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1、KJ2007G3第一章 概述KJ2007G3井下分站是一种自带防爆电源的分站，为煤矿爆炸性气体环境用防爆电气设备。该产品采用分箱式一体化结构，上部为本安型分站箱，由本安外壳、一块分站主板、一块显示板、一块通讯板组成；下部为隔爆兼本安型电源箱，由隔爆外壳、一块充电断电板、一块+12V板、三块+21V板、一块接线板、一个线性变压器、2节12V/4AH蓄电池组成。分站、电源合二而一，安装使用非常方便。KJ2007G3井下分站在设计上采用了先进的单片机技术，结构简单但功能强大。除了可配接煤矿常用的各种制式普通传感器，还提供标准的RS485通讯接口，可以接智能开停传感器及其他智能设备。分站带有数码显示窗
2、口，可动态实时显示分站所接传感器监测数据及状态，由于分站中有掉电不丢失存储器保存中心站下发的初始化数据，即使与中心站失去联系仍能实现监测及监控功能。该分站当交流电源停电的瞬间，电源箱内蓄电池无间断投入供电，保证分站和该分站所接的传感器继续正常工作。KJ2007G3井下分站和电源箱及各种传感器、断电器等配套设备组合在一起，在中心站的管理下实现对矿井环境参数及工况参数的监测与控制。该分站与系统连接时，通过中心站的定义，既可以作为一台普通分站，监测井下的模拟量、开关量，瓦斯超限时，发出报警、断电控制信号；也可以作为一台风电瓦斯闭锁分站，实现煤矿安全规程规定的风电瓦斯闭锁功能。该分站（不接系统）单独使
3、用时，可以作为独立的一台风电瓦斯闭锁装置或瓦斯断电仪，当瓦斯超限时，起到断开井下电源或风电瓦斯闭锁作用。14第二章 原理第一节 分站工作电气原理KJ2007G3井下分站是以单片机为核心处理器的微机系统，分站部分电路共有3块印刷电路板组成：1块分站主板、1块显示板和1块通讯板，显示板和通讯板采用插板的方式和分站主板连接。数据采集和控制电路集中在主板上；显示板用于显示分站监测到的各种参数及控制量状态、电源状态、通讯状态；通讯板用于分站与地面中心站主机的CAN BUS通讯。为减小分站体积，采用紧凑的一体化结构。分站的连接方式如图2.1所示：图2.1 分站连接方式示意图第三章 功能及主要技术参数1分站
4、容量模拟量输入：18路均可接入频率型（2001000Hz）传感器。通过跳线第58路可接入15mA电流型传感器，且和频率型传感器可混接可互换；开关量输入：开关型、触点型均可，和模拟量输入可以混装，不多于8路；模入 + 开入为8点，模入和开入可以互换。RS485接口：1路带光电隔离RS485总线接口，可接智能开停传感器；控制量输出：4路，继电器触点型或电平型输出，作风电瓦斯闭锁装置时可扩展第5路电平型输出。2模拟量输入信号类型频率型：2001000Hz（18路）；电流型：15mA（58路，如果是第7、8路，还可以接入420mA）；3开关量输入信号类型开停传感器： -5mA/0/5mA（限14路，输
5、入具有查断线功能）；0/1mA/5mA（限58路，输入具有查断线功能）。触点型传感器：触点（18路均可）。4分站的断电控制能力14路开出为继电器触点型输出或电平型输出，实现4个远程断电控制。后两路（3、4路）通过跳线可以输出电平到电源箱，实现本地近程断电控制。如有风电瓦斯闭锁需要，可扩展第5路电平输出。5通信速率与距离分站与中心站的通讯速率：5Kbps；最大通讯距离3Km。6供电参数分站工作电压：+12V 允许电压波动范围：11.313.0分站工作电流： 450mA第四章 使用方法第一节 分站接口分站箱体如图4.1所示。图4.1 分站箱体结构图主板结构如图4.2所示。图4.2 KJ2007G3
6、井下分站主板结构示意图1.分站内部输入输出接口X1：双排32孔插槽，显示板插入插座。X3：三排32孔插槽，通讯板TLE插入插座。X5：双排40针插针，18路输入信号、开出控制信号以及开出反馈连接插座。X6/X8：CAN通信接口插座。X7：RS485通讯接口（预留）。 X9：2针插针，主板+12V电源输入接口。X10：3针插针， +21V电源输入接口。X11：6针插槽，分站主板和电源信号接口。X12：5针插针,风电瓦斯闭锁的锁连接接口。X13：4针插针，主CPU ISP编程接口。X14：4针插针，从CPU ISP编程接口。X15：纽扣电池盒，正极向上。2.箱体上输入输出接口Y1：电源喇叭口，分站
