KJ90-F8和KJ90-F16井下监控分站的使用及维修指南-配件.doc

KJ90-F8和KJ90-F16井下监控分站的使用及维修指南1 产品用途KJ90-F8/KJ90-F16型井下监控分站（以下简称分站）是一种以89C55单片机为核心的微型计算机系统，可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测，具有多通道、多制式的信号采集功能和通讯功能，通过工业以太网能及时将监测到的各种环境参数、设备状态传送到地面中心站，并执行中心站发出的各种命令，及时发出报警和断电控制信号。适用于煤矿井下有瓦斯或煤尘爆炸的危险场所。2 产品外观结构：见图1和图2所示图1 KJ90-F8型井下监控分站图2 KJ90-F16型井下监控分站3 主要功能3.1. 为井下所挂接的各种传感器、断电器提供工作电源；3.2 采集各传感器的实测参数，设备运行状况、开停状态；3.3 通过工业以太网快速向地面的系统中心站传送巡检参数；3.4 执行地面中心站发往井下的各种控制命令；3.5 对异常状况进行断电控制。4 主要技术参数4.1 供电电源：分站工作电压 12 VDC和工作电流 450 mA。4.2 信号制4.2.1 模拟量频率型信号：200Hz1000Hz，输出高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V，其正脉冲和负脉冲宽度均不得小于0.3ms；1200Hz2000Hz，输出高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V，其正脉冲和负脉冲宽度均不得小于0.15ms。4.2.2 开关量电流型信号：1 mA/5 mA。电流1.5 mA时表示为停，电流4 mA时表示为开。4.2.3 数字量4.2.3.1 分站与数字量信号传感器的传输口：1路；4.2.3.2 分站与数字量信号传感器的传输方式：主从式、半双工、RS485、双极性；4.2.3.3 分站与数字量信号传感器的传输速率：2400bps；4.2.3.4 分站与数字量信号传感器的最大传输距离：2km(使用MHYVP 14电缆，单芯截面积不小于1.5mm2)；4.2.3.5 传输信号工作电压峰峰值：0.5 V6 V；4.2.3.6 传输信号工作电流峰峰值：不大于150 mA。4.2.4 控制量电平型信号：输出高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V。4.2.5 累计量输出高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V，其正、负脉冲宽度不应小于0.3s，正、负脉冲的转换时间不大于5ms。4.3 模拟量输入处理误差不大于0.5%。4.4 累计量输入处理误差不大于0.5%。4.5 最大监控容量：分站最大监控容量信息见表1表1名 称KJ90-F16型井下监控分站KJ90-F8型井下监控分站信号采集输入口模拟量信号/开关量信号输入口(通过中心站软件设置可以互相转换)16路8路数字量信号输入口1路1路累计量信号输入口1路1路断电控制输出口断电控制输出口8路5路通讯端口RS-485通讯口1路1路10/100 Mbps自适应以太网口1路1路注：表中的所有端口均为本安端口。4.6 控制执行时间分站甲烷超限断电及甲烷风电闭锁的控制执行时间不大于2s 。4.7 分站与配接设备的传输4.7.1 分站与KJJ46数据接口的传输：分站与KJJ46数据接口的传输口：1路；分站与KJJ46数据接口的传输方式：主从式、半双工、RS485、双极性；分站与KJJ46数据接口的传输速率：2400 bps；分站与KJJ46数据接口的最大传输距离：10km(使用MHYVP 14电缆，单芯截面积不小于1.5mm2)；传输信号工作电压峰峰值：0.5 V6 V；传输信号工作电流峰峰值：不大于150 mA。4.7.2 分站与KJJ103矿用网络交换机的传输分站与KJJ103矿用网络交换机的传输口：1路；分站与KJJ103矿用网络交换机的传输方式：TCP/IP电缆以太网传输方式；分站与KJJ103矿用网络交换机的传输速率：10 Mbps/100 Mbps自适应；分站与KJJ103矿用网络交换机的最大传输距离：100m(使用MHYVP 24电缆，单芯截面积不小于1.5mm2)；传输信号工作电压峰峰值：0.2 V2.5 V；4.8 最大传输距离分站到传感器的最大传输距离2km，(使用MHYVP 14电缆，单芯截面积不小于1.5mm2)；分站到控制执行器的最大传输距离2km(使用MHYVP 14电缆，单芯截面积不小于1.5mm2)。5 分站电路原理图5.1分站原理框图：见图3所示。图3 KJ90-F8、F16型井下监控分站整机原理框图5.2 分站原理图和电路板装配图5.2.1 KJ90-F8电路原理图见图4和整机电路板装配图见图5所示。