学位论文-—煤矿安全监控系统设计.doc

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1、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，其解决的程度直接关系到经济效益和管理水平。最初的工业过程控制是通过单元组合仪表进行原始分散控制，各控制回路相互独立，其优点是某一控制回路出现故障时，不影响其它回路的正常工作；其缺点是硬件过多，自动化程度不高，难以实现整个系统的最优控制。随后出现了集中控制，它是通过计算机将控制回路的运算、控制及显示等功能集于一身，其优点是硬件成本较低，便于信息的采集和分析，易实现系统的最优控制；其缺点是危险集中，局部出现故障会影响整体。鉴于以上原因，人们

2、开始研究集中分散控制。随着控制技术、计算机技术、通信技术、图像显示技术的发展，70年代中期，吸收原始分散控制和集中控制两者优点，克服其缺点的集中分散控制系统诞生了。现代集散控制系统应用范围非常广泛，一些高精度、高危险行业相继采用了集散控制系统，均取得了很好的效果。煤炭生产作为现代工业生产中一个危险系数较高的行业，其安全问题一直倍受关注，而且越来越多的人开始重视这一问题。于是煤矿中的安全监控系统就应运而生了，安全监控系统中处核心地位的就是集散控制系统(DCS)了。我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，不仅储

3、量大，分布广，而且种类齐全，煤质优良，为我国实现工业现代化提供了极为有利的条件。但在我国煤炭生产中，煤矿事故的死亡率一直居高不下。据报导，2005年全国煤矿企业共发生伤亡事故3341起，死亡5986人。其中，因瓦斯造成的事故占绝大多数，只要是因瓦斯发生的事故，非死即伤，形势非常严峻。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

4、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

5、井中瓦斯的浓度。第47页在传感器的设计中，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。第47页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(DistributedControlSystem)。后来又叫做集中(总体)分散控制系统(TotalDistributedControlSystem)，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

6、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。集中控制是指由单一的计算机完成控制系统的所有功能，并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

7、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，而且将危及到系统安全的因素降到了最低。传统意义上的DCS系统的最基本构图式如图2-1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的信息联系，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2-1中去掉决策单元，就成了分散控制系统(D

8、ecentralizedControlSystem)，它并不具备DCS的上述特性和功能。图2-1DCS的基本构成构图第47页在工程中，DCS系统除了具有控制功能之外，还要实现监视、管理等其它功能。所以其具体的组成就相对复杂，系统组成框图如图2-2所示。图2.2DCS系统组成框图由图2-2可见，DCS系统实际上是一种分级递阶结构。各控制器完成过程对现场的控制任务，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