7、箱电源输入口。Y2：通讯喇叭口1，RS485通讯输入输出接口。Y3：通讯喇叭口2，备用通讯输入输出接口。X20：4芯密封航空插头座，通讯口，FSK通讯输入输出接口。X21：19芯密封航空插头座，模入1口，14路传感器信号输入接口。X22：19芯密封航空插头座，模入2口，58路传感器信号输入接口。X23：10芯密封航空插头座，开出1口，12路开出信号及其反馈信号输入输出接口。X24：10芯密封航空插头座，开出2口，34路开出信号及其反馈信号输入输出接口。X25：风电瓦斯闭锁解锁开关，需用专用工具才能进行解锁。第二节 分站号设定每个分站的标识（分站号）由板上所带的8位拨码开关S52决定，有效的分站
8、号为199，同一个系统中不应该有两个相同分站号的分站。参见图4.3。图4.3 拨码开关图开关键置于ON时相应位的数值为0，置于OFF时数值为1。拨码开关共8个键，从18编号，8为高位，1为低位，按BCD拨码。如表4.1所示。表4.1 拨码开关位码值对应表拨码开关位12345678码 值124810204080开关标识OFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF如图4.4的开关标识：OFF ON ON OFF ON ON ON ON，此拨号对应为9号分站（分站号=18+11）。图4.4 拨码开关图实例1如图4.5的开关标识：OFF ON ON ON OFF ON OFF ON，此拨号对应为5
9、1号分站（分站号=140+110+11）。图4.5 拨码开关图实例2第三节 分站电源输入隔爆电源箱的本安输出喇叭口直接通到分站本安箱，内装电缆，两头一一对应焊线。隔爆电源箱内+12V板提供1路+12V本安电源，通过2芯插头连接分站主板的X9。隔爆电源箱内给模入量、开入量供电的本安电源共有3路21V电源，分配见图4.6。21V1+直接焊在本安箱左侧壁的航空插座X21上；21V2+直接焊在本安箱左侧壁的航空插座X21和X22上；21V3+直接焊在本安箱左侧壁的航空插座X22、X23和X24上，以及对应的分站主板插头为X10上（X10和X7在分站主板上有连接，从而最终21V3+还可以从X7输出）。隔
10、爆电源箱中接充电断电板的6芯插头对应接分站主板X11。图4.6 分站21V电源分配方案第四节 模拟量输入1输入信号源选择KJ2007G3井下分站具有接入8路输入信号的能力。其中第58路输入信号即可以为从X22（模入2口）输入的普通传感器信号，也可以为从X23（开出1口）、X24（开出2口）输入的断电器反馈输入的开停传感器信号。图4.7 分站接入传感器分配方案分站为了满足不同用户的需要，14路（对应X21）和58路（对应X22或X23、X24）可以接入的传感器制式有所不同：14路可接入4线（电源+，信号+，信号-，电源地）或3线制传感器（电源+，信号，电源地），对应类型为频率型模拟量传感器，触点
11、型或-5/0/5mA开关量传感器；58路只可接入3线制传感器，对应类型为频率型或电流型模拟量传感器，触点型、0/1/5mA开关量传感器。2接频率型传感器X21（模入口1）可接入第14路频率型传感器。X22（模入口2）可接入第58路频率型传感器。第一步：中心站定义相应测点的“传感器型号”为模拟量，并选择对应的频率型传感器；第二步：第14路接入频率型传感器，S9-S12（分别对应14路）中对应通道须拨“B”；第58路接入频率型传感器，S5-S8（对应58路）中接入频率型传感器的通道须拨“A”，同时S9-S12（分别对应14路）中对应通道须拨“B”。第三步：参照图4.84.9接入传感器。拨码方式详见
