固定使用。采用熱催化原理與熱導(dǎo)原理相結(jié)合來(lái)測(cè)量沼氣濃度，克服了單一元件測(cè)量過(guò)程中的不穩(wěn)定現(xiàn)象，具有性能穩(wěn)定、測(cè)量精確、響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)鞏固、易使用易維護(hù)等特點(diǎn)。并具有遙控調(diào)校、斷電控制、故障自校自檢等新功能。.井下分站KJ90-F8/KJ90-F16型井下監(jiān)控分站〔以下簡(jiǎn)稱(chēng)分站〕是一種以嵌入式芯片為核心的微機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可掛接多種傳感器，能對(duì)井下多種環(huán)境參數(shù)諸如瓦斯、風(fēng)速、一氧化碳、負(fù)壓、設(shè)備開(kāi)停狀態(tài)等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，具有多通道，多制式的信號(hào)采集功能和通訊功能，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)或總線方式能及時(shí)將監(jiān)測(cè)道德各種環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)傳送到地面并執(zhí)行中心站發(fā)出的各種命令，及時(shí)發(fā)出報(bào)警和斷電控制信號(hào)。.第三節(jié)礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)平安管理一、礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)一般規(guī)定1.煤礦企業(yè)應(yīng)建立平安儀表計(jì)量檢驗(yàn)制度。2.高瓦斯礦井、煤〔巖〕與瓦斯突出礦井，必須裝備礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)。沒(méi)有裝備礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)的礦井的煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷的掘進(jìn)工作面，必須裝備甲烷風(fēng)電閉鎖裝置或甲烷斷電儀和風(fēng)電閉鎖裝置。沒(méi)有裝備礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)瓦斯涌出的巖巷掘進(jìn)工作面，必須裝備風(fēng)電閉鎖裝置。沒(méi)有裝備礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)的礦井的采煤工作面，必須裝備甲烷斷電儀。3.采區(qū)設(shè)計(jì)、采掘作業(yè)規(guī)程和平安技術(shù)措施，必須對(duì)平安監(jiān)控設(shè)備的種類(lèi)、數(shù)量和位置，信號(hào)電纜和電源電纜的敷設(shè)，控制區(qū)域等做出明確規(guī)定，并繪制布置圖。4.煤礦平安監(jiān)控設(shè)備之間必須使用專(zhuān)用阻燃電纜或光纜連.第三節(jié)礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)平安管理接，嚴(yán)禁與調(diào)度電纜或動(dòng)力電纜等共用。防爆型煤礦平安監(jiān)控設(shè)備之間的輸入、輸出信號(hào)必須為本質(zhì)平安型信號(hào)。 平安監(jiān)控設(shè)備必須具有故障閉鎖功能：當(dāng)與閉鎖控制有關(guān)的設(shè)備未投入正常運(yùn)行或故障時(shí)，必須切斷該監(jiān)控設(shè)備所監(jiān)控區(qū)域的全部非本質(zhì)平安型電氣設(shè)備的電源并閉鎖；當(dāng)與閉鎖控制有關(guān)的設(shè)備工作正常并穩(wěn)定運(yùn)行后，自動(dòng)解鎖。 礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)必須具備甲烷斷電儀和甲烷風(fēng)電閉鎖裝置的全部功能；當(dāng)主機(jī)或系統(tǒng)電纜發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)必須保證甲烷斷電儀和甲烷風(fēng)電閉鎖裝置的全部功能；當(dāng)電網(wǎng)停電后，系統(tǒng)必須保證正常工作時(shí)間不小于2h；系統(tǒng)必須具有防雷電保護(hù)；系統(tǒng)必須具有斷電狀態(tài)和饋電狀態(tài)監(jiān)測(cè)、報(bào)警、顯示、存儲(chǔ)和打印報(bào)表功能；中心站主機(jī)應(yīng)不少于2臺(tái)，1臺(tái)備用。.二、安裝、使用和維護(hù)的平安管理1.安裝斷電控制系統(tǒng)時(shí)，必須根據(jù)斷電范圍要求，提供斷電條件，并接通井下電源及控制線。平安監(jiān)控設(shè)備的供電電源必須取自被控制開(kāi)關(guān)的電源側(cè)，嚴(yán)禁接在被控開(kāi)關(guān)的負(fù)荷側(cè)。 撤除或改變與平安監(jiān)控設(shè)備關(guān)聯(lián)的電氣設(shè)備的電源線及控制線、檢修與平安監(jiān)控設(shè)備關(guān)聯(lián)的電氣設(shè)備、需要平安監(jiān)控設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，須報(bào)告礦調(diào)度室，并制定平安措施前方可進(jìn)行。2.平安監(jiān)控設(shè)備必須定期進(jìn)行調(diào)試、校正，每月至少1次。甲烷傳感器、便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀等采用載體催化元件的甲烷檢測(cè)設(shè)備，每7天必須使用校準(zhǔn)氣樣和空氣樣調(diào)校1次。每7天必須對(duì)甲烷超限斷電功能進(jìn)行測(cè)試。 平安監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，必須及時(shí)處理，在故障期間必須有平安措施。.二、安裝、使用和維護(hù)的平安管理3.必須每天檢查平安監(jiān)控設(shè)備及電纜是否正常，使用便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀或便攜式光學(xué)甲烷檢測(cè)儀與甲烷傳感器進(jìn)行對(duì)照，并將記錄和檢查結(jié)果報(bào)監(jiān)測(cè)值班員；當(dāng)兩者讀數(shù)誤差大于允許誤差時(shí)，先以讀數(shù)較大者為依據(jù)，采取平安措施并必須在8h內(nèi)對(duì)2種設(shè)備調(diào)校完畢。4.礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)中心站必須實(shí)時(shí)監(jiān)控全部采掘工作面瓦斯?jié)舛茸兓氨豢卦O(shè)備的通、斷電狀態(tài)。 礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)表必須報(bào)礦長(zhǎng)和技術(shù)負(fù)責(zé)人審閱。5.必須設(shè)專(zhuān)職人員負(fù)責(zé)便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀的充電、收發(fā)及維護(hù)。每班要清理隔爆罩上的煤塵，發(fā)放前必須檢查便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀的零點(diǎn)和電壓或電源欠壓值，不符合要求的嚴(yán)禁發(fā)放使用。.二、安裝、使用和維護(hù)的平安管理6.配制甲烷校準(zhǔn)氣樣的裝置和方法必須符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)誤差必須小于5%。制備所用的原料氣應(yīng)選用濃度不低于99.9%的高純度甲烷氣體。7.平安監(jiān)控設(shè)備布置圖和接線圖應(yīng)標(biāo)明傳感器、聲光報(bào)警器、斷電器、分站、電源、中心站等設(shè)備的位置、接線、斷電范圍、傳輸電纜等，并根據(jù)實(shí)際布置及時(shí)修改。.三、甲烷傳感器和其他傳感器的設(shè)置的平安規(guī)定1.甲烷傳感器報(bào)警濃度、斷電濃度、復(fù)電濃度和斷電范圍必須符合表3規(guī)定。2.低瓦斯礦井的煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷掘進(jìn)工作面，必須在工作面設(shè)置甲烷傳感器。3.在回風(fēng)流中的機(jī)電設(shè)備硐室的進(jìn)風(fēng)側(cè)必須設(shè)置甲烷傳感器。4.高瓦斯礦井進(jìn)風(fēng)的主要運(yùn)輸巷道內(nèi)使用架線電機(jī)車(chē)時(shí)，裝煤點(diǎn)、瓦斯涌出巷道的下風(fēng)流中必須設(shè)置甲烷傳感器。5.在煤〔巖〕與瓦斯突出礦井和瓦斯噴出區(qū)域中，進(jìn)風(fēng)的主要運(yùn)輸巷道和回風(fēng)巷道內(nèi)使用礦用防爆特殊型蓄電池電機(jī)車(chē)或礦用防爆型柴油機(jī)車(chē)時(shí)，蓄電池電機(jī)車(chē)必須設(shè)置車(chē)載式甲烷斷電儀或便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀，柴油機(jī)車(chē)必須設(shè)置便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)0.5%時(shí)，必須停止機(jī)車(chē)運(yùn)行。.三、甲烷傳感器和其他傳感器的設(shè)置的平安規(guī)定6.瓦斯抽放泵站必須設(shè)置甲烷傳感器，抽放泵輸入管路中必須設(shè)置甲烷傳感器。利用瓦斯時(shí)，還應(yīng)在輸出管路中設(shè)置甲烷傳感器。7.裝備礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)的礦井，每一個(gè)采區(qū)、一翼回風(fēng)巷及總回風(fēng)巷的測(cè)風(fēng)站應(yīng)設(shè)置風(fēng)速傳感器，主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)硐應(yīng)設(shè)置壓力傳感器；瓦斯抽放泵站的抽放泵吸入管路中應(yīng)設(shè)置流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，利用瓦斯時(shí)，還應(yīng)在輸出管路中設(shè)置流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器。裝備礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)采容易自燃、自燃煤層的礦井，應(yīng)設(shè)置一氧化碳傳感器和溫度傳感器。裝備礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)的礦井，主要通風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)置設(shè)備開(kāi)停傳感器，主要風(fēng)門(mén)應(yīng)設(shè)置風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器，被控設(shè)備開(kāi)關(guān)的負(fù)荷側(cè)應(yīng)設(shè)置饋電狀態(tài)傳感器。.第四節(jié)礦山監(jiān)控系統(tǒng)的單片機(jī)控制礦山監(jiān)控系統(tǒng)是煤炭高產(chǎn)、高效、平安生產(chǎn)的重要保證。世界各主要產(chǎn)煤國(guó)對(duì)此都十分重視，推廣使用了環(huán)境平安、軌道運(yùn)輸、膠帶運(yùn)輸、提升運(yùn)輸、供電、排水、礦山壓力、火災(zāi)、水災(zāi)、煤與瓦斯突出、大型機(jī)電設(shè)備健康狀況等監(jiān)控系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，增強(qiáng)了礦山平安。由于煤礦井下是一個(gè)特殊的工作環(huán)境，有瓦斯(主要成份是甲烷)等易燃、易爆性氣體，有硫化氫等腐蝕性氣體，有淋水、環(huán)境潮濕、空間狹小、礦塵大，電磁干擾嚴(yán)重、電網(wǎng)電壓波動(dòng)大、工作場(chǎng)所分散且距離遠(yuǎn)。因此，礦山監(jiān)控系統(tǒng)不同于一般工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。這主要表達(dá)在電氣防爆、傳輸距離遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)宜采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)、監(jiān)控對(duì)象變化緩慢、電網(wǎng)電壓波動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、抗故障能力強(qiáng)，不宜采用中繼器、傳感器宜采用遠(yuǎn)程供電、設(shè)備外殼防護(hù)性能要求高等方面。采用監(jiān)控系統(tǒng)后，保障煤炭高產(chǎn)、高效平安生產(chǎn)，具有重大的實(shí)用價(jià)值。.第四節(jié)礦山監(jiān)控系統(tǒng)的單片機(jī)控制

