火电厂储煤筒仓综合安全监控系统硬件设计dfnn.docx

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1、毕业设计计(论文)题目火电电厂储煤煤筒仓综综合安全全监控系统统硬件设计计院 系机械工程程系专业班级级学生姓名名指导教师师二一六六年六月月华北电力大学本科毕业设计_xFF08_论文_xFF09_火电厂储储煤筒仓仓综合安全全监控系系统硬件件设计摘要在火力发发电厂、煤炭转转运站等等一些地地方，煤煤炭存储储已经成成为其燃燃料管理理控制的的一个重重要环节节。然而由由于没有有安装安安全监测测系统的的筒仓内内的环境境状况无无法知道道，经常常发生毒毒气如CCO等，可燃燃气体如如CH44等含量量过多，致致使国内内的储煤筒筒仓因为为种种原原因发生生多次着着火，甚甚至有筒筒仓发生生爆炸的的情况，而而且筒仓仓一旦着着

2、火，很难将其其在短时时间内扑扑灭，并并会造成成人员伤伤亡和财财产损失失，所以以筒仓安安全保护护装置的的重要性性也就越越来越突突出。鉴鉴于此本文文研究设设计了一种储储煤筒仓仓安全监监测与控控制系统统，并在此基基础上介介绍和设设计了筒筒仓安全全监测的的相关参参数的测测量，希希望可以以有效地地改变储储煤筒仓仓使用管管理中存存在的一一些问题题。文中主要要设计了一一种基于于MSPP4300单片机机的储煤筒筒仓安全全监测系系统，选选择筒仓仓内部及及筒仓壁壁的温度度监测时时的温度度传感器器型号，以以及设计计其安装装位置、保护措措施，并并对筒仓仓中的可可燃气体体浓度、CO浓度、烟雾等参数进行监测，最后实物模拟

3、了筒仓壁测温的过程，实时显示测量的温度并且拥有报警装置。论文最后给出了总结以及未来工作方向的展望。关键词：MSPP4300单片机机；传感感器；储储煤筒仓仓；安全全监测HARDDWARRE DDESIIGN FORR SAAFETTY MMONIITORRINGG SYYSTEEM FFOR COAAL-FFIREED PPOWEER PPLANNT CCOALL STTORAAGE SILLOAbsttracctIn ttherrmall poowerr pllantts, traansffer staatioons andd ottherr pllacees oof ccoall, ccoa

4、ll sttoraage hass beecomme aan iimpoortaant parrt oof iits fueel mmanaagemmentt coontrrol. Hoowevver, duue tto eenviironnmenntall heealtth ssafeety monnitoorinng ssysttem is nott innstaalleed iinsiide thee siilo cann noot kknoww, aas oofteen hhapppenss tooo mmuchh gaas ssuchh ass COO, CCH4 andd otth

5、err coombuustiiblee gaasess suuch as conntennt, ressulttingg inn doomessticc cooal stooragge ssiloo fiire occcurrred manny ttimees ffor varriouus rreassonss, eevenn siilo expplossionn haappeenedd, aand sillos oncce iigniitedd, iit iis ddiffficuult to exttingguissh iin aa shhortt tiime, annd wwilll c

6、aausee caasuaaltiies andd prropeertyy loossees, so thee immporrtannce of thee siilo saffetyy deevicces is morre aand morre pprommineent. Inn viiew of thiis ppapeer sstuddiess thhe ddesiign of a ccoall sttoraage sillo ssafeety monnitoorinng aand conntrool ssysttem, annd ddesccribbes thee deesiggn aan

7、d meaasurremeent of sillo ssafeety monnitoorinng oof rreleevannt pparaametterss onn thhe bbasiis oof hhopee thhat cann efffecctivvelyy chhangge tthe usee off cooal stooragge ssiloo maanaggemeent in somme oof tthe proobleems.Thiss paaperr maainlly ddesiigneed CCoall Siilo Saffetyy Moonittoriing Sysst

8、emm Baasedd onn MSSP4330 cchooose intternnal sillos andd siilo walll ttempperaaturre mmoniitorringg whhen a ttempperaaturre ssenssor moddelss, aas wwelll ass itts ddesiign mouuntiing possitiion, prroteectiive meaasurres, annd ssiloos ccombbusttiblle ggas conncenntraatioon, CO conncenntraatioon, thee

9、 coonceentrratiion of dusst, smooke andd ottherr paarammeteers forr seelecctioon oof ddesiign monnitoorinng aand conntrool ddeviice, annd ffinaallyy thhe ssiloo waall temmperratuure simmulaate phyysiccal proocesssess, rreall-tiime dissplaay oof ttempperaaturre mmeassureemennts andd haas aan aalarrm