12、主板跳线说明和附表2；图4.8 X21（模入1口）接线图注：如果S61-S64（分别对应14路）短接，则对应的模入1-、模入2-、模入3-、模入4-分别对电源地短接（等同于21VG1），此时可按三线制接线方式接线。3接电流型传感器X21（模入口1）不能接入电流型传感器；X22（模入口2）可接入第58路电流型传感器。第一步：中心站定义相应测点的“传感器型号”为模拟量，并选择对应的电流型传感器；第二步：拨码开关S5-S8中接入电流型传感器的通道应拨“B”；第三步：如果第7路接入的是420mA制式的电流型传感器，相应的S39必须拨“B”，否则拨“A”；如果第8路接入的是420mA制式的电流型传感器，
13、相应的S40必须拨“B”，否则拨“A”；第四步：参照图4.9接入传感器。拨码方式详见主板跳线说明和附表2；图4.9 X22（模入2口）接线图注：接入X22的传感器按三线制接线方式接线。如果是两线制电流型传感器，接21V电源正和信号正即可。第五节 开关量输入1断电器反馈信号输入KJ2007G3井下分站输入的8路开关量信号中的第58路输入信号即可以为从X22（模入1口）输入的普通传感器信号，也可以为从X23（开出1口）、X24（开出2口）输入的断电器反馈信号。详见控制量输出图4.104.11。2接-5/0/5mA电流型开停传感器KJ2007G3的X21（模入口1）可各接入4路四线制-5mA/0/+
14、5mA三态开停传感器。第一步：中心站定义相应测点类型为“开关型”，传感器型号对应通道选“-5mA/0/5mA”开关量传感器；第二步：因为接入的是四线制传感器，S61-S64（分别对应14路）所对应的通道跳线应该断开。 第三步：拨码开关S9-S12（对应14路）中接入传感器的通道应拨“B”，同频率传感器；第四步：接线方式参看图4.8。拨码方式详见主板跳线说明和附表2；3接0/1/5mA电流型开停传感器KJ2007G3的X22（模入口2）可各接入4路信号制式为0/1mA/5mA的三态开停传感器。第一步：中心站定义相应测点类型为“开关型”，传感器型号选对应制式的开关量传感器；第二步：拨码开关S5-S
15、8中接入开关量传感器的通道应拨“B”，同电流型传感器；第三步：接线方式参看图4.9。拨码方式详见主板跳线说明和附表2；4接触点型传感器KJ2007G3的X21、X22（模入口1和2）可各接入4路触点型传感器。第一步：中心站定义相应测点类型为“开关型”，传感器型号选对应制式为触点型传感器；第二步：如果是接入的是14路，对应的S61-S64跳线应短接，同时拨码开关S9-S12中对应通道须拨“A”；如果接入的是58路，S5-S8中接入触点型传感器的通道须拨“A”，同时拨码开关S13-S16中对应通道须拨“A”；第三步：接线方式参看图4.94.10。拨码方式详见主板跳线说明和附表2；第六节 控制量输出
16、KJ2007G3井下分站的开出14路输出控制信号，从X23（开出口1）、X24（开出口2）输出，同时还可从X23、X24接入控制输出状态的反馈信号。图4.10为X23输出第12触点信号和接入第12路反馈信号接线图。注意输出电平信号时，只从开出1A和开出2A输出，开出1B和开出2B悬空，应配合12V地线使用。作风电瓦斯闭锁分站使用时，还可输出第五路电平信号Vout5（高电平为5V，低电平为0V，配合12V地使用）控制声光报警器报警。图4.10 X23（开出口1）接线图图4.11为X24输出第34触点信号和接入第34路反馈信号接线图。注意输出电平信号时，只从开出3A和开出4A输出，开出3B和开出4
17、B悬空，应配合12V地线使用。Vout6备用。图4.11 X24（开出口2）接线图1触点信号输出S33S34拨“B”时对应开出第12路输出触点信号；S35和S37全拨“B”时对应开出第3路输出触点信号；S36和S38全拨“B”时对应开出第4路输出触点信号；当各路输出触点信号时，分站不送电或送电数秒（一般为30s）内继电器的状态如下所示：拨码开关S21S24拨为“A”时，对应第14路继电器输出为常闭输出（常闭输出指分站无电时继电器输出状态为闭合，如有失电闭锁需要，分站上电30s后继电器动作，对应继电器断开）；拨码开关S21S24拨为“B”时，对应第14路继电器输出为常开输出（常开输出指分站无电时