一、單片機(jī)概述單片機(jī)在礦山監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，而單片機(jī)的使用方法是掌握單片機(jī)系統(tǒng)的前提。因此，只有真正掌握了單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成，才能夠根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇適宜的指令編制程序，設(shè)計(jì)外圍電路，才能確保單片機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成。單片機(jī)技術(shù)開(kāi)展十分迅速，產(chǎn)品種類(lèi)琳瑯滿(mǎn)目。為滿(mǎn)足工業(yè)控制的要求，選擇適宜型號(hào)的單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)是每一個(gè)單片機(jī)使用者必須掌握的技能。因此，只有通過(guò)了解單片機(jī)的開(kāi)展過(guò)程及產(chǎn)品近況，掌握當(dāng)前市場(chǎng)主流單片機(jī)型號(hào)、種類(lèi)及其特點(diǎn)才能設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足工作要求的單片機(jī)系統(tǒng)。.二、單片機(jī)系統(tǒng)分析單片機(jī)的元件識(shí)別主要包括認(rèn)識(shí)單片機(jī)實(shí)物，掌握單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解單片機(jī)擴(kuò)展芯片，了解單片機(jī)電路系統(tǒng)構(gòu)成等。為能正確地編制程序并設(shè)計(jì)外圍電路，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)，首先必須先認(rèn)識(shí)單片機(jī)實(shí)物并掌握單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等相關(guān)知識(shí)。單片機(jī)的開(kāi)展分類(lèi)主要包括單片機(jī)的開(kāi)展過(guò)程及產(chǎn)品近況，了解當(dāng)前市場(chǎng)主流單片機(jī)型號(hào)及種類(lèi)，了解單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域等。通過(guò)了解主流單片機(jī)型號(hào)及種類(lèi)，并能通過(guò)查找資料確定單片機(jī)的主要性能，進(jìn)而選擇適宜型號(hào)的單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。.〔三〕礦山綜合監(jiān)控系統(tǒng)

礦山綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一種可用于全面綜合監(jiān)控，又可實(shí)現(xiàn)某些或某個(gè)方面監(jiān)控的多參數(shù)、多功能系統(tǒng)。全礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)由智能傳感器、智能監(jiān)控站、調(diào)度管理網(wǎng)絡(luò)等組成。如圖1-5所示。圖1—5全礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng).1、智能傳感器〔1〕智能傳感器使用一種通用電路，便于維護(hù)人員集中精力，深入細(xì)致地掌握電路原理，到達(dá)每一位具有一定電路根底的維護(hù)人員均能及時(shí)處理故障的要求。以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。同時(shí)由于電路統(tǒng)一備用組件種類(lèi)少，也便于備件的準(zhǔn)備。傳感元件放大電路小信號(hào)檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)最小系統(tǒng)顯示電路聲光報(bào)警電路信號(hào)輸出電路圖1-6智能傳感器.〔2〕數(shù)字信號(hào)傳輸與多路復(fù)用

智能傳感器采用數(shù)字信號(hào)傳輸，多臺(tái)傳感器共享一根多芯電纜接成樹(shù)形結(jié)構(gòu)與智能監(jiān)控站相連。當(dāng)傳感器遠(yuǎn)離智能監(jiān)控站而靠近系統(tǒng)傳輸電纜時(shí)。智能傳感器可直接接系統(tǒng)電纜，如圖1-7所示。圖1-7智能傳感器直接接系統(tǒng)電纜.現(xiàn)有傳感器沒(méi)有采用數(shù)字信號(hào)輸出和多路復(fù)用，主要是因?yàn)楝F(xiàn)有傳感器采用單片機(jī)的較少，實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用困難。另一個(gè)原因是早期傳感器耗能大，一對(duì)芯線只能為一臺(tái)傳感器供電。例如：早期甲烷傳感器工作電流為300mA、傳感器輸入電壓為7—24V。假設(shè)由24V本安電源供電．供電電纜環(huán)路電阻為26n／Km，其供電距離為(24—7)／(03×261_2．18Km。假設(shè)向2臺(tái)傳感器供電，那么供電距離僅為1．09Kin，不滿(mǎn)足2Km輸距離的要求。而目前傳感器的工作電流一般不大于100mA，特別是一些溫度、開(kāi)關(guān)量等傳感器工作電流不大于10mA，從而解決了一對(duì)芯線為多臺(tái)傳感器遠(yuǎn)距離供電問(wèn)題。因此，傳感器電纜復(fù)用路數(shù)，并不取決于監(jiān)測(cè)周期、傳輸速率和地址編碼，而取決于傳感器的供電電流，這就給傳感組件降低消耗提出了新的要求。.〔3〕就地控制智能傳感器傳輸?shù)拇袛?shù)字信號(hào)除數(shù)據(jù)(模擬量傳感器)或狀態(tài)(開(kāi)關(guān)量傳感器)外，還有報(bào)警、斷電等控制信號(hào)。接在同一條總線上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如聲光報(bào)警和斷電設(shè)備)根據(jù)收到的控制信號(hào)(如：報(bào)警和斷電信號(hào))．執(zhí)行相應(yīng)的操作(如：發(fā)出聲：警和斷電控制)。傳感器直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，較經(jīng)分站控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有執(zhí)行速度可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)分站發(fā)生故障時(shí)，仍可執(zhí)行根本的控制。2、智能監(jiān)控站

