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煤层火灾实时监测及预报系统的研究煤层火灾实时监测及预报系统的研究【摘要】煤层火灾严重威胁着矿井的安全生产。
矿井一旦发生煤层自燃火灾的现象，给矿工生命安全造成极大威胁。
论文在分析目前国内外的监测系统优缺点的基础上，研制了煤层火灾实时监测及预报系统。
系统对井下任意地点实时监测，自动监控，能够及时预报煤层发火情况，为煤层自燃火灾的预防提供了科学的依据。
【关键词】煤层火灾实时监测监测系统早期预报1 引言煤层自然火灾，是煤矿安全生产的一大灾害，烧毁煤炭和矿井设备，造成工作面、矿井的封闭与停产，还可能引起瓦斯、煤尘、水煤汽爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。
自然火灾具有自发性，是一缓慢蓄热的一个过程，即潜伏期，自热期和燃烧期。
如果在自燃的潜伏期能够检测出来，则对减少损失具有十分重要的意义，这也是煤矿广泛采用各种自燃火灾监测系统的目地所在。
八十年代英国煤炭管理局、美国矿业局及澳大利亚在部分煤矿使用束管监测系统，采用计算机监控，从地面取样连续分析矿井气体的变化，给出发火预报指数。
在国内煤科院抚顺分院于“六五”“七五”期间研制出ASZI型（单参数）和ASZ II型（多参数）束管地面取样式监测系统。
这些系统具有无需实地监测、分析准确、自动化程度高等特点，克服了气相色谱仪需人工采样、进样、人为因素多，不能连续监测、自动化程度低等缺点；克服了束管红外监测气体成分少、精度低、传感器元件需经常更换等缺点；重庆分院及淄博祥龙测控公司在2000年初也生产束管监测系统。
目前国内所生的束管火灾监测设备普遍存在自动化程度不高，不能进行分析预报，分析结果不能共享，报警方式单一等缺点，难以实现准确有效的预报。
因此，在此基础上，我们自主研制了煤层火灾实时监测及预报系统。
2 系统p气体采集系统由地下地面两部分组成，采样柜和色谱分析仪都设置在地面上，束管即把气体通过采样柜从井下输送至色谱分析仪进行分析的导管。
此类束管是高压聚乙烯制成的输气管，它具有抗老化、耐腐蚀、防水性好、可任意弯曲等特点。
自燃在线监测预警系统在储煤场的设计与应用发布时间：2022-10-21T01:56:59.438Z 来源：《中国科技信息》2022年第12期作者：张海蓉[导读] 火力发电厂都建有大型的贮煤场，煤堆在大气环境中张海蓉新疆寰球工程公司，新疆乌鲁木齐 830019摘要：火力发电厂都建有大型的贮煤场，煤堆在大气环境中，会持续发生氧化反应造成热量集聚并不断升温，从而引发煤堆自燃。
煤场一旦发生自燃，其规模大、发展快、难以治理，既会释放出各种有害气体、烟雾污染环境，也严重危害到电厂的安全生产及运行。
因此，暨需建立一套煤场煤堆自燃在线监测预警系统，提前发出预警信号，通过与消防系统联动，有效预防自燃现象的发生。
关键词：自燃在线监测预警系统；智能图像型火灾探测器；消防联动；消防炮灭火系统；中图分类号：TH832 文献标志码： A0引言某火力发电厂为保证生产的正常运行，满足所在地区环保要求及消防安全，现将露天煤场进行封闭，采用干煤棚结构存储煤堆。
干煤棚长约140米，宽约85米，顶高超过12米，最高点达到30米，具有净空高，结构跨度大等特点，因此常规智能火灾探测器已无法选用，结合干煤棚的实际特点，设计采用煤场专用的煤堆自燃在线监测预警系统，及早发现煤堆自热、阴燃征兆。
1煤堆自燃的危害煤作为一种重要的燃料，在化工企业中使用较为广泛，尤其是以煤为原料的火力发电厂，需建有大型的储煤场来存储燃料。
目前国内采用较广泛、技术较成熟的全封闭储煤类型有：球形仓、筒仓、气膜场、干煤棚等。
无论采用哪种封闭储煤类型，企业对煤的需求量都较大，因此一旦发生自燃引起火灾，具有规模大、火势蔓延极快、难以扑救的特点，同时释放出各种有害气体、烟雾，导致人员伤亡，造成严重环境污染，对企业将造成致命损失。
可见预防煤堆自燃的重要性不言而喻，我们必须设计一套煤场专用的煤堆自燃在线监测预警系统。
2煤堆自燃的机理煤堆中的煤与空气接触，会发生氧化反应，并释放出热量，使煤堆的温度升高。
数智化发展煤温智能监测预警系统每年因煤炭自燃现象，为煤场带来巨大经济损失以及人员伤亡。
2011年4月张家口怀来县开往天津的火车商品煤在运输过程中发生自燃，损失商品煤20t，经济损失约20万元；2019年11月某露天煤场因煤炭堆积时间过长发生自燃，损失约2.5万t，经济损失近1000万元。
为此，煤场在运输、存储等环节格外注重煤温监测。
传统监测方式采取人工定期使用手持插入式测温仪进行检测，人工操作下很难做到全面、有效检测。
另外对煤坑来料煤的检测，需要员工上车进行检测，存在效率低和人员安全隐患等问题。
传统间断的、不精确的监测方式，很容易导致装运高温煤，影响下一环节的煤炭存储和销售。
实时、全方位监测煤温，能够有效分析和预警，避免高温煤的产生，保障煤炭安全，显然是亟待解决的问题。