10、ssysttem. Fiinallly, a summmarry aand futturee woork dirrecttionns.Keywwordds:MMSP4430 Micrrocoontrrolller; Senssor; Coall Storragee Siloo; SSafeety Moniitorringg47华北电力大学本科毕业设计_xFF08_论文_xFF09_目录摘要IAbstractII1绪论11.1国内外研究基本现状11.2设计目的及意义21.3本文主要设计内容22筒仓储煤温度的安全监控系统设计32.1筒仓储煤温度监控原因32.2 筒仓周壁温度监控详细设计42.2筒仓

11、内部温度监控的详细设计52.3 筒仓壁周壁测温防砸结构设计83筒仓气体、料位高度安全监控系统设计103.1可燃气体的监测103.2烟雾浓度监测113.3料位高度监测113.3.1 雷达料位监测113.3.2 高料位监测114实物设计与结果分析134.1 MSP430单片机的特点及应用134.2温度传感器信号的采集154.3采集信号的处理164.4 软件程序的设计194.5 结果分析20总结与展望21参考文献22致谢24附录A251绪论在火力发发电厂、焦焦化厂、钢钢铁厂、港港口、煤煤炭转运运站等场场所，为了保保证日常常生产的的正常运运行，都需要要储存大大量的煤煤炭。然然而以前前这些场场所的煤煤炭

12、都堆堆放在露露天煤场场上，这种储储存方式式往往会会造成环环境污染染、煤炭炭损失、煤煤质下降降、占地地面积大大、以及及含水量量增加、煤煤炭冻结结等现象象，影响工工厂日常常正常生生产。而而且随着着我国城城市规模模的不断断扩展，城市用用电量和和相关产产品类需求的的增加，导导致以前前一些位位于郊区区的用煤煤工厂和和企业相相对于以以前更近近于城市市，有的甚甚至位于于城市腹腹地，故原有的的露天储储煤场也也已成为为市区环环境的主主要污染染源11。所所以，为为了保证证生产正正常、保保护环境境等，必须采采取新型型的储煤煤方式。而而采用筒筒仓储煤煤后可以以做到最最大程度度的环保保和节能能效果，同同时作业业生产效效

13、率也得得到大大大提高。1.1国国内外研研究基本本现状在我国国国内传统统的煤炭炭储存管管理过程程中，煤煤炭一般般都是露天天堆放的的，但是是这很容容易造成成大风扬扬尘和堆堆料取料料过程中中的二次次扬尘污污染，和和暴雨条条件下煤煤炭流失失、煤炭炭水分不不稳定、污污染环境境、煤质质下降、占占地面积积大以及及冻结等等问题2，我我国南方方雨水较较多的地地方的电厂采采用随后后出现的的半开放放式煤场场储煤，而而采用封封闭式储储煤工艺艺堆存煤煤炭，作作业效率率较高，环环境污染染少，系系统调度度灵活，在在煤厂、煤煤炭装卸卸港口、大大型燃煤煤电厂等等领域也也得到认认可并已已推广应应用。目目前，国国内常见见的封闭闭式

14、储煤煤场主要要有圆形形煤场、封封闭式条条形煤场场、矩形形封闭煤煤场、圆圆筒仓并并列群仓仓等。并并且随着着社会对工厂和企企业燃料料管理水水平和环环保要求求的不断断提高提提高，圆圆筒仓或或圆筒仓仓并列群群仓以及及大型全全封闭圆圆形煤场场等新兴兴储煤技技术逐渐渐被广泛泛使用到到火电厂厂等一些些污染度度较高的的工厂33。目前，国国内各地地的煤化化工、火火力发电电厂等企企业应用用筒仓储储煤的情情况较多多。而且且国内大大多数电电厂均用用筒仓代代替了原原来的露露天堆放放的储煤煤方法。但但是，使使用筒仓仓储煤也也会产生生新的危危险因素素，有资资料显示示，筒仓的的安全问问题并没没有引起起足够的的重视，很很多筒仓

15、仓只设置置了简单单的防爆爆措施，用以排排放筒仓仓爆炸时时所产生生的冲击击，以减少少事故损损失44。然然而国内内筒仓储储煤已多多次发生生着火，甚甚至有筒筒仓发生生爆炸的的情况，造造成人员员伤亡和和财产损损失，通通常没有有安装安安全监测测系统的的筒仓内内的环境境状况无无法知道道，而且且经常发发生由于于毒气含含量过多多，造成成筒仓爆爆炸和人人员伤亡亡的情况况5,6。所所以筒仓仓保护装装置的重重要性也也就越来来越突出出。国内煤场场监测监监控主要要有2种方式式：一、传传统的有有线传输输方式，即即监测系系统各个个部分的的信号采采集、通通信、控控制均通通过线缆缆完成，然然而煤场场现场环环境复杂杂并且煤煤场距

16、离离总控制制室较远远，故有有线传输输方式安安装布线线复杂，工工作量大大，耗时时长，成成本高；二、多多点插入入传感器器方式，即即随时根根据煤场场环境的的变化进进行接触触式手动动检测方方式，然然而由于于煤升温温时放出出的COO对人体体有害，且且煤场的的煤需要要经常使使用和填填补，每每次的改改变就需需要重复复安插温温度传感感器，而而这种检检测方式式容易对对运行操操作人员员安全和和健康容容易造成成威胁并并且耗费费大量时时间和财财力7。以以上两种种监测方法法都不能能非常满足足国内筒筒仓现有有的安全监监测要求求，因此此，本文文在此基础础上设计计了新型型的筒仓仓安全监监测系统统，能全全面监测测煤炭温温度、有

17、有毒有害害和可燃燃气体、筒筒仓料位位等相关关信息，能能及时向中中央控制制室操作作人员提提供报警警信号和和筒仓相相关信息息。1.2设设计目的的及意义义一般来说说，煤炭长期期存放筒筒仓将会会使煤的的温度升升高。而而且因为为储煤的的导热系系数相对对而言较小小，热量向向四周扩扩散速度度较慢，所以随着着时间的的积累，热量聚集在筒仓煤堆内使煤堆内部温度不断升高，当温度达到煤的燃点时，煤就发生自燃，而且随着温度的升高，煤的氧化速度也在不断的加快8。与此同时，生成的热量、一氧化碳CO、烟雾也在迅速增加，当温度、可燃气体浓度等物质达到一定的数值后，极易发生自燃，甚至火灾、爆炸等重大事故。而筒仓一旦发生火灾，很难

18、扑灭，爆炸也很容易造成人员伤亡和财产损失，所以，加强预防是关键9。因此为了防止事故的发生，非常有必要对筒仓中的储煤温度、可燃气体浓度、CO浓度、粉尘浓度、烟雾等参数进行监测和自动控制，并针对出现的异常情况采取正确及时的应对方案和补救措施，以保证筒仓的安全运行。本文主要是为了研究开发储煤筒仓安全监测与控制系统，希望可以有效地改变目前储煤筒仓使用管理中存在的问题，减少事故的发生。1.3本本文主要要设计内内容本次设计计任务主主要是完完成对筒筒仓安全全监测的硬件平平台方案案设计，即即对筒仓仓中的储储煤温度度、可燃燃气体浓浓度、CCO浓度度、烟雾雾等参数数进行监监测，并并完成了了对筒仓仓储煤温温度、料料

19、位高度度以及气气体监测测的详细细设计，包包括储煤煤筒仓周周壁测温温装置防防砸的结结构设计计，以及及设计完完成对筒筒仓煤内内部温度度各个断断面的测测量方案案。以上上各个监监测系统统之间既既相互独独立又互互相联系系，然后后通过控控制系统统将他们们无缝连连接到一一起，实实现对筒筒仓内的的温度、气气体、料料位高度度、烟雾雾等的实实时监测测，为筒筒仓煤炭炭的储存存和安全全生产运运行提供供了保障障。最后后还利用MSSP4330单片片机和温温度传感感器实物物模拟了了筒仓壁壁温度监监测系统统。2筒仓储储煤温度度的安全全监控系系统设计计2.1筒筒仓储煤煤温度监监控原因因本次设计计是基于于一个筒仓仓直径为为40m

20、，高高约43m，储储煤量约约为3万吨，能够够防雨雪雪、防流流失、防防自燃，可可有效保保证煤炭炭成分和和湿度稳稳定的储储煤筒仓仓的安全全监测系系统设计计，并对对筒仓安安全监测测系统中中最能反反应其内部部情况的的几种重重要的监测参参数进行行设计并并正确安安装其传传感器元元件，且该种筒筒仓采用用了双环环缝进的的出料系系统也是国内内外同型型号筒仓仓中的领先先水平。使其在筒仓安全运行过程中：进出料均匀、流畅、连续并且不堵煤，不起拱，储煤对筒仓壁没有不均匀的压力等特性，保证了筒仓可以安全运行的基础10。筒仓内是是否会发发生自燃燃与爆炸炸取决于于筒仓内储储煤温度度及其空间间温度的的高低，因此筒筒仓温度度监测

21、是是筒仓安安全监测测系统中中的重要要组成部部分。从从煤的自自燃原理理可以知知道，煤煤的自燃燃需要有有氧气的的存在。而而在整个个相对密密封的筒筒仓里除除了煤自自然堆积积的上表表面接触触氧气较较多之外外，自然然堆积煤煤的过程中中粒度相相对较大大的煤往往往会向向四周滑滑落，导导致靠近近筒仓壁壁的储煤煤由于间间隙相对对较大，与与氧气接接触的可可能性也也大大提提高，故故属与易易燃区域域。另外外，在煤煤靠近筒筒仓锥部部出料口口的地方方，由于于煤与锥锥壁之间间相互碰碰撞摩擦擦比较多多并且也也处于氧氧气含量量充足的的环境，因因此在筒筒仓锥部部也属于于易燃区区域111。所所以，对对筒仓温温度的监监测首先先要对筒

22、筒仓壁的的温度进进行监测测。由于储煤煤粒度的的差异，当煤落落向筒仓仓时会发发生离析析，颗粒大大的回流流向落料料点的外外侧，而颗粒粒小的如如粉末等等则会集集中于落落料点中中心。这这样就形形成了筒筒仓外侧侧物料密密度小，而中心心处物料料密度大大的情况况。并且且在煤的的存储过过程中不不可避免免地发生生氧化反反应而使使煤发热热，且由于于筒仓壁壁处的物物料密度度小，热量相相对易于于散发，而中心心部位的的物料密密度大，热量不不易散出出，使得筒筒仓中心心部位物物料温度度普遍高于于筒仓壁壁处物料料温度12。因此此对筒仓仓内储煤煤温度的的监测不不仅要监监测筒仓仓壁处的的温度，更要监监测筒仓仓中心处处的温度度，这

23、样才才能全面面地了解解筒仓内内储煤的温温度。而而且筒仓仓中心和和筒仓壁壁的温度度变化值值会随着着煤炭种种类、储煤颗粒粒度大小小以及储储存的时时间长短短等因素素的变化化而变化化，没有相对对固定的的关系值值。所以以，对筒仓仓温度的的监测也也要对筒筒仓中心心内部的的温度进进行监测测。综上所述述，故此此对筒仓储煤煤温度的的监测分分为筒仓仓周壁测测温和筒筒仓内部部测温。煤堆在22060时与空空气接触触，会被被氧化生生成不稳稳定的氧氧化物，此此时煤的的氧化过过程平稳稳而缓慢慢，氧化化放热量量很少，有有微量的的CO释放放出。如果储储煤温度度继续上上升，假假设从660上升至至80 ，煤的的氧化速速度会加加快，

24、煤煤中不稳稳定的氧氧化物就就会开始始分解成成水，且且释放出出等CHH4、CO等气体，并并且伴随随着氧化化释放出出大量的的热量。氧化产生的热量也会使煤温继续升高，达到临界点(约80)，此阶段耗氧量明显增加，产生的CO 也随温度上升而逐渐增加。当煤温超过临界温度80后，煤的氧化反应速率加快，并且随着煤温的不断升高，就会开始出现煤的干馏，生成可燃气体如氢和CO等13。当环境条件能继续维持煤氧化自热进行时，则会使煤温上升到煤的着火点而导致自燃，甚至发生爆炸。因此，报警值选择70作为临界点，可以满足及时发现警报以及安全处理自然问题的时间差，有效防止煤的进一步自燃，防止发生更大的安全事故。对于温度度的监测

25、测，必然然会使用到温度传传感器。然而随着着社会的不断发展展，各种种技术不不断精进，温度度传感器器也朝着着高精度度、高可可靠性、多功能能和总线标标准化以以及超高高的安全全性方面发发展。目目前市面面上主要要有单点点和多点点两种测测温仪器器。对于于单点测测温，主主要采用用传统的的模拟集集成温度度传感器器，其中中又以热热电偶、热电阻阻等传感感器的测测量精度度最高，并且测测量范围围大，应用用广泛；对于多点点温度测测量，相相对于单单点测温温测量精度度有一定定的差距距，虽然然实现了了多路温温度的测测控，但但价格却却昂贵。综上，在本课题中，以PT100热电阻为筒仓壁温度监测元件，设计一个对单点温度实时监测的系