智能監(jiān)控站是全礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其功能類(lèi)似于現(xiàn)有系統(tǒng)分站，有信號(hào)采集、控制、與主站(或上級(jí)智能控制站)雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?3、調(diào)度管理網(wǎng)絡(luò)

調(diào)度和管理人員是通過(guò)調(diào)度管理網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的，其功能類(lèi)似于現(xiàn)有系統(tǒng)的中心站和遠(yuǎn)程終端，具有系統(tǒng)初始化、顯示、打印、存儲(chǔ)、控制干預(yù)等功能。4、現(xiàn)場(chǎng)總線與組態(tài)軟件技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線(FieldBus)是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的多節(jié)點(diǎn)、數(shù)字式、雙向傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)飛速開(kāi)展并在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物?，F(xiàn)場(chǎng)總線采用開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)，公開(kāi)所有技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，提高了設(shè)備的互換性?，F(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控系統(tǒng)中的傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等具有檢測(cè)、變換、補(bǔ)償、運(yùn)算和控制等多種功能，控制權(quán)力進(jìn)一步下放，既提高系統(tǒng)可靠性和實(shí)時(shí)性，又降低了系統(tǒng)本錢(qián)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用多路復(fù)用雙向數(shù)字傳輸，大大節(jié)省了傳輸電纜、降低了設(shè)備本錢(qián)、提高了系統(tǒng)可靠性、便于用戶(hù)使用與維護(hù)。.〔四〕51系列單片機(jī)概述MCS-51單片機(jī)是Intel公司20世紀(jì)80年代初推出的高性能8位單片機(jī)，其典型產(chǎn)品有8031、8051和8751，8031無(wú)片內(nèi)ROM，8051內(nèi)部有4KB掩膜ROM，8751內(nèi)部有4KBEPROM，除此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳完全相同。〔五〕單片機(jī)的結(jié)構(gòu)1、中央處理器〔CPU〕2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔內(nèi)部RAM〕3、程序存儲(chǔ)器〔內(nèi)部ROM〕4、定時(shí)/計(jì)數(shù)器5、并行輸入/輸出(I/O)口6、串行口7、時(shí)鐘電路8、中斷系統(tǒng).〔六〕單片機(jī)工作條件

1、時(shí)鐘電路要給單片機(jī)CPU提供時(shí)鐘信號(hào)，就需要相關(guān)的硬件電路，即振蕩器和時(shí)鐘電路。51系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，這個(gè)反相放大器的作用就是構(gòu)成振蕩器，但要形成時(shí)鐘，外部還需要加一些附加電路。一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式：這種方式需在18腳和19腳外接晶體振蕩器(或陶瓷諧振器)和電容，如圖1-8所示。圖1-8內(nèi)部時(shí)鐘.

另外一種是外部時(shí)鐘方式：對(duì)HMOS型單片機(jī)XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入，如圖1-9所示；對(duì)CHMOS型單片機(jī)外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL1腳輸入，XTAL2懸空，如圖1-10所示。圖1-10CHMOS型單片機(jī)外部時(shí)鐘圖1-9HMOS型單片機(jī)外部時(shí)鐘.2、復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。當(dāng)5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種根本形式，即上電復(fù)位(見(jiàn)圖1-11a)和按鍵復(fù)位(見(jiàn)圖1-11b)。a、上電復(fù)位電路b、按鍵復(fù)位電路圖1-11復(fù)位電路接法.根據(jù)以上分析可得圖1-12所示的以89C51為例的單片機(jī)工作條件接線圖。

圖1-12單片機(jī)工作條件接線圖.〔七〕單片機(jī)輸入/輸出端口結(jié)構(gòu)

在51系列單片機(jī)中有4個(gè)雙向并行I/O口P0~P3，每個(gè)端口都由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器組成。單片機(jī)與外部設(shè)備交換信息時(shí)，都是通過(guò)端口進(jìn)行的。

在進(jìn)行寫(xiě)端口操作時(shí)，CPU將內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器和輸出驅(qū)動(dòng)器送到端口引腳；在進(jìn)行讀端口操作時(shí)，將端口鎖存器或引腳數(shù)據(jù)經(jīng)輸入緩沖器傳送至內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。4個(gè)I/O端口都可作輸入/輸出口使用，其中P0口和P2口還可用于對(duì)外部存儲(chǔ)器或外部擴(kuò)展設(shè)備的訪問(wèn)。在擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器或外部設(shè)備時(shí)，把P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線口使用，分時(shí)輸出外部存儲(chǔ)器或外部設(shè)備的低8位地址和8位數(shù)據(jù)。當(dāng)擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器或外部設(shè)備的地址為16位時(shí)，把P2口用作地址總線口，輸出高8位地址。P3口除作通用I/O口外，其各位還可作為第二功能使用。.

1、P0口作用：通用I/O口訪問(wèn)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，復(fù)用為低8位地址線和數(shù)據(jù)線。如圖1-13所示為P0口的位結(jié)構(gòu)圖。圖1-13P0口的位結(jié)構(gòu)圖.

2、P1口作用：通用I/O口如圖1-14所示為P1口的位結(jié)構(gòu)圖。圖1-14P1口的位結(jié)構(gòu)圖.3、P2口作用：通用I/O口；高8位地址線。如圖1-15所示為P2口的位結(jié)構(gòu)圖。圖1-15P2口的位結(jié)構(gòu)圖

.4、P3口作用：通用I/O口。如圖1-16所示為P3口的位結(jié)構(gòu)圖。圖1-16P3口的位結(jié)構(gòu)圖。.引腳轉(zhuǎn)義引腳功能說(shuō)明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收端P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2INT0外部中斷0請(qǐng)求P3.3INT1外部中斷1請(qǐng)求P3.4T0計(jì)數(shù)器0外部輸入P3.5T1計(jì)數(shù)器1外部輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀P3口第二功能如表1-1：表1-1P3口第二功能.〔八〕MCS-51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器MCS-51單片機(jī)的芯片內(nèi)部有RAM和ROM兩類(lèi)存儲(chǔ)器，即所謂的內(nèi)部RAM和內(nèi)部ROM，首先分析內(nèi)部RAM。1、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元8051的內(nèi)部RAM共有256個(gè)單元，通常把這256個(gè)單元按其功能劃分為兩局部：低128單元〔單元地址00H～7FH〕和高128單元〔單元地址80H～FFH〕。如圖1-17所示為低128單元的配置圖。30H～7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)20H～2FH位尋址區(qū)（00H～7FH）18H～1FH工作寄存器3區(qū)（R7～R0）10H～17H工作寄存器2區(qū)（R7～R0）08H～0FH工作寄存器1區(qū)（R7～R0）00H～07H工作寄存器0區(qū)（R7～R0）圖1-17內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元配置圖.

低128單元是單片機(jī)的真正RAM存儲(chǔ)器，按其用途劃分為三個(gè)區(qū)域：〔1〕存放器區(qū)共有四組存放器，每組8個(gè)存放單元〔各為8位〕，各組都以R0～R7作存放單元編號(hào)。存放器常用于存放操作數(shù)及中間結(jié)果等，由于它們的功能及使用不作預(yù)先規(guī)定，因此稱(chēng)之為通用存放器，有時(shí)也叫工作存放器。在任一時(shí)刻，CPU只能使用其中的一組存放器，并且把正在使用的那組存放器稱(chēng)之為當(dāng)前存放器組。到底是哪一組，由程序狀態(tài)字存放器PSW中RS1、RS0位的狀態(tài)組合來(lái)決定。〔2〕位尋址區(qū)內(nèi)部RAM的20H～2FH單元，既可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對(duì)單元中每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱(chēng)之為位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共有16個(gè)RAM單元，計(jì)128位，位地址為00H～7FH。如以下圖.表1-2為片內(nèi)RAM位尋址區(qū)的位地址。單元地址MSB位地址LSB2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675F574F473F372F271F170F077E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800表1-2片內(nèi)RAM位尋址區(qū)的位地址。.〔3〕用戶(hù)RAM區(qū)在內(nèi)部RAM低128單元中，通用存放器占去32個(gè)單元，位尋址區(qū)占去16個(gè)單元，剩下80個(gè)單元，這就是供用戶(hù)使用的一般RAM區(qū)，其單元地址為30H～7FH。對(duì)用戶(hù)RAM區(qū)的使用沒(méi)有任何規(guī)定或限制。但在一般應(yīng)用中常把堆棧開(kāi)辟在此區(qū)中。2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元內(nèi)部RAM的高128單元是供給專(zhuān)用存放器使用的，其單元地址為80H～FFH。因這些存放器的功能已作專(zhuān)門(mén)規(guī)定，故而稱(chēng)之為專(zhuān)用存放器〔SpecialFunctionRegister〕，也可稱(chēng)為特殊功能存放器。.〔1〕程序計(jì)數(shù)器〔PC——ProgramCounter〕〔2〕累加器〔ACC——Accumulator〕〔3〕B存放器〔4〕程序狀態(tài)字〔PSW——ProgramStatusWord〕專(zhuān)用存放器〔SFR〕簡(jiǎn)介D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H