18、继电器输出状态为断开，如有失电闭锁需要，分站上电30s后继电器动作，对应继电器闭合）。2电平信号输出S33S34拨“A”时对应开出第12路输出电平信号（高电平+5V，低电平0V）到X23；S35拨“A”对应第3路输出电平信号：S37拨“A”时输出电平信号经过Y1到电源箱，实现近程断电控制；S37拨“B”时输出电平信号到X24，为远程断电控制。S36拨“A”对应第4路输出电平信号：S38拨“A”时输出电平信号经过Y1到电源箱，实现近程断电控制；S38拨“B”时输出电平信号到X24，为远程断电控制。当各路输出电平信号时，分站不送电或送电数秒（一般为30s）内输出电平的状态如下所示：拨码开关S29-
19、S32拨为“A”时，对应14路电平输出在分站上电瞬间为低电平输出（如有失电闭锁需要，分站上电30s后对应路输出反向，输出为高电平）。拨码开关S29-S32拨为“B”时，对应14路电平输出在分站上电瞬间为高电平输出。第七节 主板跳线说明主板每个拨码开关实现对某一路信号的选择控制，拨码开关的方向统一定义如图4.12所示： 图4.12 拨码开关定义1传感器类型选择拨码1）第14路接入触点型传感器时：对应通道的S9-S12拨“A”，同时对应通道的S61-S64应短接。2）第14路接入-5/0/5mA传感器时：S9-S12对应通道拨“B”，同时S61-S64对应通道断开。3）第14路接入频率型传感器（2
20、001000Hz或2002000Hz）传感器时：对应通道的S9-S12拨“B”。(注：如果S61-S64对应通道短接，则相应传感器制式为3线制；如果对应通道的S61-S64断开，则相应传感器制式为4线制，需要连接传感器的信号-。)4）第58路接入触点型传感器时：对应通道的S5-S8拨“A”，同时对应通道的S13-S16拨“A”。5）第58路接入频率型传感器时：对应通道的S5-S8拨“A”，同时对应通道的S13-S16拨“B”。6）第58路接入电流型传感器（15mA）或三态开关型传感器（0/1mA/5mA）：S5S8对应拨码开关拨“B”，S39-S40对应拨“A”。如果第78路接入的是420mA
21、电流型传感器，S5S8对应拨码开关拨“B”后，S39-S40对应拨“B”。图4.13 信号输入制式拨码选择示意图2控制量输出跳线1) 电平输出：S33、S34拨为“A”时：对应第1、2路控制输出为电平量。S35、S36拨为“A”时：S37S38拨“A”时第34路为近程断电控制，从Y1（电源本安喇叭口）输出电平量到电源箱；S37S38拨“B”时第34路为远程断电控制，从X24（开出口2）输出电平量到外接断电器。拨码开关S29-S32拨“A”时：对应14路输出电平在分站送电数秒（一般为10s）内的状态为低电平输出（如有失电闭锁需要，分站上电30s后对应路输出反向，输出为高电平）。拨码开关S29-S
22、32拨“B”时：不使用此拨码方式。2) 触点输出：S33、S34拨码开关拨为“B”时：对应第1、2路控制输出为触点量。S35、S36拨码开关拨为“B”时：S37S38应拨“B”，对应第34路输出触点信号到X24（开出2口）。拨“A”时无输出。拨码开关S21S24拨“A”时：对应第14路继电器输出在分站不送电或送电数秒（一般为10s）内为常闭输出（如有失电闭锁需要，分站上电30s后继电器动作，对应继电器断开）；拨码开关S21S24拨“B”时：对应第14路继电器输出在分站不送电或送电数秒（一般为10s）内为常开输出（如有失电闭锁需要，分站上电30s后继电器动作，对应继电器闭合）。3) 开出反馈显示
23、：拨码开关S25-S28拨“A”时：对应14路输出反馈状态指示灯在分站送电数秒（一般为10s）内为灭（分站上电30s后，如果继电器动作则对应路指示灯亮）。拨码开关S25-S28拨“B”时：对应14路输出反馈状态指示灯在分站送电数秒（一般为10s）内为亮（分站上电30S后，如果继电器动作则对应路指示灯灭）。图4.15 开出拨码输出制式选择示意图第八节 分站显示说明显示板固定在分站箱体正面，显示数据可以通过显示窗口观察。显示板为数码管显示，包含4个开出状态指示灯，2个通讯状态指示灯，1个分站，1个红外接收器，7个8段数码管组成。显示板与主板采用插板方式连接，可循环显示由分站所监测的8路模拟量输入和