5.2.2 KJ90-F16电路原理图见图6和整机电路板装配图见图7所示。图4 KJ90-F8型井下监控分站整机原理图图5 KJ90-F8型井下监控分站电路板装配图图6 KJ90-F16型井下监控分站整机原理图图7 KJ90-F16型井下监控分站电路板装配图6 各部分电路工作原理及常见故障分析与处理6.1 采样电路：见图8所示。图8 采样部分电路6.1.1 M0为传感器信号输入（15mA、420mA、2001000Hz）；6.1.2 RX1为限流电阻，与稳压二极管Z1组成保护电路，防止18V电源误接入到M0；6.1.3 R42、R43为采样电阻当采样420mA信号时，插上跳线JP1；6.1.4 U16(LM324ADG)四运算放大器为跟随电路（其电路特点为输入内阻高输出电阻低负载能力强输入输出极性不变）当输入电流信号时，AD1输出为0.21V电压。6.1.5 1mA5mA、420mA电流信号由M0通过限流电阻RX1 从运放U16A（LM324）的3脚输入1脚（AD1）输出0.21V电压。6.1.6 2001000Hz频率信号由M0通过限流电阻RX1 从运放U16A（LM324）的3脚输入1脚（AD1）输出。6.1.7 采样电路故障处理6.1.7.1 当RX1(150)开路时信号不能进行采样。6.1.7.2 Z1(1N4735)短路时AD1无信号。6.1.7.3 U16无信号输出时U16A(LM324ADG)击穿或开路，RX1限流电阻开路。6.1.7.4 当U16(LM324)无+5V或5V工作电压时AD1无信号输出，检查U25（ICL7660）及DC1（LM1085）。6.2 通道切换电路见图9所示。图9 通道切换电路6.2.1 通道切换电路工作原理U18（4051）为8选1切换芯片，将所选择的信号从输入端输出到3脚。PA0PA3、PA5为81C55通过光耦输出到此的通道选择信号。“INH”为禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。通道选择：PA2、PA1、PA0所选通道000AD1001AD2010AD3011AD4100AD5101AD6110AD7111AD8U20（CD4066）是一种双向模拟开关，在集成电路内有4个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。每个开关有一个输人端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端（又称控制端），当选通端为高电平时，开关导通；当选通端为低电平时，开关截止。使用时选通端是不允许悬空的。当采样电流信号时，PA5为高，U20D导通；当采样频率信号时，PA5为低，U20A导通。6.2.2 通道切换电路故障处理：当U18 (4051) 切换芯片（选通芯片）AD1AD8有信号输入但是X3脚输出端口无信号输出时检查：（1）检查U18的工作电压是否正常。（2）PA0PA2是否有控制信号。（3）U18 (4051)坏（击穿或者开路）。（4）U20（4066）击穿。6.3 频率信号采样电路见图10所示。图10 频率信号采样电路6.3.1 频率信号采样电路工作原理TLP521-4是四路光电耦合器。输入端的电压降大约是1.4V左右，额定最大电流是10mA，输出端的最大压降为0.4V。信号从输入端作用于输出端的最大滞后时间是2S。74HC14是六反相施密特触发器集成电路，其基本作用就是反相器，一般用于信号输入电路，用施密特触发器对输入信号进行波形整形，对干扰信号有一定的抑制作用，其输出为标准的TTL电平。1脚：输入； 2脚：反相输出； 7脚：地； 14脚：电源（5V）。D触发器74HC74的作用是组成一个分频器，并控制输入信号的通断。 频率信号由U20A（4066）的2脚输出，通过三极管N6驱动光耦内的发光二极管，将频率信号传递到光耦另一端，形成5V电平的波形，再经过施密特触发器U21整形后，输入到D触发器U24进行分频，当PA4（来自81C55）为低时，INT0输出低；当PA4为高时，INT0输出分频后的信号到单片机的外部中断引脚，由单片机进行计算，算出信号的频率值。6.3.2 频率信号采样电路故障处理6.3.2.1 U20（4066）2脚无信号输出，检查U22(4051)3脚是否为有高电平出现。6.3.2.2 模拟量信号不能采样，可检查PHOT1 ，U21的好坏及 U24的5脚到单片机INT0脚是否断线。6.3.2.3 采样整形电路74HC14二脚输出波形见图图11，如没有波形输出，检查（74HC14）整形电路外围电路及前端是否损坏。图11 74HC14第二脚输出波形6.3.2.4 集成电路74HC74第三脚输出波形如图12所示，如没有波形输出，检查（74HC74）整形电路外围电路及前端是否损坏。图12 74HC74第三脚输出波形6.4 电流信号采样电路6.4.1 工作原理见图13所示，U23两个放大器与电阻R21、R19、R100组成两个比较器，所设定的两个比较电压点如图所示。