找煤网基于物联网技术、传感检测技术和数据库技术等，研发了煤温智能监测预警系统，为煤场储存、运输保驾护航。
要知道，自燃是煤与氧气在低温条件下发生氧化反应产生热量并积聚升温的结果。
相关研究成果表明，煤炭如果堆积时间超过3周，极易引起自燃。
随着煤炭存储周期加长以及远距离运输，发生煤氧化、高温和自燃的几率也在不断提高，甚至引起爆炸，造成难以估量的财产损失和人员伤亡。
针对此情况，在煤炭进入煤场之前需要进行煤温检测，以杜绝高温煤炭进入煤场。
该系统通过安装云台双目红外热成像仪自动监测煤温，当煤炭温度到达阈值时立即告警，有效预防煤炭过热发生自燃现象，继而引起火灾或其他重大事故。
在储煤过程中，为更好规避自燃现象，系统还对可燃气体进行监测和预警。
采用红外检测的方式对煤场内的指标气体进行浓度分析检测，并将详细数据同步上传后台管理系统。
一经确定煤体处于自燃阶段，就立即采取相应安全措施。
有效补充煤温监测，保护煤炭安全生产。
此外，在装车运输过程中，该系统与车辆识别系统相结合，自动记录对应煤车内煤温数据。
通过在车上安装红外热成像仪，自动检测每辆车内煤的温度，并与车辆读卡系统结合，记录相对应车辆的煤温。
《基于DSC的煤自燃倾向性鉴定实验研究》篇一一、引言煤自燃倾向性是指煤炭在一定环境条件下自然发火的能力。
在煤矿生产和存储过程中，煤的自燃常常会导致重大的火灾和安全事故。
因此，对煤的自燃倾向性进行准确鉴定和预测，对于保障煤矿安全生产具有重要意义。
近年来，随着科技的发展，差示扫描量热法（DSC）作为一种重要的热分析方法，被广泛应用于煤自燃倾向性的鉴定研究。
本文将基于DSC的煤自燃倾向性鉴定实验进行研究，以期为煤矿安全生产提供理论依据。
二、DSC技术及其在煤自燃倾向性鉴定中的应用DSC技术是一种测量物质在程序控温下，随温度变化而发生的物理或化学变化时所伴随的热量变化的技术。
在煤自燃倾向性鉴定中，DSC技术可以测定煤的氧化放热速率和热流曲线，从而判断煤的自燃倾向性。
该方法具有操作简便、测试速度快、结果准确等优点。
三、实验方法与步骤1. 实验材料：选取不同地区、不同种类的煤炭样品。
2. 实验仪器：DSC量热仪。
3. 实验步骤：（1）将煤炭样品进行破碎、筛分，得到粒度适中的煤样。
（2）将煤样放入DSC量热仪中，设置程序控温，进行DSC 测试。
（3）记录并分析DSC测试结果，包括氧化放热速率、热流曲线等。
（4）根据DSC测试结果，结合煤的工业分析、元素分析和微观结构分析等手段，综合判断煤的自燃倾向性。
四、实验结果与分析1. DSC测试结果：通过DSC量热仪测试，得到了不同种类煤炭的氧化放热速率和热流曲线。
结果表明，不同种类煤炭的氧化放热速率和热流曲线存在明显差异。
2. 煤自燃倾向性鉴定：根据DSC测试结果，结合煤的工业分析、元素分析和微观结构分析等手段，综合判断煤的自燃倾向性。
结果表明，某些煤炭样品具有较高的自燃倾向性，需要采取有效的防火措施。
3. 结果分析：DSC技术可以有效地鉴定煤的自燃倾向性。
通过分析DSC测试结果，可以了解煤炭的氧化过程、放热特性等，为煤矿安全生产提供理论依据。
同时，结合其他分析手段，可以更全面地了解煤炭的性质，为煤矿的安全生产和环境保护提供有力支持。
煤自燃在线监控与智能预警系统这些年来，煤矿大多采用了综采放顶煤采煤法，很多的浮煤滞留在采空区内，给采空区煤自燃提供了有利条件，更容易导致采空区发生煤自燃火灾，并且诱发导致其它事故灾害，再加上由于采空区的封闭性，因此，很难去判断采空区内遗煤的自然氧化程度以及高温点位置等，从而导致发现危险源与采取措施的滞后，给矿井安全生产带来隐患，有可能就会威胁到井下工人的安全与矿井的正常生产。
所以说，实时精确的预测预报煤矿煤自然氧化程度，不仅可以及时准确地采取一些防灭火的措施，而且还可以减少煤自燃而造成的经济损失和国家的资源浪费，减少人员的伤亡，促进煤矿安全生产。
现有的预警预报技术依然存在一些问题：（1）传统的监测软件不能根据煤自燃产生的气体浓度比值等参数，判断煤的自燃程度，只是得到气体的浓度，这就对于不是很精通这方面的人员来说，他就无法知道这些参数所代表的含义，不利于煤矿防灭火工作的开展。
（2）现有很多煤矿还没有建立比较完整的煤自燃预报指标体系，只是利用单一的某个指标进行煤自燃的预测预报，可能导致预报结果不准确，影响煤矿防灭火工作。
（3）现有煤自燃预报指标受风量及检测地点等多种因素影响，预报指标与煤体温度对应关系不强，不能及时准确地反映煤层自燃危险变化趋势化特征。
徐州吉安矿业科技有限公司研发的煤自燃在线监控与智能预警系统主要由数据采集层、数据传输层、控制及数据分析层三部分组成，实现了井下气体自动采样、分析及预警的功能。
地面上位机能够实时显示井下设备工作状态、远程控制井下设备的工作模式、对指定地点气体进行采样分析，信息化、智能化程度高，灵活便捷。
并且公司研发团队对全国近200多个矿的煤样进行了标志性气体产生规律的测试，并分析总结出了不同煤种的煤自燃预警临界指标。
