淺談煤氣藏中廢氣的濃度監(jiān)控

0煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)在采用ipc/工控機(jī)組成監(jiān)控的必要性長(zhǎng)期以來(lái)，大多數(shù)煤氣站房屋和車輛的屋頂濃度都是根據(jù)工人的經(jīng)驗(yàn)確定的。這不僅僅為安全事故埋下了巨大的隱患,而且也給生產(chǎn)帶來(lái)了諸多不安全因素。所以,設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崟r(shí)對(duì)煤氣濃度進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)勢(shì)在必行。煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)能夠在IPC(工控機(jī))上面實(shí)時(shí)地顯示出測(cè)量點(diǎn)的煤氣濃度,并且還能夠在所測(cè)點(diǎn)的濃度超過(guò)所設(shè)定的臨界值時(shí)自動(dòng)通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹散和排送,在必要時(shí)還會(huì)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)。此外,還能夠通過(guò)工控機(jī)把整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的相同測(cè)點(diǎn)的濃度的變化曲線圖繪制出來(lái)。由此可見(jiàn),煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)在煤氣的安全生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程當(dāng)中發(fā)揮著巨大的作用。1煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)從機(jī)控制到人員控制煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是利用半導(dǎo)體氣敏傳感器把煤氣的濃度轉(zhuǎn)換成為mV級(jí)的模擬電壓信號(hào),當(dāng)放大器把信號(hào)放大到0~5V時(shí),由低通濾波濾掉所干擾的信號(hào),然后再傳送到A/D轉(zhuǎn)換器,并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量然后發(fā)送到CPU在進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。然而,一旦空氣當(dāng)中的煤氣濃度達(dá)到最初所設(shè)定的值的時(shí)候,將會(huì)把數(shù)字量進(jìn)行輸出,經(jīng)過(guò)變送器驅(qū)動(dòng)電磁閥。此時(shí)會(huì)關(guān)閉煤氣管道并且打開(kāi)排氣裝置,從而輸出向上位PC機(jī)輸出所處位置和數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)光電報(bào)警以及報(bào)警值,能夠及時(shí)讓監(jiān)控人員得到消息實(shí)施處理和控制。當(dāng)故障被派出以后,便可以對(duì)控制面板當(dāng)中的按鍵進(jìn)行相應(yīng)的操作和打開(kāi)閥門(mén)讓供氣繼續(xù)工作。煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。集群煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)大多都是通過(guò)多機(jī)的方式和前端機(jī)進(jìn)行通信的,該系統(tǒng)采用的主要是主從工作模式。把單片機(jī)作為從機(jī)和本地的上位機(jī)進(jìn)行通信和聯(lián)系的。集群煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)的分級(jí)如下:第一級(jí):上位PC機(jī)(中央控制操作站),此系統(tǒng)的PC機(jī)主要是以Windows98作為主要操作平臺(tái),并且利用的是Rpckwell美國(guó)公司的Rsciew32組態(tài)軟件包建立的管理系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng),完成現(xiàn)場(chǎng)煤氣濃度現(xiàn)場(chǎng)位置的確認(rèn)、煤氣濃度數(shù)據(jù)的顯示以及數(shù)據(jù)的查詢和數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、打印、統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等等一系列的操作。第二級(jí):單片機(jī)控制系統(tǒng),因?yàn)榇讼到y(tǒng)對(duì)于精確性和實(shí)時(shí)性以及可靠性的要求較高,所以在系統(tǒng)當(dāng)中通常采用的都是以單片機(jī)為主要的現(xiàn)場(chǎng)控制器,完成對(duì)煤氣濃度的運(yùn)算和采集以及控制,并且向PC機(jī)傳送煤氣濃度數(shù)據(jù)。