比较后的信号经过光耦隔离，PC4、PC5为输入到81C55上的信号。 图13 电流信号采样电路输入电流U20-9U23-1 U23-7PC4 PC50mA0V00111mA(或4mA)0.2V01105mA(或20mA)1V11006.4.2 电流信号采样电路故障处理6.4.2.1 模拟量信号采样正常，开关量信号不能采集，检查U20(4066)。6.4.2.2 主板通道显示为全开或全停状态时，U23（LM324）和PHOT2可能损坏。6.5 显示及驱动电路6.5.1 电路工作原理U19为高集成度的串行LED显示驱动芯片,带动八位LED数码管进行显示，LOAD、SI/SO、SCK为连接到单片机的控制管脚，DD0DD7为数码管的位选择输出，A、B、C、D、E、F、G、DP为数码管的段码输出。L1、L2、L3、L4、L6、L16、L14六个发光二极管为DD6位与AG段所控制，显示控制状态与通讯状态。PC3为从电源输入的交直流信号，输入到81C55上，为低时时驱动L5发光。见图14所示。图14 显示及驱动电路6.5.2 显示及驱动电路故障处理6.5.2.1 接通电源所有数码管均不显示，可能MAX7219损坏。6.5.2.2 若出现数码管缺笔现象，可更换该数码管。6.5.2.3 发光二极管不亮，用万用表通断档查其好坏。6.6 遥控接收电路6.6.1 电路工作原理U12为红外遥控接收元件，三极管N1将接收到红外脉冲进行放大，并输出到遥控解码芯片U13，PC0-、PC1-、PC2-为解码芯片的输出管脚，分别对应于遥控器的3个按键，平时为低，按键按下时，对应的管脚输出高。最后经反相器U33反相，输出到81C55的PC1、PC2、PC3。见图15所示。图15 遥控接收电路6.6.2 遥控电路故障处理6.6.2.1 开机自动进入遥控状态，应检查U13（BL9149）及U33（74C04）的好坏，用万用表检测其解码芯片对应管脚电平是否正常翻转。6.6.2.2 遥控无反应，应用示波器检查三极管N1的集电极是否在遥控器按下按键时有波形输出，如果没有则为红外接收头坏。6.7 电源及时钟电路6.7.1 电路工作原理V1为从电源箱输入的12V电压，VSS为电源地。DC1与DC5为线性稳压电源；DC3与DC4为隔离电源模块；U25为负电压芯片，产生-5V电源；DC1 3脚输入12V 2脚输出+5为采样电路、控制电路供电；U25(7660)电源-5为采样电路供电；DC4和DC5输出电源5、+12为通讯电路供电；电源VCC输出+5V为数字电路（单片机及外围电路）供电；U14为时钟芯片，BT1为保持时间的电池，JZ3是时钟晶振。/RTS、I/O、SCLK为连接到单片机的控制引脚。见图16所示。图16 电源及时钟电路6.7.2 电源及时钟电路故障处理6.7.2.1 若DC3无输出，单片机无工作电源，数码管不显示。6.7.2.2 DC1(LM1085)击穿,U16(LM324)无工作电压不能信号采样。6.7.2.3 DC4与DC5为485通讯芯片提供电源，若短路或开路将不能通讯。6.8 通讯电路6.8.1 电路工作原理U30为RS485总线芯片（SN65LBC184）输入（1脚），输出（4脚），方向控制（2、3）脚分别通过光耦电路与单片记连接；三极管N8增加输入信号的驱动能力；U29为看门狗芯片，其作用是当单片机死机而引起RS485芯片长时间处于输出状态时（P15Z长时间为高），将RS485的方向控制信号由高拉为低。见图17所示。图17 通讯电路6.8.2 通讯电路故障处理6.8.2.1 SN65LBC184芯片短路引起通讯中断。6.8.2.2 MAX813坏无控制信号，通讯中断。6.8.2.3 光耦损坏，通讯指示灯不亮，单片机收不到信号也不能发出信号。6.8.2.4 图18、图19为SN65LBC184通信芯片一脚和五脚的收信号波形。 图18 SN65LBC184通信芯片一脚收信号波形 图19 SN65LBC184通信芯片五脚的收信号波形6.8.2.5 图20、图21为SN65LBC184通信芯片四脚和五脚的发信号波形。 图20 SN65LBC184通信芯片四脚发信号波形 图21 SN65LBC184通信芯片发信号波形6.8.2.6 SN65LBC184通信芯片无收发波形输出则检查光耦、SN65LBC184、及通信部分外围电路。6.9 累积量输入电路PLSIN为外部输入的脉冲信号，通过光耦隔离后，连接到从单片机的计数口上。见图22所示。图22 累积量输入电路6.10 输出控制电路JC1为输出到电源箱的近程控制信号。PB0PB4是从81C55输出的断电控制信号，经过光耦隔离后，输出控制电平到JC2JC5,驱动T三极管工作使继电器电源形成回路，继电器工作，常开或常闭状态切换。见图23和图24所示。