可以依据应用矿井的煤种设置煤自燃预警临界指标，系统软件会自动调用内置分析模型，通过与监测数据的对比分析，实现对煤自燃的低温氧化智能预警。
煤堆自燃红外检测系统煤炭自然发火是煤矿火灾主要的致因之一。
据统计，我国国有重点煤矿中具有自然发火危险的矿井约占51%占总矿井火灾的90%以上。
仅2008年全国共有87个大中型矿井，因自然发火封闭火区315次，造成了严重的煤炭资源浪费，并威胁着井下作业人员的人身安全，如1999年1月内蒙古大岭煤矿发生自燃火灾气体中毒窒息事件，死亡11人。
煤炭自然发火预测预报，就是根据煤自然发火过程中出现的征兆和观测结果，判断自燃，预测和推断自燃发展的趋势，以便及时采取有效的防灭火措施，避免造成资源、设备甚至生命损失，保证安全生产。
预测技术是在煤层尚未出现自然发火征兆之前，根据煤层的赋存条件、开拓开采条件以及煤本身的氧化放热升温特性等因素，采取不同的方法对煤层自然发火的危险程度、自然发火期、易自燃危险区域等重要火灾参数指标作出超前判识的一种技术。
其中主要包括自燃倾向性预测法、因素综合评判预测法、经验统计预测法和数学模型预测法。
红外热像技术已成为火源探测的一种新方法! 但其应用于井下自燃火源探测的实际操作中还存在许多不足。
为了准确快速地获取自燃矿石表面的温度场。
初步探讨了发射率#感温距离#背景噪声#井下环境及热像仪稳定性等因素对探测结果的影响。
通过试验确定了硫化矿石表面的热发射率和使用热像仪探测系统测温时的合理距离。
试验结果表明，硫化矿石表面的热发射率在常温下探测范围内随着探测距离的增大，感温误差明显增大。
热源温度一定时距离的感温误差几乎呈线性增大。
热源温度距离的感温误差趋于稳定。
在试验基础上采用数据拟合的方法建立了热像仪感温与矿石表面实际温度间的定量关系。
现场应用证明使用红外热像仪检测煤堆自燃技术十分可靠。
以上为现场设备图像及红外热成像图。
基于GIS的矿井自燃监测预警系统研究杨勇【摘要】采用实验方法,建立了矿井煤层自燃预警指标体系和预警指标计算机模型,并将地理信息系统(GIS)技术应用于自燃监测预警领域,设计了用于矿井自燃预测预报的监测预警系统,讨论和分析了基于GIS的矿井自燃监测预警系统的整体框架及功能,给出了系统开发的方式和方法.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2010(015)005【总页数】4页(P21-23,7)【关键词】GIS;矿井自燃;监测预警指标;预警系统【作者】杨勇【作者单位】煤炭科学研究总院,矿山安全技术研究分院,北京,100013;煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室(煤炭科学研究总院),北京,100013【正文语种】中文【中图分类】TD752.2自燃火灾是煤矿的重大灾害之一,煤矿自燃火灾的发生发展不仅影响安全生产和周围环境,而且极易引起煤尘瓦斯爆炸,每年造成的直接和间接经济损失达上千亿元[1]。
因此,自燃火灾的有效控制对矿井安全具有重要的意义,而控制的成功与否,取决于对自燃火灾的监测预警和及时的防治措施。
及时准确地发出火灾预警是采取有效措施的前提,不仅可及时采取防灭火措施,将火灾事故消灭于萌芽状态,而且还可减少火灾造成的经济损失。
针对自然发火信息多而复杂的特点,将 GIS应用于矿井自燃监测预警领域,利用 GIS 强大的处理空间实体数据及其关系的功能,实现自燃监测信息的空间数据和属性数据有效结合,开发基于 GIS的自燃监测预警系统,为自燃监测预警提供集成的数据环境和可视化的分析平台,实现矿井煤层自燃的实时监测和预警。
本系统的设计研究对于指导矿井的自燃防治,实现矿井自燃监测预警的快捷化、系统化、科学化、规范化具有重要意义。
1.1 矿井自燃监测预警指标煤层在氧化升温过程中会先后释放出 CO, CO2,H2和烷烃、烯烃等气体。
其中,CO 贯穿于整个自然发火过程,一般在60℃以上温度就可测定出来,出现时浓度较高,烯烃、烷烃气体较 CO出现得晚[2]。
基于ZigBee 的煤场无线自燃检测系统硬件设计张晶1，吕少胜2，卢智嘉1，于京生1（1.石家庄学院机电学院，河北石家庄050035；2.河北省电力勘测设计研究院，河北石家庄050031）摘要：通过比较传统的检测方式，采用ZigBee 技术设计了煤场无线自燃检测系统.以CC2530为主控及通信芯片，设计了数据传输模块、传感器模块、天线模块等硬件电路，并分析了CC2530的组网流程.系统实现了对目标节点温度的采集、无线传输及显示，在试验条件下，系统的通信距离约为60m.该系统功耗低，稳定性高，能够达到对煤场自燃隐患进行监测的目的.关键词：ZigBee ；无线自燃检测；CC2530；组网流程中图分类号：TN915文献标识码：A 文章编号：1673-1972（2017）03-0033-060引言燃煤的自燃特性会给煤的存储带来极大的安全隐患.实时检测煤炭的温度可以确保电厂安全生产，保障重要原料的安全，并节约能源.在传统的检测方式中，通常采用人工巡逻的监管模式.这样不仅耗材耗力，而且由于人工监管的时效性和准确性较低，很有可能会因为一时的疏忽而导致事故的发生.也有研究中使用有线温度监控系统的，但是由于储煤场进行日常输煤、取煤作业很频繁，安装的温度采集节点经常会被移动，并且大型的机械设备较多，干扰较大，所以很难采用有线温度监控系统实现对储煤自燃的监控[1，2].现在数字化储煤场正在兴建，这就需要对煤场温度的监控智能化，运用ZigBee 技术组建的无线网络有很强的组网、修复能力和较高的稳定性，具有重要的实用价值.1系统总体设计方案1.1系统工作流程整个无线检测系统的工作流程如图1所示。
协调节点的主要功能是组建网络和上传数据给上位机.一个ZigBee 网络———PAN （Personal Area Net-work ）中有且仅有一个协调节点，负责启动整个网络，然后用分布式寻址方案来配置网络成员的地址，这样就收稿日期：2017-03-20基金项目：河北省科技厅项目（15270349、15220353）；河北省高等学校科学研究计划（ZC2016107、QN2016324）作者简介：张晶（1981-），女，河北沧州人，讲师，主要从事信息处理与传输研究.协调器组建网络路由器加入网络采集终端加入网络终端传感器采集数据路由器转发数据协调器接收数据上位机显示数据上传上传上传图1无线检测系统工作流程框图第19卷第3期石家庄学院学报Vol.19，No.32017年5月Journal of Shijiazhuang University May 2017可以确保每个分配出去的网络地址在整个网络中都是不同的.路由器主要起到扩展网络及路由消息的功能，这样就可以延长传输距离.采集终端节点负责采集温度并把数据上传到路由节点.上位机将数据通过串口调试助手软件显示出来，供值班人员实时观察现场情况.1.2网络拓扑结构一般的ZigBee 的网络拓扑结构有3种，分别是星型拓扑结构、网状拓扑结构及树型拓扑结构[3].本次设计采用树型拓扑网络结构，相较于星型结构，树型拓扑结构增加了路由节点设备，且不像网状拓扑结构那样复杂.整个树型拓扑结构可以包括一个协调器节点、若干个路由节点和更多的终端节点.由于出现了3层结构，所以网络覆盖的范围大大增加，所以能够满足实际需求.2硬件电路设计主控及传输芯片使用CC2530F256，其中256指的是芯片的闪存大小为256kB.在此基础上外接晶振电路、电源模块、天线模块、数据传输模块（PL2320HX 、USB 接口，只有在协调器上使用）、I/O 口模块（用来外接传感器、按键、液晶屏等），系统整体结构如图2所示.2.1ZigBee 芯片CC2530F256作为该系统的主控及通讯芯片，CC2530芯片采用的是高性能、低功耗的8051微控制器内核，它拥有能够适应2.4GHz IEEE802.15.4的RF 收发器.电源电压范围为2.0-3.6V.芯片具有看门狗、电池监视器、温度传感器和高级加密标准（AES ）协处理器、1个通用的16位和2个8位定时器.同时拥有8路输入8-14位模数变换器（ADC ）、2个串行、21个通用I/O 引脚和1个红外发生电路[4，5].该芯片具有低功耗、外围设备强大、集成度高、无线收发电路实现简单等显著优势.2.2主要外围电路2.2.1电源模块采用AMS1117-3.3的正向低压降稳压器，它在1A 电流的情况下压降为1.2V ，固定输出电压为3.3V.该稳压器拥有限流和过热保护电路，可为计算机和电池供电.采集终端节点和路由节点可使用3节7号电池或USB 口供电.而为了传输数据，协调节点必须使用USB 口供电.2.2.2晶振模块CC2530内部有16MHz 和32kHz 两个RC 振荡器，外部振荡器采用32MHz 和32.768kHz 两个晶体振荡器，电路连接如图3所示.32MHz 或16MHz 振荡器用来作为系统时钟提供源，而32kHz 或32.768kHz 振荡器则可以为看门狗定时器提供标记或者驱动睡眠定时器进行工作.对于部分应用程序来说，32MHz 晶振的启动时间相对来说或许比较长，所以可以先使设备运行内部的16MHz RC 振荡器，一直到晶振稳定.虽然16MHz RC 振荡器的功耗比晶体振荡器低，但它不像晶振那样准确，所以不能用来进行RF收发器的图2硬件结构框图石家庄学院学报2017年5月34操作.32kHz RC 振荡器功耗较少，但不如32.768kHz 晶体振荡器精确.这两个振荡器不能够同时使用.2.2.3天线模块天线模块采用的是SMA 接口的杆状天线，电路图如图4所示.