2單元件系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理2.1監(jiān)控存儲(chǔ)模塊因?yàn)榭紤]到煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和程序空間運(yùn)算空間比較寬,因此CPU選擇使用的是ATMEL公司生產(chǎn)的以AT89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)為主要核心,并且運(yùn)用EPROM作為系統(tǒng)程序的主要存儲(chǔ)。采用上位PC機(jī)和RS-232接口進(jìn)行遠(yuǎn)距離之間的串行通信。2.2燃?xì)怆姶砰y執(zhí)行電路分為排氣和電磁閥啟閉兩個(gè)部分的電路,電磁閥的啟閉主要是由電磁閥和DAC0832以及變送器等組成的。而煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)所采用的DACO832則是由NationalSemiconductorCorporation所生產(chǎn)的。因?yàn)殡姶砰y有其獨(dú)特的特性,特別采用了AIDE型號(hào)M系列的二位二通節(jié)能型的燃?xì)怆姶砰y,這種電磁閥的特點(diǎn)是:能耗小、電壓低。它的工作原理如圖2所示。由上圖可以看出,結(jié)構(gòu)在線圈位置的時(shí)候所配置為永久性磁鋼,且線圈為正、負(fù)極脈沖供電。然而,如果當(dāng)脈沖進(jìn)行供電的時(shí)候閥門(mén)需要存在于開(kāi)啟狀態(tài)并且要隨時(shí)保持,這時(shí)候電源切斷閥門(mén)的時(shí)候?yàn)殚_(kāi)啟的狀態(tài)。如果當(dāng)反向脈沖供電的時(shí)候閥門(mén)是關(guān)閉的狀態(tài)保持,這時(shí)電源切斷閥門(mén)是關(guān)閉的位置。因?yàn)殡姶砰y門(mén)是通過(guò)脈沖信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的,故系統(tǒng)在單緩沖模式之下進(jìn)行工作的DAC0832是作為一種波形器發(fā)生的,以此來(lái)提供正負(fù)脈沖,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟閉和安裝位置的可調(diào)整型。單片機(jī)系統(tǒng)硬件的排氣部分所選用的是普通家庭使用的排風(fēng)機(jī)、DAC0832以及TPL光電隔離器,它們可以使單片機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)完全實(shí)現(xiàn)電隔離狀態(tài),并有效地提高系統(tǒng)的抗干擾性。2.3氣體傳感器和顯示前向通道的組成部分有傳感器、低通濾波器、電壓隔離器以及逐次逼近式ADC0809。在單片機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中,CS-2000型化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器憑借其分辨率高、精度高、零功耗、使用壽命長(zhǎng)以及寬量程和電壓/電流線性輸出、不受濕度環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn),一直被采用。電壓隔離器可以把模擬和數(shù)字分別開(kāi)來(lái),消除共模的干擾。它的主要性能參數(shù)如下:2.4機(jī)系統(tǒng)電源的控制煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)采用的電源是由4NIC-X2.5所提供的電源,負(fù)責(zé)為單片機(jī)系統(tǒng)提供不間斷的電源。此外,電源還需要采取一定的保護(hù)措施,其電源采用的是UPS電源。通常情況下,系統(tǒng)的供電是通過(guò)交流電網(wǎng)進(jìn)行的,這個(gè)時(shí)候的電池組是處于浮充狀態(tài)的。如果交流電一旦發(fā)生中斷情況,那么電池組即可進(jìn)行供電。2.5門(mén)狗復(fù)位信號(hào)此系統(tǒng)所采用的監(jiān)控程序是看門(mén)狗電路Max813,它在系統(tǒng)的正常運(yùn)行期間隔一定的時(shí)間即會(huì)發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào),這樣就可以有效地確保看門(mén)狗的復(fù)位端處于無(wú)效狀態(tài)。但是,如果系統(tǒng)是由于進(jìn)入到了死循環(huán)狀態(tài)或者跑飛狀態(tài),一出現(xiàn)失效,那么看門(mén)狗是否都會(huì)發(fā)出一定復(fù)位信號(hào),使系統(tǒng)能夠在最快的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常的工作。2.6語(yǔ)音錄放芯片的設(shè)計(jì)聲光報(bào)警部分是由門(mén)電路4069以及音樂(lè)芯片、振蕩器和MC275驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成。其中音樂(lè)芯片采用的是ISD1200系列當(dāng)中的20s單片語(yǔ)音錄放芯片,其工作電壓主要是5V,錄放電流主要為12mA,靜態(tài)電流主要是0.5mA,含有EPROM(一種斷電后仍能保留數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存芯片),不但可以把存儲(chǔ)、語(yǔ)音融于一體,還具有一定的掉電信息保護(hù)功能,可以實(shí)現(xiàn)單片控制或者手動(dòng)等,其使用更方便,更快捷。