CYACF0RS1RS0OVF1PPSW各位定義如表1-35、數(shù)據(jù)指針〔DPTR〕6、堆棧指針〔SP----StackPointer〕表1-3PSW各位定義.SFR

MSB位地址/位定義LSB字節(jié)地址

BF7F6F5F4F3F2F1F0

F0H

ACCE7E6E5E4E3E2E1E0

E0H

PSWD7D6D5D4D3D2D1D0

D0HCYACF0RS1RS0OVF1PIPBFBEBDBCBBBAB9B8

B8H///PSPT1PX1PT0PX0

P3B7B6B5B4B3B2B1B0

B0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0

BF7F6F5F4F3F2F1F0

F0H

IEAFAEADACABAAA9A8A8HEA//ESET1EX1ET0EX0

P2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0

SBUF(99H)

SCON9F9E9D9C9B9A999898HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI

P19796959493929190

90HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0

TH1

(8DH)TH0

(8CH)

TL1

(8BH)

TL0

(8AH)

TMODGATC/TM1M0GATC/TM1M0

(89H)

TCON8F8E8D8C8B8A8988

88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0PCONSMO///////

(87H)DPH

(83H)

DPL

(82H)

SP

(81H)

P08786858483828180

80HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0表1-4MCS-51專(zhuān)用存放器地址表.對(duì)專(zhuān)用存放器的字節(jié)尋址問(wèn)題作如下幾點(diǎn)說(shuō)明：21個(gè)可字節(jié)尋址的專(zhuān)用存放器是不連續(xù)地分散在內(nèi)部RAM高128單元之中，盡管還余有許多空閑地址，但用戶(hù)并不能使用。程序計(jì)數(shù)器PC不占據(jù)RAM單元，它在物理上是獨(dú)立的，因此是不可尋址的存放器。對(duì)專(zhuān)用存放器只能使用直接尋址方式，書(shū)寫(xiě)時(shí)既可使用存放器符號(hào)，也可使用存放器單元地址。表中凡字節(jié)地址不帶括號(hào)的存放器都是可進(jìn)行位尋址的存放器，而帶括號(hào)的是不可位尋址的存放器，如表所列。全部專(zhuān)用存放器可尋址的位共83位，這些位都具有專(zhuān)門(mén)的定義和用途。這樣加上位尋址區(qū)的128位，在MCS-51的內(nèi)部RAM中共有128+83=211個(gè)可尋址位。.〔九〕MCS-51內(nèi)部程序存儲(chǔ)器

MCS-51的程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。8051片內(nèi)有4KB的ROM,8751片內(nèi)有4KB的EPROM，8031片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器。MCS-51的片外最多能擴(kuò)展64K字節(jié)程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)外的ROM是統(tǒng)一編址的。如端保持高電平,8051的程序計(jì)數(shù)器PC在0000H~0FFFH地址范圍內(nèi)(即前4KB地址)是執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，PC1000H~FFFFH地址范圍時(shí),自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中的程序，當(dāng)當(dāng)保持低電平時(shí)，只能尋址外部程序存儲(chǔ)器,片外存儲(chǔ)器可以從0000H開(kāi)始編址。有一組特殊單元是0003H～002AH。共40個(gè)單元，這40個(gè)單元被均勻地分為五段，作為五個(gè)中斷源的中斷地址區(qū)。其中：0003H～000AH外部中斷0中斷地址區(qū)000BH～0012H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū)0013H～001AH外部中斷1中斷地址區(qū)001BH～0022H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū)0023H～002AH串行中斷地址區(qū).中斷響應(yīng)后，按中斷種類(lèi)，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序。因此在中斷地址區(qū)中理應(yīng)存放中斷效勞程序。但通常情況下，8個(gè)單元難以存下一個(gè)完整的中斷效勞程序，因此通常也是從中斷地址區(qū)首地址開(kāi)始存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應(yīng)后，通過(guò)中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷效勞程序的實(shí)際入口地址去。返回.