在接收数据模式下，正、负RF 输入信号分别从RF_P 、RF_N 引脚进入芯片；在发送数据模式时，正、负RF 输出信号又分别从RF_P 、RF_N 引脚输出.2.2.4数据传输模块数据传输模块由USB 接口、PL2303HX 芯片及芯片外围电路组成，PL2303HX 是RS232-USB 接口转换器，提供RS232全双工异步串行通信装置与USB 功能接口的连接，这里主要用来上传数据.PL2303HX 使用了28脚贴片SOIC 封装的形式，其工作频率为12MHz ，满足USB 1.1通信协议的要求，能够用来直接将USB 信号转换成串口信号，波特率的范围为75-1228800，总共可以有22种供选择使用，而且还支持5、6、7、8、16等5种数据比特位，是一种非常好的USB 转串口芯片.其中PL2303HX 芯片的TXD 、RXD 引脚分别接到CC2530的P0_2/RX 、P0_3/TX 引脚上.因为CC2530传输数据需要用串口，但是作为上位机的计算机很可能没有配置串口，而USB 接口是每个计算机必有的，所以上位机接收数据可以通过USB 口.这样协调节点模块与上位机之间的连接就需要进行串口与USB 口之间的转换.通过试验测试得知，CP2102不能够进行在线系统编程（ISP ）下载，虽然FT232可以下载，但是它的价格太高.根据试验条件，最终选择PL2303，其下载比较稳定，而且还能够支持多种操作系统.2.2.5按键及LED 模块LED 连接如图5所示，其中RX 为接收指示，TX 为发送指示，PWR 为电源指示，而D1、D2、D3则根据具体的需要进行配置.所有指示灯均在I/O 口低电压时点亮.按键的连接如图6所示，其中S1、S2可以根据需要进行配置，S3为复位键.当按键被按下时，I/O 口会检测到低电压，即I/O 置0，这样CC2530F256就可以了解具体是哪个按键被按下了.需要提及的是，令CC2530F256的RESET_N 引脚为低电压时，就可以使芯片复位.图3晶振模块图4天线模块张晶，吕少胜，卢智嘉，等：基于ZigBee 的煤场无线自燃检测系统硬件设计第3期35除此之外还有一个开关被用在电源模块的电路中，作为供电口的总开关.当其关闭时，圆孔电源口和USB 口均被关闭.2.2.6液晶屏模块该模块只安装在采集终端节点上，可以使值班人员在现场方便地了解煤堆的温度.将薄膜晶体管（TFT ）彩屏模块按照图7所示连接到CC2530F256芯片，可以配合取模软件PCtoLCD2002对所显示的字符进行修改.TFT 彩屏模块的DC 为数据/命令选择引脚，置1为写入数据，置0为写入命令；RST 为复位引脚，控制彩屏的复位；SDA 为双向数据接口，置1为输出数据，置0为写入数据；SCL 为时钟接口.2.2.7蜂鸣器模块蜂鸣器主要分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种.区别在于，前者可以直接接上额定电源进行连续发声，而后者则必须接在音频输出电路中才能够产生声音.因为I/O 引脚输出的电流较小，无法驱动有源蜂鸣器，所以这里选择了无源蜂鸣器，然后接入一个电流放大电路.蜂鸣器模块只安装在采集终端节点模块上，用于当采集终端节点所测得温度超过预设值时进行报警，提醒值班人员采取措施.2.2.8传感器模块目前应用较为广泛的温度传感器是DS18B20，主要用于测量环境温度或物体表面温度，不适合检测深层煤堆的内部温度.铂电阻温度传感器是利用自身的电阻随温度变化而变化的特性做成的测温元件，其中的PT100铂热电阻具有精度高、稳定性好等特点，而且可以做成1-2m 的插入式探头，符合实际测量需求.常见的PT100连接方式有三线制和两线制，而三线制的优势是可以消除导线电阻.电路中使用TL431和电位器VR1来配合调节出4.096V 的参考电源.R1、R2、VR2（100Ω）、PT100构成了测量电桥.R3、R4、R5、R6构成了差动放大电路，放大倍数为R5/R3.当PT100电阻值与VR2不相等时，电桥就会输出一个mV 级的电压差信号，该信号可以直接送到CC2530F256中进行AD 转换.温度传感器模块安装在采集终端节点上.电路采用5V 供电，数据传输引脚为P0_7.温度传感器的连接图如图8所示.图5LED 连接图图6按键连接图图7液晶屏连接图石家庄学院学报2017年5月363系统组网过程3.1Z-Stack 工作流程Z-Stack 是TI 公司开发的开源ZigBee 协议栈，并且通过了ZigBee 联盟的认可，协议栈采用分层的软件结构，定义了通信硬件和软件在每个分层里怎样协调工作.协议栈的各层相对独立，每一层都提供了一些服务，这些服务由协议定义，设计者只需要关心与其工作直接相关的那些层的协议，为其设计和调试带来极大的方便.Z-Stack 协议栈的每个工程都包含用户应用层APP 、硬件抽样层HAL 、物理层MAC 、网络层NWK 、操作系统抽样层OS-AL 和ZigBee 设备对象层ZDO 等14个目录文件.Z-Stack 下任务的执行是通过系统消息进行传递调用，当有事件发生时就会去执行相应的任务.Z-Stack 工作流程图如图9所示.3.2数据收发过程数据传输时，为每个终端采集节点设置一个编号.协调器收到上位机的命令有两种形式：一种是不带编号的参数，需要所有终端节点处理；一种带编号的参数，只有相应节点处理.