另外“光”所采用的是發(fā)光二級(jí)管LED,具有雙重指示燈報(bào)警和音響報(bào)警的功能,其指示燈在正常工作狀態(tài)顯示為綠色,在報(bào)警狀態(tài)顯示的是紅色。2.7系統(tǒng)盤(pán)問(wèn)系統(tǒng)顯示接口其中顯示器采用的是2組LED數(shù)碼管,經(jīng)過(guò)AT89C51單片機(jī)處理之后檢測(cè)數(shù)據(jù),可以通過(guò)I/O口直接傳送到驅(qū)動(dòng)電路中,現(xiàn)場(chǎng)煤氣時(shí)鐘和濃度都會(huì)在LED上顯示出來(lái)。系統(tǒng)鍵盤(pán)的顯示接口采用的是8279芯片,并且使用硬件顯示器進(jìn)行掃描和用硬件對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行完成的。鍵盤(pán)是由閥門(mén)開(kāi)啟鍵、報(bào)警值設(shè)定鍵、運(yùn)行鍵以及時(shí)鐘設(shè)定鍵、確認(rèn)鍵、左移位健以及0~9數(shù)字鍵等組成的。用戶的操作可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行,其中鍵盤(pán)的工作采用的是中斷方式,萬(wàn)一出現(xiàn)按鍵情況,就要先進(jìn)行8279申請(qǐng)中斷。另外CPU則會(huì)在響應(yīng)之后進(jìn)入鍵盤(pán)的監(jiān)控處理程序。3聯(lián)通性軟件的設(shè)計(jì)3.1采集程序軟件設(shè)計(jì)主系統(tǒng)的功能主要是:進(jìn)行濃度超標(biāo)限制、始終信息顯示、完成系統(tǒng)信號(hào)采集處理和初始化、裝置以上位機(jī)通信以及啟動(dòng)排氣裝置。為了滿足系統(tǒng)的主要工作特點(diǎn),選用的是結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法。圖4所示為主程序流程圖。初始化程序主要包括:堆湛指針的設(shè)置、內(nèi)存空間的分配以及初始變量的設(shè)置等等,其中系統(tǒng)默認(rèn)的煤氣濃度是8ppm。如果根據(jù)所規(guī)定的定時(shí)器,數(shù)據(jù)采集程序始終要求要進(jìn)行D/A數(shù)據(jù)采集時(shí),就要對(duì)煤氣濃度的側(cè)量值實(shí)時(shí)進(jìn)行判別,一旦發(fā)現(xiàn)其超過(guò)了所設(shè)定的限額,那么電磁閥會(huì)立即根據(jù)程序的指示把煤氣管道關(guān)閉,與此同時(shí)把光電報(bào)警系統(tǒng)打開(kāi)。對(duì)主畫(huà)面當(dāng)中的當(dāng)前子系統(tǒng)狀態(tài)要定時(shí)地給出,在出現(xiàn)報(bào)警的時(shí)候要提醒主控人員進(jìn)行相應(yīng)的處理。如圖5所示為數(shù)據(jù)采集子程序流程圖。3.2主機(jī)采樣模塊在煤氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中,各種單片機(jī)所采用的模塊通信軟件流程圖如圖6所示。通信軟件所采用的通信方式是以從動(dòng)式中斷通信方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的,也就是說(shuō)把單片機(jī)當(dāng)中的地址預(yù)先設(shè)定好,一旦單片機(jī)采樣模塊接收到上位工控機(jī)(IPC)的“啟動(dòng)采樣”指令的時(shí)候,單片機(jī)采樣模塊變開(kāi)始對(duì)該模塊的8個(gè)濃度監(jiān)測(cè)回路進(jìn)行采樣,而且還會(huì)對(duì)其檢測(cè)控制的傳感器進(jìn)行故障狀態(tài)的檢測(cè)。3.3保持傳感器的報(bào)警靈敏度測(cè)量精度是系統(tǒng)中一個(gè)普遍存在的問(wèn)題,所以必須增加系統(tǒng)誤差自動(dòng)校正功能。這一功能的原理主要是依據(jù)氣敏傳感器的老化曲線,在特定程序中存放一些特定時(shí)刻點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù),并且在一個(gè)月之后,系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)所測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)對(duì)其中的參數(shù)進(jìn)行校正,然后系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)所校正的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)之后所測(cè)量值進(jìn)行校對(duì),這樣可以有效地保持其報(bào)警靈敏度。此外,為了能夠切實(shí)地減少環(huán)境溫度所帶來(lái)的系統(tǒng)誤差,通過(guò)采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償。3.4中斷服務(wù)流程此程序的主要功能是:實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、完成報(bào)警消音、進(jìn)行時(shí)鐘鎖定以及數(shù)據(jù)處理等。這樣