〔十〕節(jié)電工作

MCS－5l系列單片機(jī)有HMOS和CHMOS兩種工藝芯片，其中CHMOS芯片具有功耗小的優(yōu)點(diǎn)。為進(jìn)一步降低單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功耗，CHMOS單片機(jī)還可通過(guò)對(duì)特殊功能存放器PCON的PD位和IDL位的選擇，使其工作在等待工作方式和掉電工作方式，特殊功能存放器PCON每位定義如圖1-22所示。如果同時(shí)將PD位和IDL位置1，那么優(yōu)先執(zhí)行掉電工作方式。HMOS單片機(jī)的特殊功能存放器PCON只有SMOD位有定義，其余4位僅CHMOS單片機(jī)才有定義。因此，在使用時(shí)應(yīng)注意二者的區(qū)別，防止對(duì)沒(méi)有定義位操作。.圖1-22特殊功能存放器PCON位定義.1、等待工作方式當(dāng)特殊功能存放器PCON的IDL=1時(shí)，CHMOS單片機(jī)便工作在等待工作方式。CHMOS單片機(jī)工作在等待工作方式時(shí)，CPU無(wú)時(shí)鐘，但振蕩器繼續(xù)工作，中斷、串行口和定時(shí)器模塊繼續(xù)工作，棧指針、程序計(jì)數(shù)器、程序狀態(tài)字、累加器和所有其他存放器的內(nèi)容保持不變。在等待工作方式期間，ALE和PSEN保持高電平，口的引腳保持進(jìn)入等待工作方式時(shí)的狀態(tài)。.2、掉電工作方式當(dāng)特殊功能存放器PCON的PD=l時(shí)，CHMOS單片機(jī)便工作在掉電工作方式。CHMOS單片工作在掉電工作方式時(shí)，片內(nèi)振蕩器停止工作，單片機(jī)停止一切操作，但片內(nèi)RAM和特殊寄尋存器的內(nèi)容保持不變。在掉電工作方式期間，口的引腳輸出各自SFR的內(nèi)容。ALE和PSEN輸出為低電平。在掉電工作方式期間，電源Vcc能降至2V，但要保證在掉電工作方式開(kāi)始前電源Vcc不低于正常值，并且在結(jié)束掉電工作方式前使電源Vcc恢復(fù)到正常值。.退出掉電工作方式的唯一方法是硬件復(fù)位。由于在掉電工作方式期問(wèn)時(shí)鐘振蕩器停止工作，因此，復(fù)位脈沖必須保持足夠的寬度，以確保時(shí)鐘振蕩器重新啟動(dòng)并到達(dá)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。復(fù)位脈沖的持續(xù)時(shí)間一般不小于10ms。.〔十一〕爆炸性環(huán)境用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)爆炸性環(huán)境用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般包括技術(shù)性能指標(biāo)確實(shí)定、電氣防爆型式的選擇、軟硬件功能的劃分、芯片的選擇、抗干擾設(shè)計(jì)、電氣防爆設(shè)計(jì)等內(nèi)容。.1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與防爆設(shè)計(jì)〔1〕技術(shù)性能指標(biāo)確實(shí)定技術(shù)性能指標(biāo)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)和最終目標(biāo)，它貫穿著整個(gè)設(shè)計(jì)工作。在確定技術(shù)性能及指標(biāo)時(shí)，要根據(jù)用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的使用要求，并參考現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外類(lèi)似系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)、綜合考慮技術(shù)先進(jìn)性、易操作維護(hù)性、系統(tǒng)可靠性、生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性和經(jīng)濟(jì)效益等因素，提出比較合理的技術(shù)性能指標(biāo)，并查閱有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使之標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)然，技術(shù)性能指標(biāo)在系統(tǒng)的研制過(guò)程還將進(jìn)一步完善和修改，使系統(tǒng)具有較高的性能／價(jià)格比。.〔2〕防爆設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的防爆型式主要以本質(zhì)平安型為主，這是由于本質(zhì)平安型電氣設(shè)備與其他類(lèi)型的防爆電氣設(shè)備相比，具有體積小、重量輕、制造工藝簡(jiǎn)單、本錢(qián)低等優(yōu)點(diǎn)，特別是本質(zhì)平安電路無(wú)論在正常工作狀態(tài)，還是在規(guī)定的故障狀態(tài)下都是平安的。本質(zhì)平安防爆的原理是：通過(guò)合理選擇電氣設(shè)備的電路和電路參數(shù)，使電路在正常工作和規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)均不致引起周?chē)扇夹詺怏w的燃燒或爆炸。因此，本質(zhì)平安型防爆單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)是低電壓、小電流和小功率系統(tǒng)。對(duì)于難以滿(mǎn)足這些條件的系統(tǒng)電源和大功率路一般采用本質(zhì)平安型和隔爆型或本質(zhì)平安型與澆封型的復(fù)合防爆型式，如：隔爆兼本質(zhì)平安型電源等。.在設(shè)計(jì)本質(zhì)平安型電路時(shí)，首先應(yīng)設(shè)計(jì)好本質(zhì)平安型電源。當(dāng)輸出端發(fā)生短路等故障時(shí)，應(yīng)具有保護(hù)功能，并當(dāng)故障排除后，應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常。對(duì)于輸出電流較大、電壓較高、功率較大的電源，還應(yīng)采用快速切斷或保護(hù)措施。在設(shè)計(jì)本質(zhì)平安電源的負(fù)載時(shí)，應(yīng)考慮盡量減少負(fù)載中的儲(chǔ)能元件和容量，盡量不采用電感、電容等元件。必須使用時(shí)，應(yīng)盡量減小其電感量或電容量。同時(shí)，應(yīng)盡量減小負(fù)載的工作電壓、工作電流和功率。對(duì)于參數(shù)變化后或故障后將影響電路本質(zhì)平安防爆性能的電阻、電容、電感、變壓器、晶體管等元件，在正常工作和規(guī)定的故障狀態(tài)下的電流、電壓和功率應(yīng)不大于其額定值的三分之二。.〔3〕功能劃分軟、硬件功能的劃分就是根據(jù)所確定的技術(shù)性能指標(biāo)確定哪些功能由單片機(jī)來(lái)完成，哪些功能由外部接口電路來(lái)完成，哪些功能由外圍數(shù)字電路或模擬電路來(lái)完成，哪些功能由傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)完成，哪些功能由軟件來(lái)完成。在功能的劃分上，為了簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，減小功耗，便于本質(zhì)平安防爆，降低本錢(qián)，凡能夠用軟件、單片機(jī)及其少量外部電路完成的功能，應(yīng)盡量由它們完成，但也要考慮軟件開(kāi)發(fā)的工作量。在芯片的選擇上，除應(yīng)選擇功耗較低的芯片外，還應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)合理性，并考慮市場(chǎng)的供貨情況。一般地講，應(yīng)選擇技術(shù)先進(jìn)、銷(xiāo)量較大的芯片，這樣會(huì)獲得較高的性能價(jià)格比。.2、抗干擾設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，因?yàn)殡姶鸥蓴_不但會(huì)造成較大的系統(tǒng)誤差，還會(huì)使系統(tǒng)死機(jī)無(wú)法工作。系統(tǒng)干擾主要有：空間干擾(通過(guò)電磁波輻射竄入系統(tǒng))、通道干擾(通過(guò)信號(hào)輸入／輸出通道竄入系統(tǒng))和電源干擾(通過(guò)電源竄入系統(tǒng))?！?〕硬件抗干擾措施空間干擾一般用屏蔽外殼和外殼接地的方法來(lái)解決。.電源干擾通常采用變流穩(wěn)壓器、隔離變壓器、低通濾波器、平滑濾波器和板上穩(wěn)壓等方法來(lái)解決，如圖1-23所示。交流穩(wěn)壓器可以解決交流電源過(guò)壓與欠壓。隔離變壓器就是在+之間用接地的屏蔽層隔離，從而減小初、次級(jí)之間的分布電容，減少高頻干擾。這是因?yàn)殡娫吹母哳l干擾主要是通過(guò)初、次級(jí)間的分布電容耦合到次級(jí)的。低通濾波器通常與隔離變壓器次級(jí)相連，濾除變壓器次級(jí)輸出的高次諧波，改善電源波形。在高次諧波較嚴(yán)重的情況下，還可在隔離變壓器的初級(jí)與交流穩(wěn)壓器之間接入低通濾波器。平滑濾波器置于直流整流電源輸出，濾除50Hz工頻干擾和其他交流成分，降低直流電源的交流紋波電壓。為消除負(fù)載波動(dòng)所引起的耦合干擾，系統(tǒng)中的各功能板應(yīng)采用獨(dú)立的直流穩(wěn)壓電路，一般由三端穩(wěn)壓器和輸入輸出電容組成，如圖1-24所示。輸入／輸出電容一般選獨(dú)石電容。各功能板單獨(dú)穩(wěn)壓不僅可以消除耦合干擾，而且可以降低對(duì)總電源輸出的要求，便于穩(wěn)壓散熱。.低通濾波器隔離變壓器交流電網(wǎng)整流電路平滑濾波器穩(wěn)壓電路各功能板圖1-23抗電源干擾原理框圖低通濾波器交流穩(wěn)壓器78XX++--輸入0.33μF輸出0.1μF圖1-24板上穩(wěn)壓電路原理圖.通道干擾主要用光電隔離的方法來(lái)解決，對(duì)于信號(hào)頻率較高、傳輸距離較遠(yuǎn)的輸入輸出通道，還應(yīng)使用雙絞線傳輸，并注意阻抗匹配。雙絞線能使每一扭絞線段之間的電磁感應(yīng)干抗相互抵消。傳輸線阻抗匹配就是使負(fù)載阻抗等于傳輸線的傳輸阻抗。當(dāng)傳輸線阻抗匹配時(shí)，系統(tǒng)無(wú)信號(hào)電磁波反射，反之，有反射。傳輸線的特性阻抗除與本身特性有關(guān)外，還與所傳輸?shù)男盘?hào)頻率有關(guān)。假設(shè)傳輸線的分布電阻為R，分布電容為C，分布電感為L(zhǎng)，分布電導(dǎo)為G，所傳輸信號(hào)的角頻率為，那么傳輸線的特性阻抗Zc為：