24、16路智能型传感器输入数据，4路控制量输出状态，当前通讯状态以及电源供电状态，同时可以接收红外遥控器的发射信号。显示内容如图4.16所示。图4.16 显示窗口包含的内容1 分站号显示分站上电后的第一屏，显示当前分站的分站号，7位数码管显示：例-FH-21-（此处假设地址拨码开关拨码为21）。2输入显示第1个和第2个数码管（左边）所显示内容表示当前第几路输入（通道号）。第1到第12路依次为：01，02，03，.， 12。注意第13屏同时显示了4路（第13、14、15、16路）开关量的状态，第7个数码管显示内容表示当前传感器的类型。如果是分站为直流供电，该位的小数点还会不断闪烁。传感器的类型定义如
25、下：无定义；F2001000Hz频率量；P2002000Hz频率量；A15mA或420mA电流量；b0/5mA，0/1mA/5mA或0/5mA/10mA；C触点量；E智能开停量（只限后8路）；h智能甲烷量（只限后8路）。当某一路的输入是15mA电流型模拟量时，中间4个数码管用户根据定义的量程显示其实时值（如：第6路输入0.0123%瓦斯，显示为“06 1.230A”）。当某一路的输入是2001000Hz频率型模拟量时，中间4个数码管用户根据定义的量程显示其实时值（如：第8路输入0.0245%瓦斯，显示为“08 2.450F”）。当输入为开关量，4个数码管显示对应为：LLLL表示设备停；dddd
26、表示设备断线；HHHH表示设备开；当该路未定义为任何类型的输入，4个数码管则显示 。第13屏的4个数码管每个都对应一路开关量状态，从左到右依次对应第13通道、第14通道、第15通道和第16通道的开关量状态：L表示设备停；d表示设备断线；H表示设备开；表示未定义。3开出显示开出显示灯（发光二极管）位置如图4.16所示，从上至下依次为：V31V34分别对应第14路开出控制显示。显示灯可以设置为常亮或常灭模式。4通讯显示显示板V35（黄灯）亮，分站处于发送数据状态；V36(绿灯)亮，分站处于接收数据状态。分站无通讯时，两灯均不亮。5分站电源指示如图4.16，V37是电源指示灯，分站开机，指示灯亮，关
27、则熄灭。分站为直流供电时，最右边一位数码管的小数点不断闪烁，直至分站恢复为交流供电状态。6其他指示第一个数码管的小数点亮表示分站为非失电闭锁分站，分站不具备失电闭锁功能。第二个数码管的小数点亮表示分站为风电瓦斯闭锁分站，分站具备风电瓦斯闭锁功能。第七个数码管的小数闪点表示分站为直流供电。第九节 分站通讯板设置方法1.通讯板跳接线设置通讯板上S3决定CAN BUS通讯线120欧姆终端电阻是否有效，短接时终端电阻有效。 2.分站通讯接线方式CAN总线接入分站的X20通讯口，接线方式如图4.17所示。注意CAN通讯线是双线有极性的，连接时如果方向接反，将无法通讯。图4.17 X20（通讯口）接线图同
28、一段CAN总线上终端电阻应有两个，其一接在主干电缆的末端三通上或者在末端分站内部的通讯板上（跳线即可），另一个在交换机的CAN 适配卡上（跳线即可）。终端电阻的作用是吸收信号线上电脉冲的多余能量，防止反射形成信号混淆，而信号混淆将导致通讯错误。频繁的通讯错误，会导致CAN 总线重置。如此循环将使CAN 总线根本无法正常通讯。 图4.18 CAN总线终端电阻配置图CAN 总线主干电缆应从头至尾为一根“直肠子”，不允许较长的分支。具体来讲，三通左右两端用于连接主干电缆，丁字端只能连接CAN 节点，而不能接入主干电缆。尤其在主干分支达到相当长度时，CAN总线必定出现通讯不稳定现象。此时只能取消主干电
29、缆分支。正确的做法是：首先将三通接头布置在应安装的CAN 节点附近，然后将主干电缆走线至各三通接头互连，而所有三通丁字端只用于连接CAN 节点。检查主干电缆是否有螺丝松动，引起接触不良现象主干电缆的芯线与插头的连接是靠小螺丝固定的，如果某一根线螺丝未上紧，接触不良也会出现总线通讯超时或某一个传感器超时现象，此时通讯时好时坏，当出现某一个传感器超时现象时，应注意检查对应节点的插头，有无线头螺丝未上紧的现象，并排除故障。图4.19 CAN总线井下布线图3通讯状态显示通讯板上左侧有两个双色灯。若CAN通讯正常，则通讯灯V1交替闪烁；若分站处于通讯接收状态，则通讯灯V2交替闪烁。若V1和V2同时常亮，则表示CAN通信信号不正常。