协调器收到上位机的命令，以广播形式发送出去，终端节点接收到数据做出相应判断.终端节点以点播的形式向路由节点发送数据，路由节点再将各终端节点发来的数据上传给协调器，终端节点之间不进行通信.数据收发过程如图10所示.试验中设计了两个终端节点，一个路由节点，一个协调节点，传输距离约为60m ，实际应用中可以根据被测煤场区域大小，增加路由节图8温度传感器连接图图9Z-Stack 工作流程图张晶，吕少胜，卢智嘉，等：基于ZigBee 的煤场无线自燃检测系统硬件设计第3期37点个数，从而增加传输距离.4结论基于ZigBee 技术设计系统，采用树型网络拓扑结构，使用CC2530作为主要控制和通信芯片，设计了各个模块的硬件电路，通过试验过程测试，确定各个模块的参数，实现了煤场的无线温度检测.该系统体积小、功耗低、稳定性高，达到了预期的目标，但也有不足和待改进之处，如结果显示不能随时随地观察、协调节点出现问题引起的系统故障等，后续将继续对这些问题开展研究.参考文献：[1]巩娜，张素娟，雷勇，等.基于CC2530的智能温度传感器节点设计[J].气象科技，2014，42（5）：764-768.[2]赵琳娜，高力宝，孙可，等.基于ZigBee 的火电厂储煤自燃监控系统的研究与设计[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2015，30（4）：287-291.[3]范燕，俞洋，李永义，等.基于ZigBee 无线传感器网络的远程监控系统[J].实验室研究与探索，2016，35（1）：80-84.[4]李建勇，李洋，刘雪梅.基于ZigBee 的粮库环境监控系统设计[J].电子技术应用，2016，42（1）：65-67.[5]杨萌，赵亮.基于ZigBee 技术的无线传感网络研究[J].电子技术与软件工程，2015，（1）：34-34.（责任编辑鹍钮效）Hardware Design of Coal Mine Wireless Spontaneous Combustion Detection System Based on ZigBeeZHANG Jing 1,LV Shao-sheng 2,LU Zhi-jia 1,YU Jing-sheng 1(1.School of Mechanical &Electronic Engineering,Shijiazhuang University,Shijiazhuang,Hebei 050035,China;2.Hebei Electric Power Design &Research Institute,Shijiazhuang,Hebei 050031,China)Abstract :By comparing the traditional detection methods,the ZigBee technology is used to design the wireless spontaneous combustion detection 2530is used as the main control and communication chip,and the hardware circuits of data transmission module,sensor module,antenna module and so on are designed.The networking process based on CC2530is analyzed.The functions of collecting,transmitting and displaying the temperature of the target node are realized.Under the experimental conditions,the communication distance is about 60m.The system has low power consumption and high stability,which can achieve the purpose of monitoring the hidden danger of coal spontaneous combustion.Key words :ZigBee;wireless spontaneous combustion detection;CC2530;networkingprocess 图10数据收发示意图石家庄学院学报2017年5月38。
基于虚拟仪器的实时能源监测系统
吕香芝;王越胜
【期刊名称】《中国水运（下半月）》
【年(卷),期】2008(008)012
【摘要】为了提高能源利用率、减少浪费,有助于节约能源,实时能源监测系统发挥着越来越重要的作用.本设计利用虚拟仪器技术在 LabVIEW 平台上实现对工业能源的8个参数的实时监视,并且通过无线收发方式获取采集的数据.
