文档介绍：控制系统综合设计
煤矿瓦斯检测报警系统设计
专业
工业自动化
学生姓名
班级
B自动化081
学号
完成日期
盐城工学院电气学院
目录
一、总体方案设计 3
二、硬件电路设计 4
4
5
6
9
12
13
16
三、软件设计 17
一、系统初始化及主程序: 18
四、个人小结 19
五、参考文献 20
六、附录和组态界面 20
控制系统综合设计实施方案
1、目的与任务
本课程设计是自动化专业教学中的一项重要专业实践环节,为了使学生对在以后的就业中可能接触到的生产现场、生产过程和测控系统的设计有较为深刻的认识,本次课程设计重点是要求学生能够设计完成一个实际的应用系统。通过设计应用系统,使学生对所学的传感器、微机原理、计算机网络、组态软件等方面的知识有更进一步的深刻的认识和掌握,培养学生综合应用所学专业知识和技能分析解决实际问题的能力,熟悉技术设计工作的一般程序和方法。它对帮助学生全面深入地掌握测控类课程教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。
该课程以现场总线技术为主线,综合运用所学的工业数据通讯与控制网络、现代测控技术、计算机网络、计算机语言等方面的知识,通过课程设计,学生能掌握现场总线分布式控制系统的技术、体系结构、总线节点开发和设计方法。目的是经课堂教学与实验,综合运用现场总线技术知识进行工业分布控制系统的构建及应用。
2、课程设计要求
通过设计,要求学生在指导老师的指导下,独立完成所分担的课题设计内容。包括:正确选择方案。正确进行器件的选择,软硬件设计及调试;根据课题设计要求进行必要的实验、调试;绘制相应的原理图;编制软件程序,实现相应的功能;编写设计说明书;参加答辩。
设计要求包括:
(1)初步掌握测控系统的分析、设计的基本方法。完成测控系统结构原理图的绘制,完成一份课程设计说明书。
(2)掌握工业以太网和现场总线分布控制系统的基本概念、特性、体系结构、互连协议、工业现场实现等理论;
(3)掌握工业控制总线、现场节点设备软、硬件平台,即CAN控制局域网总线、以太网总线等各种总线的总线标准,完成基于不同总线的现场节点结构和系统设计;要求能初步应用各类编程软件开发工具进行总线和节点的开发。 3、课程设计题目
煤矿瓦斯检测报警系统设计

综合运用气体传感器、单片机及其他外围设备设计一个针对瓦斯气体的检测与报警系统,当煤矿中瓦斯气体的浓度达到一定值时发出报警信息。
以工业以太网教学实验开发平台为基础,利用组态软件编制一上位机软件,模拟实现以现场总线为基础的煤矿瓦斯检测报警系统设计。其中瓦斯检测采用气体传感器实现,采用以太网模块对气体传感器信号进行检测,实时显示、报警。

检测瓦斯浓度,通过组态界面显示,当达到一定浓度时实时报警,切断开关。

(1)构建控制报警系统硬件框架,给出硬件系统的电路原理图。
(2)根据系统设计要求实现的功能利用组态软件进行系统性能设计。
二、硬件电路设计

本系统采用以太网作为远传网络系统框图如图一所示。它主要由三部分组成。
监控中心。这部份由管理计算机和管理软件组成;访问个控制器,读取控矿井瓦斯浓度或者发出控制指令(如切断电源,发出警报)。
由以太网交换机、集线器等网络设施组成
控制系统。这部份现场传感器将采集到的瓦斯浓度装变为电信号,并将其送到A/D转换器中,经A/D转换器将其输入的模拟信号变为数字将信号,送到单片机内。
图2-1 总系统框图
工作原理:
在这里我们用甲烷传感器MQ-4来对煤矿瓦斯浓度进行检测,由于其检测所得数据模拟电压量而单片机只能对数字信号进行处理,所以在送入单片机中进行处理之前需先送入模数转换器ICL7109中进行模数转换,然后才能将转换所得数据送入单片机AT89S51中处理,这里的处理主要是指将输入进来的数据与我们设置的瓦斯爆炸预警值进行比较,在这里我们的预警值可通过键盘进行设置,显示其瓦斯浓度值。

由于单片机本身只有4个8位并行输入输出I/O接口,1个串行I/O接口,非常有限,所以当I/O口不能满足设计需求时则需要我们进行I/O口的扩展。其扩展方法为根据需要在串行口上外接1个或多个移位寄存器。
由电路原理图我们可以看到此次我们单片机89S51的I/O口分配如下:
P0口:A/D转换器ICL7109转换后的数据的输入接口
P1口: