片机的智能煤矿瓦斯监控系统的设计

基于单片机的智能煤矿瓦斯监控系统的设计作者：王春梅，WangChunmei作者单位：临沂师范学院,信息学院,山东,临沂,276005刊名：计算机测量与控制英文刊名：COMPUTERMEASUREMENT&CONTROL年，卷(期)：2009，17(12)被引用次数：0次参考文献(5条)1.钱春丽.张兴敢用于矿井环境监测的无线传感器网络[期刊论文]-电子技术应用2006(09)2.罗蕾嵌入式实时操作系统及应用开发[期刊论文]-北京:北京航空航天大学出版社20053.韩宁基于ARM的嵌入式煤矿安全生产监控终端[期刊论文]-辽宁工程技术大学学报2006(06)4.万国峰基于专家系统的煤矿安全监测监控系统[期刊论文]-计算机测量与控制2008(10)5.沈红卫基于单片机的智能系统设计与实现[期刊论文]-北京:电子工业出版社2005相似文献(10条)1.学位论文吕晓庆基于MEMS的甲烷催化传感器的研制2007目前对煤矿安全生产最严重的灾害就是瓦斯爆炸。由于瓦斯的主要成分是CH4，因此当前煤矿都用对甲烷气体含量的检测作为瓦斯含量的参考指标。按照煤矿安全工作要求对矿井瓦斯含量进行连续准确及时地监测是必须的，它也成为指导煤矿安全生产的重要保证措施之一。检测瓦斯含量的方法很多，如热导法、光干涉法、红外光谱吸收法、超声波测量法、气敏半导体法以及瓦斯催化剂元件法等。催化燃烧型瓦斯检测仪是当前煤矿中使用最广泛、最普遍的瓦斯检测仪器，是煤矿动态监视矿井瓦斯浓度的有效工具。由于其技术的不断发展与完善，这类仪器近年来发展迅猛，种类繁多，无论从报警矿灯、便携式瓦斯报警仪还是到安全监控系统中的低瓦斯传感器，都占据了煤矿瓦斯检测仪器的主导地位，对煤矿安全生产起到了至关重要的作用。但是由于目前市场上便携式瓦斯报警仪在检测原理以及软件算法上还存在着一定的设计缺陷，使得瓦检仪的测量误差较大以及定期校准时间．催化燃烧型瓦斯检测仪的检测原理为：向载体催化元件通以恒定的工作电流，将其加热到500℃左右，利用敏感元件(俗称黑白元件)对瓦斯的催化作用使瓦斯在元件表面上发生无焰燃烧，放出热量使元件温度上升，增加了敏感元件铂丝的电阻值。通过惠斯登电桥测量电路，可以测量其敏感元件电阻值的变化量，从而得到相应的瓦斯含量。本文的主要工作是详细分析了煤矿瓦斯催化燃烧的机理，在传统催化元件的基础上优化其结构，并对新型甲烷催化传感器进行了初步的结构设计方案，该催化传感器的结构为平面微型阵列，包括至少8个以上的检测单元。以硅片为衬底，在其上分别制作加热电阻和铂薄膜电阻，再在其上制作催化剂载体和催化剂的混合薄膜，薄膜制作可采用溅射或CVD工艺。最后用微机械加工工艺减小元件尺寸并将各单元部分分离，形成梳状结构，以实现热隔离。在MEMS的基础上讨论了其初步工艺设计方案，最后探讨了整个系统的改进，提出了一些优化方案。2.学位论文李军煤矿一氧化碳气体传感器系统的设计与实现2006随着社会的发展，人们的安全意识得到了不断的加强。近年来，煤炭、矿山等企业由于煤气泄漏、瓦斯爆炸等造成的伤亡事件时有发生，给安全生产带来一定的事故隐患。因此研究一种能在线、可靠地检测易燃、易爆危险气体并能自动报警的装置，是今后煤炭、矿山企业安全生产的大前提，也是广大科技人员正在研究的一个重要课题。本文研究的目的，就是要通过一氧化碳传感器系统的开发，找到一种能够完成煤矿井下有害气体检测的有效方法。CO是一种有毒气体，是煤矿井下重点检测气体之一。由于井下工作环境的复杂，要求检测气体的仪器不但具有检测和报警功能，而且必须符合安全标准要求。这类气体传感器在工作时要符合本质安全的要求。本文以CO气体传感器为研究对象，讨论了基于恒电位电化学式传感器原理和单片机技术的CO气体传感器测试系统的研究与设计。系统包括气体传感器工作电路、信号调理和采集以及数据传输与管理等组成部分。传感器不但具有报警限设定，声光报警，现场动态浓度显示的功能，而且可以通过分站与中心主机进行数据通讯。具体内容包括传感器系统的工作原理、硬件电路和软件模块，以及井下分站的结构和工作原理。并通过实验，对传感器的可靠性和稳定性进行了验证。进一步对影响传感器性能的因素进行了分析，得出了所设计的CO传感器系统能够满足生产要求的结论。3.学位论文熊廷伟煤矿瓦斯爆炸预警技术研究2005我国是煤炭生产大国，年产量居世界首位。但同时煤矿的安全生产形势非常严峻，尤其是瓦斯爆炸事故，造成大量的人员伤亡和财产损失，引起政府的高度重视。目前的煤矿安全监测监控系统在监测煤矿井下安全状况，防范安全隐患方面起着重要作用，但它仅是传感器数据的简单反应，尚未具有瓦斯爆炸预警功能，还不能较好地满足矿井安全生产管理的需要。本论文综合国内外大量相关资料和规范规定，并结合矿山具体情况，提出基于KJ90综合监测系统和ArcGIS的煤矿井下瓦斯爆炸预警系统。论文首先分析了国内外瓦斯爆炸的研究现状，运用事故树分析法，对煤矿井下瓦斯爆炸原因进行分析研究，建立煤矿井下瓦斯爆炸事故树，提出煤矿井下导致瓦斯爆炸的可能途径共361条，充分说明该事件发生的可能性和危险性很大。根据所建事故树，从供氧条件、瓦斯积聚和引爆火源三大方面对煤矿井下发生瓦斯爆炸的条件进行研究。其次，论文逐一分析了瓦斯爆炸产生的危害：火焰峰面、冲击波、大量有毒有害气体、火灾和二次爆炸，对产生灾害损失进行预测，提出井下瓦斯爆炸冲击波破坏的数学模型，得出死亡半径、重伤半径、轻伤半径和财产损失半径，并用实例加以说明，提出防止瓦斯爆炸和救灾的具体措施。最后，利用ArcGIS完美的显示和分析能力，结合KJ90监控系统强大的数据库和实时监控功能，对煤矿井下瓦斯爆炸进行预警研究。根据大量文献和相应规程规定，建立了采掘工作面瓦斯涌出量预警模型，基于KJ90监控系统瓦斯和风速传感器监测值预警系统，以及煤与瓦斯突出引发瓦斯爆炸的预警模型，并提出预警的四个危险等级及其增加和降低机制。将基于KJ90监控系统的各预警结果显示到ArcGIS平台，根据矿山具体情况，运用专家系统对其进行分析，提出相应措施，减少瓦斯爆炸的发生。论文结合中梁山南矿具体情况，对该矿通风系统进行安全度等级评价和通风指数分析，判断其合理性和安全性。4.学位论文刘念管道内瓦斯爆炸传播仿真研究2009可燃气体爆炸是工业生产和生活领域爆炸灾害的主要形式之一，而瓦斯爆炸是其中较为严重的灾害。近年来，在海上石油和天然气的开采中可燃气体泄漏事故频发，尤其是近期我国发生的多起煤矿瓦斯爆炸事故，造成人民生命和财产的巨大损失，从而促使人们重视对气体爆炸的研究。采取何种措施能更积极有效地把爆炸范围和可能造成的破坏限制在最小程度，这一直是安全工作者关注的焦点。煤矿瓦斯爆炸事故，由于其发生频率高、破坏性广、社会影响大，故长期以来一直受到广泛关注。瓦斯爆炸事故是我国煤矿最严重的事故之一，在重特大事故中，瓦斯爆炸事故的死亡人数已经多年占据首位。瓦斯爆炸产生的冲击波伤害、火焰高温伤害以及有毒气体窒息是产生伤害的主要模式。现代瓦斯爆炸事故往往发生在巷道等类似管道结构内，对此类爆炸的研究，特别是对传播过程中冲击波和火焰的传播规律研究，有利于了解气体爆炸过程规律，有利于研究瓦斯爆炸机理，为防治气体爆炸事故特别是瓦斯爆炸事故提供科学依据。气体爆炸目前存在两种爆炸理论。一种是热爆炸理论，热爆炸理论认为反应过程中放热超过散热，反应物温度不断升高，导致反应速度按指数函数迅速增大，是最终导致爆炸的原因。另一种是链式反应理论，链式反应理论认为化学反应过程中活性中心不断增多，使得反应自动加速，结果在等温条件下发生爆炸。瓦斯爆炸通常认为是一种链式反应，而瓦斯主要成分是甲烷，而燃烧学证实烃类燃烧过程中不存在纯粹的链式爆炸或是热爆炸，一般来说同时存在两种反应机理，因此瓦斯爆炸可以认为是热效应和链式反应共同影响的爆炸反应。在爆炸过程中那一种影响更为明显，要看具体情况。在本文的实验条件下，热效应在瓦斯爆炸过程中起到显著作用，可以认为该条件下热爆燃理论在瓦斯爆炸过程中起主要作用。目前研究瓦斯爆炸主要是实验研究、理论研究和仿真研究，但理论研究和仿真研究替代不了实验研究的作用，实验可以检验理论结果和仿真结果的正确性与可靠性，并提供建立运动规律及理论模型的依据。本文对长直管道内瓦斯爆炸传播进行了实验研究，通过实验可以定量研究管道内充满瓦斯时爆炸产生的冲击波和火焰传播规律，为后续仿真研究管道内瓦斯爆炸提供建模的依据，并检验仿真模型的可靠性。实验在煤炭科学研究总院重庆研究院瓦斯气体粉尘爆炸防治技术实验室进行，分别对直径为500mm和直径为700mm长直管道内瓦斯爆炸进行了实验研究。管道一端封闭，管壁分布若干压力和火焰传感器以获取爆炸过程中火焰阵面和压力波数据。通过对不同浓度的瓦斯爆炸实验，获得了爆炸压力波和火焰相关数据。数据分析显示管道内瓦斯爆炸存在自加速现象，封闭端对压力波的反射导致管道内个测点超压峰值出现的时刻并不是随着距离的增加而依次延后，爆炸压力最大值出现在管道开口端而不是爆源附近。实验为后续的仿真研究提供了依据。瓦斯气体爆炸是一种复杂的流体运动过程，本文的仿真研究是以计算流体力学为基础，运用著名的软件Fluent进行。由于瓦斯爆炸过程的复杂性，本文在进行仿真模拟时对管道模型进行了相应的简化。目前数值计算方法主要有有限差分方法、有限元方法和有限体积法，综合考虑计算的精度要求和计算所需的硬件资源，本文选取有限体积法对管道内瓦斯爆炸进行数值计算。文章首先对长直管道内瓦斯爆炸传播进行了仿真模拟。经过建模分网，设置初始条件、边界条件等步骤后，得出了仿真结果。通过仿真数据与长直管道瓦斯爆炸的实验数据的对比分析，发现数据之间存在一定的差异。仿真时初始和边界条件为管道是光滑的和绝热的，而实验管道壁面是粗糙的、非绝热的。因此，在没有考虑管道壁面热效应和粗糙度等条件的情况下，仿真值与试验值存在差异，但基本满足定性研究爆炸发展传播的要求，可以运用该管道仿真模型模拟复杂管道内瓦斯爆炸发展规律。管道截面积突变以及管道弯曲对瓦斯空气混合气体爆炸传播有着重要的影响。文章接下来运用上述仿真模型对管道截面积突变和管道弯曲对瓦斯爆炸传播的影响做了仿真研究。仿真过程中管道几何模型为长度为66.5m的复杂管道，分别在长度为33.5m和63.5m处出现截面积突变和管道弯曲。仿真结果分析表明，瓦斯爆炸传播至变截面处时，产生大量涡流，使气体湍流度增大，压力峰值提升，爆炸传播至拐弯处时，湍流度进一步增大，出现大量涡流，压力峰值达到最大，压力波波形结构破坏，随后爆炸向出口端传播，压力峰值逐渐降低。通过对复杂管道内瓦斯爆炸传播的仿真模拟，本文展现了瓦斯爆炸在复杂管道内的传播过程和规律。关键词：瓦斯爆炸复杂管道传播压力波仿真研究5.期刊论文冯柏群.刘东红.黄颖辉气敏传感器的原理及在预防煤矿瓦斯爆炸中的作用-煤炭工程2006,(10)文章从瓦斯爆炸的危害、瓦斯爆炸的原理引入,分析了气敏传感器在预防煤矿瓦斯爆炸中的重要作用,设计了应用气敏传感器预防煤矿瓦斯爆炸的应用电路,并分析了该电路的工作原理,确定了组成电路各元器件的选用方法、功能特点及其性能指标.6.学位论文张海峰基于KJ101监控系统的瓦斯爆炸预警模型研究2008安全生产是煤炭工业“走新型工业化道路”、实现可持续发展的前提条件。我国大多数煤矿地质条件复杂，导致自然灾害多，容易引发重大事故，给安全生产造成极大的困难，煤矿事故类型当中，瓦斯爆炸事故最为严重。目前的煤矿安全监测监控系统在监测煤矿井下安全状况，防范安全隐患方面起着重要作用，但它几乎是传感器数据的简单反应，尚未具有瓦斯爆炸预警功能，还不能较好地满足矿井安全生产管理的需要。本文综合国内外大量相关资料和规范规定，并结合矿山具体情况，提出基于KJ101监测预警系统的煤矿井下瓦斯爆炸预警模型。⑴首先分析了国内外瓦斯爆炸预警的研究现状，对矿井瓦斯爆炸做了简单的概述，建立事故树，求出最小割集即瓦斯爆炸发生的各种可能，对矿井瓦斯爆炸事故进行分析，为瓦斯爆炸预警模型提供理论基础。⑵根据对煤矿安全危险源的分析，从人、物、环境、三