【总页数】2页(P120-121)
【作者】吕香芝;王越胜
【作者单位】杭州电子科技大学,自动化学院,浙江,杭州,310018;杭州电子科技大学,自动化学院,浙江,杭州,310018
【正文语种】中文
【中图分类】TP29
【相关文献】
1.基于虚拟仪器的微震实时监测系统 [J], 张瑞红;林大超;苏胜;吴建星;乔兰
2.基于虚拟仪器的点焊电流实时监测系统 [J], 任仲伟;徐梦妍;宋鹏飞;贺玉坤;刘娅菲
3.基于虚拟仪器和S变换的暂态电能质量实时监测系统 [J], 田卫华;孟祥斌;庞新富;于宏涛;包妍
4.基于虚拟仪器的暂态电能质量实时监测系统 [J], 郑贺伟;胡鹏程
5.基于虚拟仪器的开关磁阻电机高精度实时在线监测系统 [J], 蔡燕;居春雷;解文龙
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图3 管道压差曲线程序能彼此发送和交换指令,当一方向另一方要求提供数据时,提出要求的一方为客户,而提供数据的一方为服务器,组态王可以与各种应用程序进行动态数据交换,如V isual Basic 和M isro soft Ex cel,只要填好3个标识名(应用程序名,主题和项目)便可实现通信。
因此,可将需要处理的数据发给VB 中作为模块,在后台执行,待处理完毕,VB 再将结果发送给组态王。
这样就能减少中间变量的个数,降低软件开发的成本。
DDE 结构框图如图2所示。
图2 组态王与VB 的数据交换4 结语实践表明,基于组态王的井下充填测控系统开发简单,运行安全可靠,易于操作。
从图3管道压差曲线中可以明显看出,系统已经能满足充填的控制要求。
随着组态王的进一步完善,组态王在工业控制领域将发挥更大的作用。
第3期 2005年6月工矿自动化Industry and M ine A uto matio nNo.3 Ju n.2005技术进步文章编号:1671-251X(2005)03-0019-03基于虚拟仪器的煤层自燃监测预报系统雷 鸣, 侯媛彬(西安科技大学电控学院,陕西西安 710054)摘要:井下煤层自燃严重危害着安全生产。
利用煤层自燃的物理和化学特性,设计了一种基于虚拟仪器技术的监测预报系统,实现了实时监控和自燃预报。
关键词:煤矿;煤层自燃;虚拟仪器;监测;预报 中图分类号:TD76 文献标识码:BM onitoring and Prediction System of Spont aneous Combust ion ofCoal Seam Based on Virtual InstrumentLEI M ing, H OU Yuan bin(Colleg e of Eletrical Control Eng ineering of Xi'an U niv ersity o f Science &T echno logy,Xi'a n 710054,China) Abstract :T he spontaneous combustion of coal seam endangers the safe production.A kind of monitoring and predictio n sy stem based on virtual instrument w as designed in this paper,and it can r ealize real tim e mo nitor and spontaneous com bustion prediction in coal m ine.Key words :coal mine,spo ntaneous combustion o f coal seam ,virtual instrument,m onitor ing,predictio n 0 引言在煤矿生产中,煤的自燃一直是重大灾害,它极收稿日期:2004-11-08易引发瓦斯爆炸、水煤气爆炸等重大事故,严重危害矿井安全。
但目前煤自燃监测预报基本只是人工在危险的井下各个分散点采集相关数据,用的是多台不同类型的仪器仪表,不仅价格高昂,而且费时费力,此外对数据的分析处理,也基本处于人工经验判断的水平上,更不具备实时性。
本文中采用虚拟仪器技术构造监测平台,可以节省大量硬件方面的投资,用软件实现硬件的功能,把多台不同的仪器统一组态,并根据井下的具体情况,实现远程的分布式测量网络。
1 煤层自燃的实质及目前的预测预报技术煤层自燃是由于煤体逐渐发生低温氧化,热量逐渐蓄积,最终发生自燃。
按照煤层自燃的阶段是否出现自燃发火征兆,预测预报技术可分为预报和预测两种。
煤在氧化自热到自燃这一复杂的物理化学变化过程中,随着煤温的上升,要序列性地释放出CO、CH4、C2H4等气体,称之为指标气体。
因此,掌握煤炭在自热到自燃过程各阶段中所释放的气体成份以及自燃发火指标气体的变化规律,是分析煤炭氧化程度的重要依据。
经研究表明,CO及C2H4作为预测指标气体较好。
但由于C2H4出现的温度较高,产生量小,因此,用它来校正预报出现的温度偏差,而主要把CO作为早期预报的指标。
本文以CO 指标气体为中心,建立自燃早期预报系统。
此外,井下综采面的氧浓度、漏风强度、煤岩体温度、煤厚度等因素也决定了煤层自燃的倾向性和危险性。
同时也将对以上因素实时采集、分析,以建立实时监测,从而达到对煤层自燃的预测。
2 测量对象及技术路线由于采用虚拟仪器取代传统的专用仪器,所以由多种传感器把信号转换成标准的电流信号交给虚拟仪器平台处理分析。
