矿井通风监控系统设计与开发

论文摘要

矿井通风系统是矿井安全生产的重要组成部分,矿井通风系统的好坏,直接影响着矿井的安全生产、灾害防治和经济效益。矿井通风风机风量的优化调节,可节省大量电能消耗。因此,建立一套数字化的矿井通风机监控系统是改进现有矿井通风机系统工作状况的有效手段。针对国内外矿井风机监控系统现状,分析了矿井风机监测系统的需求,提出了一种基于井下现场监控层、光纤通信网络层、地面监控管理层三层网络的矿井通风监控系统方案,详细叙述了该系统的体系结构。建立矿井通风网络模型,根据流体力学原理,简化沿程损失和局部损失,使之符合矿井巷道风阻的计算,采用拟牛顿法解算通风网络模型。设计井下远程监控节点硬件,给出了风机控制器、数据采集、以太网等关键模块电路原理图；采用RTOS与应用软件的分层结构,移植μC/OS-Ⅱ与网络协议,开发软件驱动,设计实现了软件的通信、数据存储、数据采集等功能,通过优先级分配,满足了系统实时性要求。基于建立的矿井通风网络,开发了矿井通风监控系统,实现了通风系统的监控和矿井风量的调节,为矿井通风系统方案提供理论依据,经济效益明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的研究内容和章节安排
• 第二章 矿井通风监控系统设计
• 2.1 通风系统安全生产的关键因素分析
• 2.2 系统功能需求分析
• 2.3 矿井通风网络研究与变频调节
• 2.3.1 矿井通风网络模型
• 2.3.2 变速调节
• 2.4 系统总体方案
• 2.4.1 井下现场监控层
• 2.4.2 光纤网络传输层
• 2.4.3 地面监控管理层
• 2.5 本章小结
• 第三章 矿井通风网络模型
• 3.1 矿井通风网络建模
• 3.1.1 节点风量平衡模型
• 3.1.2 回路风压平衡方程
• 3.2 网络模型的解算
• 3.2.1 拟牛顿法算法原理
• 3.2.2 回路矩阵确定原则
• 3.2.3 风量初始赋值
• 3.2.4 迭代计算
• 3.3 矿井固定风量分支需求值分析
• 3.4 大红山铜矿应用实例
• 3.5 小结
• 第四章 风机监控子站硬件设计
• 4.1 风机监控子站功能及原理分析
• 4.2 风机控制器设计
• 4.2.1 硬件方案选取
• 4.2.2 单片机模块设计
• 4.2.3 电源模块设计
• 4.2.4 以太网模块设计
• 4.2.5 外部存储模块设计
• 4.2.6 人机交互电路设计
• 4.2.7 参数采集部分电路设计
• 4.3 风量控制模块硬件设计
• 4.3.1 恒风量控制
• 4.3.2 变频器选型
• 4.3.3 参数传感器部分
• 4.4 小结
• 第五章 风机控制器嵌入式系统软件设计
• 5.1 监控软件系统总体框架
• 5.2 操作系统与网络协议实现
• 5.2.1 μC/OS-Ⅱ简介与系统优点
• 5.2.2 μC/OS-Ⅱ的移植
• 5.2.3 处理器的初始化
• 5.2.4 TCP/IP协议移植
• 5.2.5 LwIP网络接口
• 5.3 系统任务程序设计
• 5.3.1 系统任务划分
• 5.3.2 任务优先级
• 5.3.3 系统任务管理与调度
• 5.4 地面主机站处理软件
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要成果