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掘进巷道迎头风量无线监测关键技术研究

2020-12-03阅读(461)

掘进巷道迎头风量无线监测关键技术研究

论文摘要

能源是国家经济发展的命脉,由于国内工业的不断蓬勃发展,对能源的需求量也与日俱增。随着近年来石油资源的紧张,石油价格的飙升,作为工业粮食的一次性能源—煤,其开采利用也达到了前所未有的程度;而伴随着的安全问题也成为亟待解决的首要问题,尤其是重、特大伤亡事故的不断发生时刻威胁着矿工的生命安全。各企业安全生产检测设备不完善、管理手段落后是事故频发的主要原因。掘进巷道迎头风量无线监测研究是针对掘进通风安全性进行的,目的是实现对井下掘进巷道迎头风量进行实时监测,弥补现有监测、监控手段的不足。系统采用无线传输技术,避免了以往有线系统的不适用性,系统具有风量实时显示、风速超限声光报警、工作面断电等功能。本文分析了当前国内外掘进巷道通风监测技术的研究现状,简要阐述了掘进巷道常用通风方式,对掘进工作面需风量及实际送风量进行了计算,将工作面送风量的安全等级进行了等级划分,为监控系统提供判断依据。结合现有的通风方式,提出了新的风量检测电路布局方案,并对该布局方式下风量检测算法做了详细的误差分析。结合矿用传感器通用技术条件的基本设计要求,提出了系统设计方案,对系统的理论基础、实现方法、硬件和软件设计做了详细的论述,给出了部分电路的接口原理图及部分源程序代码。系统以89S51单片机为中央处理器,由风量信号采集电路、无线发送模块、无线接收模块、数字显示电路、声/光报警电路以及控制电路等组成。根据爆炸性气体环境用电器设备要求,对电路设计参数进行了安全性计算。系统软件设计采用模块化编程方法,程序代码的编写采用单片机汇编语言,使用KeilC集成开发环境进行调试。试验表明,系统可准确监测掘进巷道迎头风量,具有较高的实用价值。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 掘进巷道通风检测的研究现状
  • 1.1.1 通风检测仪表的发展
  • 1.1.2 掘进巷道风量的检测方法
  • 1.1.3 现有通风检测技术评述
  • 1.2 巷道掘进迎头风量无线监控的提出
  • 1.3 研究内容和关键技术
  • 1.4 本章小结
  • 第二章 掘进巷道通风及其风量计算
  • 2.1 掘进巷道的通风方式
  • 2.1.1 压入式通风
  • 2.1.2 抽出式通风
  • 2.1.3 混合式通风
  • 2.1.4 可控循环风
  • 2.1.5 矿井全风压通风
  • 2.2 掘进巷道所需风量计算
  • 2.3 掘进巷道迎头的风量计算
  • 2.4 风筒风速的计算
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 掘进迎头风量信号检测
  • 3.1 掘进通风设备的布置
  • 3.2 掘进迎头风量无线监测布局
  • 3.3 迎头风量信号检测原理
  • 3.4 迎头风量信号检测电路设计
  • 3.4.1 单片机测量系统的构成
  • 3.4.2 迎头风量信号检测电路
  • 3.5 信号检测抗干扰措施
  • 3.5.1 掘进工作面常见干扰源
  • 3.5.2 检测电路硬件抗干扰设计
  • 3.5.3 地线系统干扰的抑制
  • 3.5.4 电子元器件的选型
  • 3.5.5 PCB可靠性设计
  • 3.5.6 冗余设计
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 风量检测信号的无线传输
  • 4.1 近距离无线传输概述
  • 4.2 掘进迎头无线传输的优点
  • 4.3 无线传输硬件电路设计
  • 4.3.1 无线发射接口电路设计
  • 4.3.2 无线接收接口电路设计
  • 4.4 无线传输注意事项
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 风量显示、报警、控制电路设计
  • 5.1 掘进迎头风量监控等级划分
  • 5.1.1 正常风量等级确定
  • 5.1.2 临界风量等级确定
  • 5.2 风量显示电路设计
  • 5.3 声、光报警电路设计
  • 5.3.1 声音报警电路
  • 5.3.2 灯光报警电路
  • 5.4 控制电路设计
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 风量监控系统程序设计
  • 6.1 上位机程序设计
  • 6.1.1 定时器/计数器T0设定
  • 6.1.2 定时器/计数器T1设定
  • 6.1.3 上位机工作方式控制寄存器 TMOD设定
  • 6.1.4 启/停与中断控制寄存器
  • 6.1.5 中断控制寄存器IE
  • 6.1.6 中断优先级控制寄存器
  • 6.2 上位机变量地址分配及程序初始化
  • 6.3 串行通信
  • 6.4 下位机程序设计
  • 6.5 系统软件抗干扰设计
  • 6.5.1 测控系统软件的基本要求
  • 6.5.2 软件抗干扰技术的常用方法
  • 6.6 本章小结
  • 第七章 风量检测的误差分析
  • 7.1 转速测量的基本方法
  • 7.1.1 F/V转换测量法
  • 7.1.2 频率测量法
  • 7.2 转速测量的算法
  • 7.3 风量检测的误差分析与比较
  • 7.3.1 时间误差分析
  • 7.3.2 算法误差分析
  • 7.4 本章小结
  • 第八章 风量监控电路的安全性检验
  • 8.1 本安型电气规范
  • 8.2 电阻安全性计算
  • 8.3 电容值安全性计算
  • 8.4 导线安全电流计算
  • 8.5 本章小结
  • 第九章 风量监控系统的实验模拟
  • 9.1 Keil uVision2开发平台简介
  • 9.2 Keil程序代码调试
  • 9.3 系统试验与测试
  • 9.4 结果分析和有待解决的问题
  • 9.5 本章小结
  • 第十章 结论与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者在攻读硕士学位期间的学术成果

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