.傳輸線的分布電阻R、分布電容C、分布電感L、分布電導(dǎo)G分別是指?jìng)鬏斁€單位長(zhǎng)度上的電阻、電容、電感和電導(dǎo)的大小。光電隔離能有效地抑制尖峰脈沖及各種高頻干擾，并利于本質(zhì)平安防爆隔離，是減少通道干擾和本質(zhì)平安防爆隔離的主要措施之一。光電隔離通常使用光電耦合器作隔離元件。光電耦合器具有輸入電阻小(一般為100～1k之間)、隔離電壓高(輸入回路與輸出回路之間隔離電壓一般為1500~7500V)、絕緣電阻大(輸入回路與輸出回路之間絕緣電阻一般為1011~1012)、耦合電容小(輸入回路與輸出回路之間分布電容一般為0.5～2pF)、電流型輸入等優(yōu)點(diǎn)。因此，使用光電耦合器能實(shí)現(xiàn)輸入／輸出通道與單片機(jī)系統(tǒng)的隔離，有效地抑制電壓幅值較高，而能量較小、高頻成分較高的干擾。.同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)平安型防爆電氣設(shè)備的電氣隔離。光電耦合器是非線性器件，因此，對(duì)于模擬量信號(hào)輸入或輸出通道，應(yīng)先將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量或頻率量(頻率型模擬量信號(hào))，再用光電耦合器隔離輸入至單片機(jī)系統(tǒng)，而輸出的數(shù)字量或頻率量經(jīng)光電耦合器隔離輸出后，再轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，如圖1-25和圖1-26所示。在一些對(duì)速度要求不高的系統(tǒng)中，通常將模擬量轉(zhuǎn)換為頻率量再轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，或?qū)?shù)字量轉(zhuǎn)換為頻率量再轉(zhuǎn)換為模擬量，以減少光電耦合器的用量，降低設(shè)備本錢(qián)和體積。在一些對(duì)速度要求較高的系統(tǒng)中，采用上述方案就難以滿(mǎn)足高速的要求，通常將模擬量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，或?qū)?shù)字量直接轉(zhuǎn)換為模擬量，以滿(mǎn)足高速的要求。但由于數(shù)字量需多路并行傳輸，因此，使用光電耦合器較多，設(shè)備體積較大，本錢(qián)較高。.傳感器光電耦合器V/F轉(zhuǎn)換器D/F轉(zhuǎn)換器微機(jī)系統(tǒng)D/F轉(zhuǎn)換器光電耦合器F/V轉(zhuǎn)換器執(zhí)行機(jī)構(gòu)模擬量頻率量頻率量數(shù)字量數(shù)字量頻率量頻率量模擬量圖1-26頻率輸入、輸出光電隔離模擬系統(tǒng)圖微機(jī)系統(tǒng)數(shù)字量數(shù)字量傳感器光電耦合器A/D轉(zhuǎn)換器模擬量數(shù)字量光電耦合器D/A轉(zhuǎn)換器執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)字量模擬量圖1-25數(shù)字量輸入、輸出光電隔離模擬系統(tǒng)圖.〔2〕印制電路板抗干擾設(shè)計(jì)印制電路板抗干擾設(shè)計(jì)是抗干擾主要措施之一。印制板電路抗干擾設(shè)計(jì)主要包括印制電路板尺寸的選擇、元器件布置、地線布置、電源線布置、去稻電容配置等。印制電路板尺寸大小要適中，尺寸太大，印制線路加長(zhǎng)、線路阻抗增大，供電質(zhì)量難以保證。如果布線不當(dāng)，將會(huì)加大負(fù)載波動(dòng)耦合干擾和印制板電路間信號(hào)耦合干擾，并且本錢(qián)高，印制板電路質(zhì)量難以保證。尺寸大小，電磁器件對(duì)周?chē)骷蓴_大，不利于大功率器件散熱。如果印制導(dǎo)線過(guò)細(xì)或過(guò)近，還會(huì)降低印制板可靠性，加大線間信號(hào)耦合干擾。.

在器件布置上，應(yīng)盡量將邏輯相關(guān)的元器件布置在一起，按信號(hào)流程布置器件。除此之外，還應(yīng)盡量減小信號(hào)線長(zhǎng)度和計(jì)算機(jī)總線長(zhǎng)度，將模擬電路與數(shù)字電路分開(kāi)布置，將高頻電路與低頻電路分開(kāi)布置，將大功率元器件與小功率元器件分開(kāi)布置，將電磁元器件單獨(dú)布置。地線要盡量加寬，以減少線路壓降和負(fù)載耦合干擾。信號(hào)工作頻率不小于1MHz的系統(tǒng)可采用單點(diǎn)接地，如圖1-27所示。信號(hào)工作頻率大于I0MHz的系統(tǒng)應(yīng)采用多點(diǎn)接地，如圖1-28所示。對(duì)于信號(hào)工作頻率在l~l0MHz之間的系統(tǒng)，應(yīng)盡量采用多點(diǎn)接地，如果采用一點(diǎn)接地，接地線長(zhǎng)度應(yīng)不大于波長(zhǎng)的l／16。對(duì)于單點(diǎn)接地系統(tǒng)接地線應(yīng)構(gòu)成環(huán)路，以減小地線上的電位差，提高系統(tǒng)的抗噪聲能力，地線布置如圖1-29所示。如果系統(tǒng)中既有數(shù)字電路，又有模擬電路，應(yīng)將數(shù)字地與模擬地分開(kāi)布置，以減小相互之間的干擾。.圖1-28多點(diǎn)接地示意圖圖1-27單點(diǎn)接地示意圖雙面板或多層板接地面123雙面板或多層板接地面123雙面板或多層板接地面123(a)串聯(lián)系統(tǒng)的公共接地(b)并聯(lián)系統(tǒng)的單獨(dú)接地.地線圖1-29單點(diǎn)接地地線的布置.電源線應(yīng)盡量加寬，雙面印制電路板的電源線應(yīng)盡量與地線布置在對(duì)應(yīng)的那一面，并與地線的走向盡量一致。在板上穩(wěn)壓電源輸出端應(yīng)并接1～10uF的鉭電解電容。在程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、單片機(jī)、接口電路、總線驅(qū)動(dòng)器等耗能較大的芯片的電源端與接地端之間并接0．0l～0．1uF的獨(dú)石電容。每l～5個(gè)低功耗集成電路使用1個(gè)0．01～O．1uF的獨(dú)石電容。邏輯電路未使用的輸入端，應(yīng)視邏輯關(guān)系接至已使用門(mén)的輸入端，或接地，或接電源。有可能產(chǎn)生火花的按鈕、開(kāi)關(guān)、繼電器和接觸器的接點(diǎn)，應(yīng)并接RC電路吸收，一般R取l～2k，C取2.2～4.7pF，如圖1-30所示。繼電器和接觸器線圈，應(yīng)反并續(xù)流二極管，如圖1-31所示。為防止強(qiáng)電磁干擾使系統(tǒng)或局部存放器錯(cuò)誤復(fù)位，應(yīng)在芯片的RESET復(fù)位端并接0．01uF獨(dú)石電容。..〔3〕系統(tǒng)布線系統(tǒng)布線除應(yīng)將本安與非本安導(dǎo)線分開(kāi)打把外，還應(yīng)將交流線單獨(dú)打把，直流穩(wěn)壓電源線單獨(dú)打把，數(shù)字信號(hào)線單獨(dú)打把，模擬信號(hào)線單獨(dú)打把，燈泡、繼電器等感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)線和非穩(wěn)壓的直流電源線單獨(dú)打把，并盡量減小布線長(zhǎng)度和采用雙絞線。地線要盡量粗，對(duì)于高頻系統(tǒng)應(yīng)采用多點(diǎn)接地，對(duì)于低頻系統(tǒng)可選用一點(diǎn)接地。有屏蔽層的電纜，屏蔽層要一點(diǎn)接地?！?〕系統(tǒng)抗干擾措施系統(tǒng)抗干擾措施就是當(dāng)干擾使系統(tǒng)出現(xiàn)某種異常后，所采取的一些軟件和硬件抗干擾措施。系統(tǒng)抗干擾措施主要包括設(shè)置監(jiān)視定時(shí)器(又稱(chēng)看門(mén)狗電路)、設(shè)置軟件陷井及地址攔截、軟件冗余設(shè)計(jì)、系統(tǒng)上電自檢、對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)軟件濾波等。.〔5〕設(shè)置監(jiān)視定時(shí)器設(shè)置監(jiān)視定時(shí)器就是將定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間設(shè)定成略大于程序正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最大循環(huán)周期時(shí)間，在循環(huán)程序中，設(shè)置一條使定時(shí)器復(fù)位或預(yù)置的指令，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間到輸出端經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器接CPU的復(fù)位信號(hào)端或中斷請(qǐng)求輸入端。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，由于每一周期都對(duì)定時(shí)器復(fù)位或重新預(yù)置，因此，定時(shí)器輸出無(wú)效電平。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行不正常時(shí)，將不能保證對(duì)定時(shí)器復(fù)位和重新預(yù)置的周期時(shí)間小于定時(shí)器定時(shí)時(shí)間，定時(shí)器輸出有效電平信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位或進(jìn)入故障處理中斷程序。用作監(jiān)視的定時(shí)器可以是單片機(jī)本身的定時(shí)器，也可以是外部可編程定時(shí)器，如：8253、Z80-CTC、8155等接口電路，還可以是不可編程的計(jì)數(shù)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。.〔6〕設(shè)置軟件陷井及地址攔截設(shè)置軟件陷井就是在未被使用的程序存儲(chǔ)器空間內(nèi)，反復(fù)設(shè)置跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)至能夠重新啟動(dòng)或出錯(cuò)處理的程序段。當(dāng)干擾使程序計(jì)數(shù)器出錯(cuò)，進(jìn)入上述未被使用但反復(fù)設(shè)置跳轉(zhuǎn)指令的程序存儲(chǔ)器空間時(shí)，這些跳轉(zhuǎn)指令將會(huì)使程序重新啟動(dòng)或進(jìn)入出錯(cuò)處理程序段。.〔7〕軟件冗余設(shè)計(jì)軟件冗余設(shè)計(jì)就是在不影響程序正常運(yùn)行的情況下，將一次性操作改為循環(huán)重復(fù)操作，或?qū)掖沃貜?fù)操作，主要包括：1)對(duì)接口電路的控制命令存放器，由一次寫(xiě)入改為循環(huán)重復(fù)寫(xiě)入，當(dāng)接口電路的控制命令存放器被干擾后，在下一個(gè)軟件循環(huán)周期內(nèi)得到修正。2)對(duì)跳轉(zhuǎn)、調(diào)用子程序、返回、開(kāi)／閉中斷等重要指令屢次重復(fù)(一般重復(fù)1～2次)，當(dāng)這些指令在執(zhí)行過(guò)程中受到外界干擾，后面重復(fù)的指令將會(huì)被正確執(zhí)行。3)將重要環(huán)節(jié)的一次采樣、處理和輸出改為循環(huán)采樣、處理和輸出。當(dāng)一次采樣、處理和輸出被干擾有誤，將會(huì)在下一個(gè)循環(huán)得到修正。4)對(duì)重要數(shù)據(jù)采用多處存儲(chǔ)擇多判決。例如：將同一個(gè)數(shù)據(jù)存放3個(gè)不同的RAM存儲(chǔ)單元中，取數(shù)時(shí)，有兩個(gè)單元數(shù)據(jù)一致認(rèn)為有效。5)對(duì)輸出的控制數(shù)據(jù)除通過(guò)接口輸出外，還在RAM中存儲(chǔ)，以便系統(tǒng)故障排除后恢復(fù)故障前的輸出狀態(tài)。6)對(duì)重要環(huán)節(jié)的采樣、和輸出采用屢次重復(fù)、擇多判決或取平均值等。.〔8〕系統(tǒng)上電自檢1)程序存儲(chǔ)器的檢測(cè)2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的檢測(cè)3)CPU的檢測(cè)4)輸入／輸出接口電路的檢測(cè).〔9〕軟件數(shù)字濾波為消除監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的干擾，除在硬件上采用有源或無(wú)源濾波外，還可使用軟件數(shù)字濾波。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，由于運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量等因素的限制，一般采用一些簡(jiǎn)單而又有效的方法。(1)算術(shù)平均值(2)中值法(3)擇多判決法(4)一階遞推數(shù)字濾波法即：.第五節(jié)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)