2.1 虚拟仪器硬件平台的选择虚拟仪器可分为GPIB、PC-DAQ和VXI、PXI 等不同的体系结构,本文设计中选用PXI平台,它是PCI在仪器领域的扩展(PCI eXtensions for Instr umentation),它将CompactPCI规范定义的PCI总线技术发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范,从而形成了新的虚拟仪器体系结构。
信号调理器起着对原始信号进行隔离、放大、去噪等功能。
因此选用PXI平台和SCXI信号调理器搭建虚拟仪器平台。
2.2 仪器硬件组成(1)PXI平台主体为PXI-1000B机箱,内有PXI8174零槽控制器,PXI-6025E数据采集卡,采样率200K,12位精度,16路单端模拟输入(8路差分输入),2路模拟输出。
(2)信号调理器SCXI-1100信号调理模块,32路多路复用,差分放大。
可对电压、电流、热电偶等信号进行调理。
2.3 传感器的种类及连接方式所需传感器包括温度传感器、氧浓度传感器、风量传感器、CO含量传感器。
传感器将测得的各种信号转换成4~20mA标准电流信号后,经导线连接至SCXI信号调理器,再由SCXI连接至PXI-6025E数据采集卡,由PXI8174零槽控制器进行分析,在显示器上实时显示。
硬件平台连接图如图1所示。
图1 硬件平台连接图3 虚拟仪器3.1 软件功能及总体框架(1)实时监测模块该模块通过对氧气浓度、漏风强度、煤体温度3个数据指标的实时采集,建立自燃危险性预测。
查阅文献[1]得到井下综采面有如下关系式:下限氧浓度:c0min=8 m(T c-T y)H2i+g S g Q(T c-T y)H iC0q0(T c)(1) 极限漏风强度:Q max=H i q0(T c)2 g S g(T c-T y)-4 mg S g H i(2) 式中: m为松散煤体导热系数; Q为漏风强度; T y为井下煤体温度;H为煤的厚度; g为空气密度;S g为空气热容;T c为采空区浮煤温度;q0(T c)为T c温度下煤的放热强度,是从实验室测得的。
通常煤温、风量为实时测得,其它为手工给定,程序对采集的数据计算后得出预报值。
预报思路是根据(1)、(2)式综合为:IF C C omin or Q! Q max T hen C=1,Else C=0(3) 式中:C=1表示故障报警,C=0表示安全状∀20∀工矿自动化2005年6月态。
一旦超过了这两个允许极限范围,就认为有自燃危险,本系统提前预报,须采取措施。
(2)自燃早期预报模块通过测得实时的CO含量,与历史数据结合,建立灰色模型,得到时间预报序列。
结合设定的警报值,预报出煤自燃发火的日期。
理论方法参见文献[2]。
(3)网络功能模块考虑到井下的实际情况及未来网络化发展的需要,本软件具有初步的局域网通信功能,基于T CP/ IP协议,下位机(客户机)采集的实时数据送到上位机(服务器)显示,发送时双机均要打开TCP连接,并指定相同的端口。
(4)数据存储、历史查询模块该模块有写盘和读盘两个功能,采集的信号波形文件可以存储,采集的最终数值送入历时数组中,形成新的序列,以供预测,日后查询时也可以打开。
3.2 软件总体界面软件实时显示模块是直接放在主界面上的,而自燃早期预报模块、网络功能模块是相应按键运行时才调用相应的子VI显示前面板。
当连接好硬件后,在程序主界面填好设定值,按下开始键,即可采集数据。
实时显示分为右侧的趋势图显示和中间的数字显示两种方式。
当需要传递数据或早期预报时,则按下相应的按键打开新窗口。
4 结语本软件系统试运行后,和煤矿实际采集数据和历史实际自燃发火日期对比,证明该系统不仅具有系统采集精度高、使用方便、节省人力和设备投资的优点,而且预测的发火日期准确,证明预测模型结构合理有效。
本软件系统为今后煤矿井下监控网络一体化作出了有益的探索。
参考文献:[1] 郭兴明.缓倾特厚纵放面煤层自燃预测及防治技术研究[D].西安:西安矿业学院,1999.[2] 杨忠超.煤炭自燃发火的灰色模糊预测预报技术[D].西安:西安矿业学院,1998.[3] 袭建才.计算机束管监测系统在矿井煤层自燃发火预测预报中的应用[J].工矿自动化,2003,(6):43~45. [4] 杨乐平,李海涛.L abv iew程序设计和应用[M].北京:电子工业出版社,2001.第3期 2005年6月工矿自动化Industry and M ine A uto matio nNo.3Ju n.2005文章编号:1671-251X(2005)03-0021-03一种便利实用的矿井人员安全监测系统郭芳萍(潞安矿业集团漳村煤矿,山西潞安 046032)摘要:介绍了一种使用便利、功能实用的矿井人员安全监测系统,该系统可提供井下人员分布情况表、某个特定人员的活动轨迹图、全矿井下井人员的考勤结果表等,实现对下井作业人员和井下运输车辆的位置监测以及多种报警功能。
关键词:矿井;人员安全;监测系统中图分类号:TD76 文献标识码:B0 引言对下井作业人员实时监测,及时准确地掌握井下人员的信息,是保证煤矿安全生产、提高经济效益的一个重要环节。
因此,漳村矿在1999年即安装了收稿日期:2005-04-28作者简介:郭芳萍,女,工程师,1990毕业于中国矿业大学通信专业,现在潞安矿业集团漳村煤矿从事通信维护工作。
一套由天地科技股份有限公司常州自动化分公司研制生产的矿井人员安全监测系统,实现了对下井作业人员位置的实时监测、查询和跟踪,还实现了对下井人员的超时报警提示和误入危险场合的报警提示等。
1 系统组成矿井人员安全监测系统采用RFID射频身份识别技术,以现代无线电编码通信技术为基础,结合当。