图23 电平输出控制电路图24 驱动继电器控制电路图25 电平或触点输出控制电路控制电平经过跳线JP9、JP10JP13的选择，最后从JC21JC51，JC22JC52输出电平信号或常开、常闭触点控制信号。以控制2举例：输出常开触点信号时，连通JP10的3、4脚；输出常闭触点信号时，连通JP10的5、6脚；输出电平信号时，连通JP10的1、2脚，并需要连通JP9的1、2脚。6.11 单片机及外围电路见图26所示6.11.1 电路工作原理U1是主单片机、U2是从单片机；U2是主单片机的看门狗加存储器芯片，所有的管脚信号都与主单片机相连，可以存储分站初始化信息，并在单片机死机时对其复位；U5是从单片机的看门狗芯片，在单片机死机时对其复位；U3、U9为锁存器，用做单片机地址及数据线的扩展；U4为RAM存储器，作为存放数据之用；U10为双口RAM，作为主从单片机之间的数据交换之用；U6为端口扩展电路，为主单片机进行端口扩展；U7是译码器，用做U6与U10的地址选通。6.11.2 单片机及外围电路故障处理6.11.2.1 对于遭受雷击或其他强电冲击的主板，一般情况下会出现不同程度的短路现象，应逐个检查单片机和扩展的外围电路各个芯片。直到短路现象消失再对其他功能部分进行维修。6.11.2.2 开机主板无显示，先检查电源电路，再检查单片机和显示驱动电路。图27 单片机及外围电路7 元件明细表7.1 KJ90-F16元件明细表序号名 称规 格 型 号封装数量位 号1单片机P89C60X2BNDIP401U12单片机P89C52DIP400U83EEPROMX5045PIDIP81U24RAM存储器CY62256-70SNCDIP281U45双口RAMIDT7130SA55PDIP480U106I/O口芯片M81C55-5DIP401U67时钟芯片HYM1302ZSO-81U148解码芯片BL9149DIP161U139通讯芯片SN65LBC184PDIP81U2810看门狗芯片MAX813LCSASO-81U2711看门狗芯片MAX813LCPADIP81U512运放LM324ADGSO-145U16 U17 U23 U25 U2613负电压芯片ICL7660CBAZSO-81U3214驱动芯片MAX7219CWGSO-241U3115电子开关CD4066BCMSO-141U2016电子开关CD4051BMSO-162U18 U1917六与门CD4011BCMSO-141U2218译码器74HC138DIP161U719锁存器74HC373DIP202U3 U920D触发器74HC74DSO-141U2421整形芯片74HC14DSO-141U2122反相器74HC04DSO-141U3323光耦TLP521-4DIP166PHOT1 PHOT2 PHOT3 PHOT4 PHOT5 PHOT624遥控接收头HS00381U122512V隔离模块B1212JS-2W1DC4265伏隔离模块B1205S-2W1DC327三端稳压LM1085IT-5.0TO-2202DC1 DC528贴片电阻50080516R43 R45 R47 R49 R51 R53 R55 R57 R64 R66 R68 R70 R72 R74 R76 R7829贴片电阻12008053R60 R88 R9630贴片电阻15008051RX1731贴片电阻51008052R25 R2732贴片电阻75008051R10033贴片电阻1K080523R9 R11 R13 R15 R17 R19 R32 R33 R34 R35 R38 R39 R58 R62 R80 R84 R85 R90 R92 R93 R104 R105 R10634贴片电阻5.1K080518R10 R12 R14 R16 R18 R23 R24 R26 R30 R31 R36 R37 R40 R41 R59 R81 R107 R10835贴片电阻10K080524R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R20 R22 R28 R61 R79 R82 R83 R86 R87 R89 R91 R94 R95 R97 R98 R9936贴片电阻24K08052R21 R10337贴片电阻36K08051R2938贴片电阻150120616R42 R44 R46 R48 R50 R52 R54 R56 R63 R65 R67 R69 R71 R73 R75 R7739直插电阻150/1WAXIAL0.616RX1 RX2 RX3 RX4 RX5 RX6 RX7 RX8 RX9 RX10 RX11 RX12 RX13 RX14 RX15 RX1640直插排电阻10K*9SIP101RP041贴片电容30pF-X7R08054C1 C2 C3 C442贴片电容1000pF-X7R08052C14 C1543贴片电容0.01uF-X7R080512C5 C6 C7 C8 C9 C17 C18 C19 C20 C50 C52 