5.1概述5.1.1工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的概念與特點(diǎn)1.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的概念一般的把適合于工業(yè)環(huán)境使用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱(chēng)之為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。一般也叫IPC[IndustryPersonalComputer]。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，所謂工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是指那些滿(mǎn)足下述條件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：

·能夠提供各種數(shù)據(jù)采集和控制功能。

·能夠和工業(yè)對(duì)象的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接接口。

·能夠在苛刻的工業(yè)環(huán)境下可靠運(yùn)行。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)軟、硬件占著相當(dāng)重要的地位，它往往代表著系統(tǒng)的先進(jìn)性和智能特征。因而，把機(jī)電一體化系統(tǒng)中的微機(jī)軟、硬件稱(chēng)之為智能組成要素。一般微型機(jī)往往在實(shí)驗(yàn)室、辦公室或在家庭中使用，而機(jī)電一體化系統(tǒng)中的微型機(jī)通常在條件不比較惡劣的條件下使用，必須采用工業(yè)控制機(jī)或按工業(yè)環(huán)境要求設(shè)計(jì)的微型機(jī)、其要求是可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力好。.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比較，具有以下主要特點(diǎn)：(1)具有豐富的過(guò)程輸入/輸出(I/O)功能

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是與工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)緊密結(jié)合，主要面向機(jī)電一體化產(chǎn)品和成套裝置控制應(yīng)用的要求，與生產(chǎn)工藝過(guò)程和機(jī)械設(shè)備相匹配的一個(gè)有機(jī)組成局部。它必須與控制儀表、顯示儀表、檢測(cè)儀表、執(zhí)行器以及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)用，才能完成對(duì)各種設(shè)備和工藝裝置的控制。因此，除了計(jì)算機(jī)的根本局部如CPU、存儲(chǔ)器外，還必須有豐富的過(guò)程輸入／輸出設(shè)備(相對(duì)于數(shù)據(jù)處理機(jī))和完善的外部設(shè)備，這些是工業(yè)控制機(jī)能否投入運(yùn)行的重要條件。.(2)實(shí)時(shí)性高所謂的“實(shí)時(shí)〞，是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間內(nèi)完成，亦即“及時(shí)〞，超出這個(gè)時(shí)限，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。工業(yè)控制機(jī)具有時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)的能力，要能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程工況變化實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)視和控制。當(dāng)過(guò)程參數(shù)出現(xiàn)偏差甚至故障時(shí)，能迅速響應(yīng)，予以判斷，及時(shí)處理。為此，通常需配有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，完善的中斷系統(tǒng)等，沒(méi)有這些就無(wú)法很好地執(zhí)行工業(yè)控制任務(wù)。.(3)具有高可靠性工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程通常是晝夜連續(xù)的，一般的生產(chǎn)裝置要幾個(gè)月甚至一年才大修一次，非正常停機(jī)往往會(huì)造成還很大的損失，這就要求工業(yè)控制機(jī)可靠性盡可能的高。因此它要求：

低故障率；一般來(lái)說(shuō)，要求工業(yè)控制機(jī)的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)不應(yīng)低于數(shù)千甚至上萬(wàn)小時(shí)。

短的故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)；可采用冗余技術(shù)，更換模板容易，能夠熱拔插。

運(yùn)行效率高；一定時(shí)間內(nèi)(例如一年)，運(yùn)行時(shí)間占整個(gè)時(shí)間的比率一般要求99％以上。.(4)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)必須采取必要的措施，適應(yīng)高溫、高濕、腐蝕、振動(dòng)沖擊、灰塵等環(huán)境。例如，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下電、磁干擾嚴(yán)重，供電條件不良，工業(yè)控制機(jī)必須有極高的電磁兼容性，有高抗干擾能力和共模抑制能力。

(5)有豐富的應(yīng)用軟件工業(yè)控制軟件正向結(jié)構(gòu)化、組態(tài)化開(kāi)展。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)一般與PC機(jī)兼容，在PC機(jī)上運(yùn)行的軟件一般都可以在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。.(6)技術(shù)綜合性要求高工業(yè)控制計(jì)算機(jī)應(yīng)用是系統(tǒng)工程問(wèn)題。除了要解決計(jì)算機(jī)的根本局部以外，還需要解決它如何與被測(cè)控對(duì)象的接口，如何適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，如何與工藝過(guò)程與企業(yè)管理相結(jié)合等一系列問(wèn)題。以上是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和其它類(lèi)型計(jì)算機(jī)相比的區(qū)別.5.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線的概念

總線：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中信號(hào)線的集合，是一種傳送規(guī)定信息的公共通道，有時(shí)亦稱(chēng)數(shù)據(jù)公路，通過(guò)它可以把各種數(shù)據(jù)和命令傳送到各自要去的地方。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中廣泛采用三總線的結(jié)構(gòu)形式數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。.數(shù)據(jù)總線上傳送的是數(shù)據(jù)信息。通常8位微處理器有8位數(shù)據(jù)總線，16位微處理器有16位數(shù)據(jù)總線，32位的微處理器那么有32位數(shù)據(jù)總線。當(dāng)然，也有例外，如采用復(fù)用等方法。地址總線是單向的。微處理器要用地址確切指定與之通信的外部硬件。每一個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)地址，每一個(gè)接口也有一個(gè)地址?？刂瓶偩€是用來(lái)確定數(shù)據(jù)總線上信息流時(shí)間序列的。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線是影響計(jì)算機(jī)性能的瓶頸。

