煤矿安全监控系统设计 学位论文.doc

1绪论 1.1 本次课题研究的背景与意义 在工业生产中有各种各样的控制问题，其解决程度直接关系到经济效益和管理水平。 矿井中的爆炸性气体主要成分是甲烷，是易燃易爆气体中的一种，约占井下易燃易爆气体的85%左右。当甲烷浓度达到5%--15%时，遇到火源或者火花就会发生爆炸；当达到25%--30%时，人就会出现窒息前的症状，头晕、呼吸增快、浑身乏力，注意力不集中，甚至窒息。因此，在煤矿井下，甲烷浓度超出安全范围非常危险，将对矿工的生命安全和生产安全产生巨大的威胁。所以，能否对煤矿中甲烷气体浓度进行有效的监测，直接影响着矿工和生产的安全。而甲烷传感器是煤矿下监测甲烷浓度的主要设备。 1.2 本次设计的任务 煤矿安全监控系统需要监测的环境参数很多，其中最重要的就是瓦斯的浓度。监测瓦斯浓度的主要设备是瓦斯传感器系统，目前市面上通用的瓦斯传感器有很多，一般各有各的适用场合。本次设计则是设计一个煤矿安全监控系统中最前端、最重要的设备——智能瓦斯传感器，用来监测矿井中瓦斯的浓度。 在传感器的设计中，先提出总体设计方案，然后分别设计各硬件方面、软件方面、通信方面、抗干扰方面。最后，对全文进行总结。 2集散控制系统 2.1 集散控制系统概述 集散控制系统又名分布式计算机控制系统，国外最早称为分散控制系统，即DCS( Distributed Control System)。后来又叫做集中(总体)分散控制系统 ( Total Distributed Control System)，我国习惯上称之为集散控制系统或DCS。它是以微机处理器为基础，继承单元组合仪表及计算机系统的优点，充分利用了控制技术、计算机技术、通信技术、图像显示技术(即4C技术)的应用成果；集中了连续控制、批量控制、逻辑控制和数据采集功能的计算机综合控制系统。其主要特征是:集中管理，分散控制。自1975年第1套集散控制系统TDC- 2000诞生以来，以后的20多年中，各类集散控制系统广泛应用于石油、化工、煤矿、冶金、炼油、纺织、制药等行业，均取得了很好的效果。 计算机控制系统按结构划分，可以分为集中控制和分布式控制集中控制指由单一的计算机完成控制系统的所有功能对全部被控对象实施控制的一种系统结构其优点是系统的整体性和协调性好，但对计算机的可靠性和安全性要求甚高而分布式控制系统DCS）则以多台计算机分别承担不同的控制功能和处理范围，不仅处理能力大大提高，而且将危及系统安全的因素降低。传统意义上的DCS系统的最基本构图式如图所示。图中:C1，C2，……，Cn为控制f1，f2，……fn为反馈信息。对DCS系统而言，各控制单元之间没有直接信息联系，各控制单元有自己的性能指标，控制策略和算法，且其性能指标和控制算法等由决策单元按一定优化准则调节给出。如果图中去掉决策单元，就成了分散控制系统(Decentralized Control System)，它并不具备DCS的上述特性。 图DCS的基本构成构图 在工程中，DCS系统除控制功能，还要实现监视、管理等其它功能系统组成框图如图所示。图DCS系统组成框图由图可见，DCS系统实际上是一种分级递阶结构。各控制器完成过程现场的控制任务，根据控制对象特性，可以分别情况，采用顺序控制，程序控制，模拟量控制等等，其控制策略与控制算法要随被控对象与要求而定。数据采集器用于收集控制信息和被控过程的各种状态信息，数据采集任务不但可由控制器完成，也可由一般仪表和逻辑箱完成。控制器和数据采集器在控制现场对信号进行预处理后经高速数据通道送到上级计算机和CRT操作站CRT操作站是显示操作装置，监控级(计算机)通过协调各控制器的工作，实现控制过程的动态最优化。管理级(计算机)具有管理功能，又兼具对监控级实现监控功能它具有丰富的信息资源，能够对被控对象进行监控，制定计划，进行成本核算，对设备和人员进行管理等，以实现被控过程的静态最优化和综合自动化。 以微处理器为核心的基本控制器，不但能代替模拟仪表完成常规的模拟控制，且能实现复杂算法控制和程序控制。在基本控制器内可采用固化的应用软件，在控制现场对输入输出数据进行数据处理，减少了信息的传输，大大减少了上级计算机的数据处理量，降低了对上级计算机的要求，使系统程序应用较为简单。在现场就地安装控制器，不仅节省了输入输出电缆的长度，同时减少了传输信号的干扰。在功能上各控制器各自为政，各自独立完成各自的功能，使系统故障分散，从而使系统可靠性大为提高 图3-1 KJ103煤矿安全监控系统结构图 3.2.1系统主要功能介绍 （1）可监测监控瓦斯、风速、负压、一氧化碳、烟雾、温度、风门开关等环境参数，煤仓煤位、水仓水位、压风机风压、箕斗计