C5344贴片电容0.1uF-X7R080542C10 C11 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 C34 C35 C36 C37 C41 C42 C47 C49 CQ3 CQ4 CQ8 CQ11 CQ15 CQ21 CQ22 CQ23 CQ24 CQ25 CQ26 CQ28 CQ29 CQ30 CQ31 CQ32 CQ33 CQ34 CQ3545贴片电容1uF-X7R080511C39 C40 C43 C44 CQ1 CQ5 CQ7 CQ9 CQ13 CQ17 CQ1846贴片钽电容4.7uF/20V35282C13 C3847贴片钽电容10uF/20V35284C16 C45 C46 C4848贴片二极管1N45819DL-411D149贴片二极管1N4148DL-414D5 D6 D7 D850贴片稳压管1N4735DL-4117Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12 Z13 Z14 Z15 Z16 Z1751发光二极管3(白色发红光)23L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 L13 L14 L15 L16 L17 L18 L19 L20 L21 L22 L2352数码管HH508C6LD1 LD2 LD3 LD4 LD5 LD653贴片三极管S9015LT1SOT23-32N8 N954贴片三极管S9014LT1SOT23-33N1 N6 N755防雷管P0300ECTO-921D1056防雷管P0602ACTO-2202P060_1 P060_257晶振6M1JZ258晶振24M1JZ159时钟晶振32.768KHZ3*81JZ360跳线插针JUMPERSIP223套JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 JP12 JP13 JP14 JP15 JP16 J1 J2 J3 J4 JD JR JT61电池及底座3V锂电池1套BT1622.54白色插座CON21套P8635.08绿色插座CON81套P2645.08绿色插座CON101套P165羊角座双排插针IDC16IDC161套P566羊角座双排插针IDC20IDC203P3 P4 P667电路板KDDFZ0703.PCB17.2 KJ90-F8元件明细表序号名 称规 格 型 号封装数量位 号1单片机P89C60X2BNDIP401U12单片机P89C52DIP400U83EEPROMX5045PIDIP81U24RAM存储器CY62256-70SNCDIP281U45双口RAMIDT7130SA55PDIP480U106I/O口芯片M81C55-5DIP401U67时钟芯片HYM1302ZSO-81U148解码芯片BL9149DIP161U139通讯芯片SN65LBC184PDIP81U2810看门狗芯片MAX813LCSASO-82U5 U2711运放LM324ADGSO-143U16 U17 U2312驱动芯片MAX7219CWGSO-241U1913负电压芯片ICL7660CBAZSO-81U2514电子开关CD4066BCMSO-141U2015电子开关CD4051BMSO-161U1816六与门CD4011BCMSO-141U2217译码器74HC138DSO-161U718锁存器74HC373DIP202U3 U919D触发器74HC74DSO-141U2420整形芯片74HC14DSO-141U2121反相器74HC04DSO-141U3322光耦TLP521-4DIP166PHOT1 PHOT2 PHOT3 PHOT4 PHOT5 PHOT623遥控接收头HS00381U122412V隔离模块B1212JS-2W1DC425降压隔离模块B1205JS-2W1DC326三端稳压LM1085IT-5.0TO-2202DC1 DC527贴片电阻5008058R43 R45 R47 R49 R51 R53 R55 R5728贴片电阻12008053R60 R88 R9629贴片电阻15008051RX930贴片电阻51008052R25 R2731贴片电阻75008051R10032贴片电阻1K080519R9 R11 R13 R17 R19 R34 R35 R37 R38 R39 R40 R41 R58 R80 R84 R85 R90 R92 R9333贴片电阻5.1K0805124R10 R12 R14 R18 R23 R26 R30 R31 R32 R36 R59 R8134贴片电阻10K080522R1 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R20 R22 R24 R28 R33 R61 R79 R82