.5.1.3常用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)總線

1.IBMPC總線和AT總線IBMPC總線是IBMPC／XT個(gè)人計(jì)算機(jī)采用的微型機(jī)總線，它是針對(duì)Intel8088微處理器設(shè)計(jì)的，它有62條信號(hào)線，以適應(yīng)8088的8位數(shù)據(jù)線和20位地址線。這種總線是用戶(hù)在IBMPC／XT機(jī)的大母板上擴(kuò)展I／O模板的I／O總線。為了和Intel80286等高性能16位微處理器兼容，IBM公司在PC總線根底上增加了一個(gè)36個(gè)引腳的AT擴(kuò)展插座而形成16位的AT總線，IBM／AT及其兼容機(jī)機(jī)箱中，通常在母板上分別設(shè)置幾個(gè)AT插槽和PC插槽，這種結(jié)構(gòu)也稱(chēng)之為IBM公司的ISA(IndustrialStandardArchitecture)結(jié)構(gòu)，即工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。.工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)ISA.2.PC104總線

PC/104是一種專(zhuān)門(mén)為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線,近年來(lái)在國(guó)際上廣泛流行，被IEEE協(xié)會(huì)定義為IEEE-P996.1。我們知道，IEEE-P996是PC和PC/AT工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)，而從PC/104被定義為IEEE-P996.1就可以看出，PC/104實(shí)質(zhì)上是一種緊湊型，小型化的IEEE-P996.其型號(hào)定義和PC/AT根本一致，但電氣和機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)卻完全不同，是一種優(yōu)化的，小型堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)。PC/104模塊本質(zhì)上就是尺寸縮小為3.8"X3.9"的ISA總線板卡。.PC104模塊.PC104總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的IPC機(jī)有許多局限性，主要問(wèn)題是體積和功耗太大，在許多嵌入式應(yīng)用中(例如航空航天產(chǎn)品，智能儀器儀表，醫(yī)療設(shè)備，通信設(shè)備，機(jī)電一體化產(chǎn)品等)無(wú)法勝任，因而在在80年代末產(chǎn)生了采用基于模塊化設(shè)計(jì)方法的嵌入式工業(yè)PC系統(tǒng)。PC/104總線模塊系統(tǒng)已成為嵌入式PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。大量應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備，儀器，醫(yī)療設(shè)備，通信設(shè)備等嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合，而這些應(yīng)用場(chǎng)合，既需要PC機(jī)的軟硬件環(huán)境，又需要模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、小型化和低功耗的設(shè)計(jì)，這就需要建立嵌入式PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，以便縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)本錢(qián)，減少設(shè)備投資，從而降低產(chǎn)品或系統(tǒng)的價(jià)格。雖然PC/104總線工控機(jī)的功耗低，但其驅(qū)動(dòng)能力差(4mA)，其擴(kuò)展能力和維護(hù)性也受到限制，使其在工業(yè)過(guò)程控制和自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍受到一定的局限。.PC104模塊.3.STD總線STD總線是一種面向工業(yè)控制的總線,STD總線是由Pro-Log公司作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)造的，1987年，STD總線被批準(zhǔn)為IEEE961標(biāo)準(zhǔn)。STD總線是56條信號(hào)線的并行底板總線，它實(shí)際上是由四條小總線組成的，這些小總線是：8根雙向數(shù)據(jù)線，16根地址線，22根控制總線和10根電源及地線。STD總線的特點(diǎn)：(1)小板結(jié)構(gòu)(165*114)，高度的模塊化“輕、薄、短、小〞。(2)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化，廣泛的兼容性；STD總線模板設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化要求。(3)面向I/O的設(shè)計(jì)，非常適合工業(yè)控制應(yīng)用，

(4)高可靠性

.STD9048680486DX4-100或5X86-133CPU板〔4MB～64MB〕DRAM,實(shí)時(shí)時(shí)鐘,硬件看門(mén)狗，兩串一并，兩硬兩軟，打印機(jī)接口，復(fù)位按扭，與PC/AT全兼容。.4.PCI總線

PCI總線由INTEL公司在1991年首先提出，并在同年聯(lián)合世界上多家公司成立了PCISIG，致力于促進(jìn)PCI局部總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立和開(kāi)展．1992年，PCISIG發(fā)布了PCI局部總線標(biāo)準(zhǔn)1.0，經(jīng)修改后，于93年發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)2.0，95年發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)2.1，并于95年6月1日開(kāi)始生效．PCI總線是一種高性能的32/64位總線。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)高性能數(shù)據(jù)傳送速率可高達(dá)132MB/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)ISA總線8MB/s的速率。.〔2〕低本錢(qián)優(yōu)化了芯片內(nèi)部連接。采用多路復(fù)用結(jié)構(gòu)減少了引腳數(shù)，對(duì)目標(biāo)設(shè)備僅47根信號(hào)線，對(duì)主設(shè)備僅49根信號(hào)線。(3)PCI的開(kāi)放性PCI是一種標(biāo)準(zhǔn)的，開(kāi)放式總線標(biāo)準(zhǔn)，PCI互配置空間標(biāo)準(zhǔn)能保證全系統(tǒng)的自動(dòng)配置，實(shí)現(xiàn)即插即用PnP，這極大地增加了系統(tǒng)的易用性．.5.2工業(yè)控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的種類(lèi)及其選擇5.2.1工業(yè)控制計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的主要原因(1)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與PC／AT軟件兼容，使原PC機(jī)上的龐大軟件資源，原那么上不加修改就能移到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，節(jié)省了用戶(hù)大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間，減少了培訓(xùn)費(fèi)用，使工業(yè)控制計(jì)算機(jī)一上市后就擁有大量的新老用戶(hù)(2)由于開(kāi)放性結(jié)構(gòu)和軟硬件標(biāo)準(zhǔn)公開(kāi)，既使制造廠商樂(lè)于合作或向其靠攏、也便于用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)，從而使其應(yīng)用范圍不斷地?cái)U(kuò)大，促使產(chǎn)品種類(lèi)更加豐富。.(3)各類(lèi)高性能I／O模板作為成熟的工業(yè)化產(chǎn)品與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配套使用，性能價(jià)格比不斷提高，使用戶(hù)可在短時(shí)間內(nèi)很快構(gòu)成所需的應(yīng)用控制系統(tǒng)，投入實(shí)際運(yùn)行，創(chuàng)造了很好的效益。(4)由于電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，使工業(yè)控制計(jì)算機(jī)本身的性能指標(biāo)不斷得以提高，使工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的PC機(jī)，現(xiàn)已能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的根本要求。(5)通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入，特別是實(shí)時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的面市，使采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為節(jié)點(diǎn)機(jī)，再經(jīng)聯(lián)網(wǎng)組合，構(gòu)成高性能集散控制系統(tǒng)(DCS)的方案成為可能。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)形式，將多臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連，能完成較復(fù)雜的控制任務(wù)，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，組成模塊化的多級(jí)系統(tǒng)體系，具有可靠性高、靈活性強(qiáng)的持點(diǎn)，更便于構(gòu)成“管控一體化〞的體系，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。.5.2.2工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的種類(lèi)1.加固型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)目前流行的一般工業(yè)控制計(jì)算機(jī)多采用全鋼標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架機(jī)箱，根本配置與一般PC機(jī)相同，芯片采用工業(yè)級(jí)芯片，采用無(wú)源母板和ALL—IN—ONE主板，留有多個(gè)槽口供插入各類(lèi)I／O模扳作擴(kuò)展之用，選用工業(yè)級(jí)抗干擾電源，機(jī)箱帶防震夾，采用半導(dǎo)體虛擬存儲(chǔ)器磁盤(pán)卡和加保護(hù)膜的鍵盤(pán)。這些結(jié)構(gòu)上的改造提高了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。但就其本質(zhì)而言還只是一般PC機(jī)的改進(jìn)型，還必須在可靠性，抗干擾能力及模板設(shè)計(jì)等方面采取新的措施。.典型產(chǎn)品為研華公司的6xx系列產(chǎn)品IPC-610全鋼結(jié)構(gòu)的機(jī)箱滿(mǎn)足EIARS-310C19〞