26、统，并做出实物验证其可行性。以DS18B20数字温度传感器为筒仓内部温度监测元件，设计一个对多点温度实时监测的系统。2.2 筒仓周周壁温度监监控详细细设计对于筒仓仓壁的测测温，主主要有22种测量方方法，第第一：采采用热电电阻法，即即从筒仓仓的不同同部位将将热电阻阻插入煤煤中进行行测量，但但这样会会在煤炭炭存储过过程中对对温度探探头造成成损坏。第第二：即即红外线线测温，虽然解决了前面测量方法的缺陷，但是却只能监测到煤炭的表面温度，其也有一定的缺陷14。最终，选择第一种方法，采用热电阻法对仓壁进行测温，且通过对筒仓壁测温点的防砸结构的设计，解决了煤炭存储过程中测温探头会损坏的问题。热电阻采采用pt

27、t1000，其主要要用于工工业过程程中温度参参数的测测量和控控制。测温范范围为：-2550+8550，允许偏差差值（）为A级（0.15+0.0002|t|）、B级（0.300-0.0055|t|）；允许许通过的的电流5mA，且其还有有抗振动动、准确度度高、稳稳定性好好、耐高压，由由于其在在0-1000时其铂热热电阻线线性好等等特点，故近似似表达式式为Rtt=1000*（1+Att），其中中A=00.00039008022。另外外为了保保证温度度传感器器的测量量精度，pt100温度传感器一般采用三线式接法，因为采用三线制可以消除连接导线电阻引起的测量误差，使测量更加精准。接线如图2-1所示，当R

28、1*（Rx+r2+r3）=R2*(Rpt100+r2+r1)时，电桥平衡，U=0；当Rpt100受温度变化时，电桥不平衡，U0。图2-11 PTT1000温度传感感器三线线式接法法实时测量量筒仓周周壁储煤煤的温度度以及自自然点、易易燃点，可以防止止筒仓发发生煤炭炭自然现现象。分分析可以以知道，进进料点发发生自燃燃的现象象比较小小，故可可以不检检测，在筒仓仓圆柱体体大致在在储煤段段中部处处设置一一圈温度度监测点点，根据据煤的品品质和粒粒度决定定监测点点数，易易挥发、粒粒度值较较小的煤煤，可适适当选取取大值，反反之取小小值115。在在圆柱体体靠近锥锥部出料料口的地方方设置一一圈温度度监测点点，因为

29、为此处是是储煤摩摩擦挤压压较多且且容易形成成热量堆堆积的区区域，理理论上为为了反映映此时煤煤温度实实际情况况，应该该放置在在锥部靠靠近圆柱柱体的地地方，但为为了便于于工程中中测温元元件的选选型、安安装以及及检修方方便，将将测量点点适当上上移并将将测温元元件报警警值作适适当调整整，使之之安装方方便并且且具有可可操作性性166。出出料口温温度监测测数量可可根据其其结构形形式确定定。筒仓仓底部为为缝式出出料口，即即可在出出料口的的长边的的两侧各各设置一一个监测测点。综上所述述，每个个筒仓可可以配置置26只温度度传感器器，且温温度传感感器采用用铠装式式结构。其中，44只在锥锥面标高高6米处，4只在锥锥

30、面标高高15米处，8只在外外环面标标高244米处和8只在外外环面标标高33米处。测温温范围应应达到-20+1180，误差范范围应不不超过(0.3+0.0005tt)(tt为实实际测得得温度数数值)。并且且铂电阻阻外壳由由不锈钢钢制成，外外径大约约为16mmm，为了了保证温温度传感感器插入入筒仓后后不被落落煤砸坏坏或者磨磨损，传传感器被被安装在在不锈钢钢套件内内，保护护其不被砸坏坏或者磨磨损，并并且套管管伸入筒仓仓内长度度大约1150mmm左右右，且每个温温度传感感器配带带放大器器以及变变送器，输输出为00-5vv(输出出信号可可以自己己设计，本文文中采用用MSPP4300单片机机，因为AD接口

31、只能能接受电电压信号号，所以以设计温度度变送器器输出为为电压信信号)，信号线线段采用远程程端子；并且配配备智能能温度巡检检报警装装备，报报警温度度上限为为 700 177，报报警温度度上限可可以通过过程序调调节。2.2筒筒仓内部部温度监监控的详详细设计计筒仓内部部各个端面面温度的的测量不不但是筒筒仓监测测最重要要的参数数之一，也是最难难测量的的参数。现有的用来实际监测温度的温度传感器如热电阻、热电偶型都是接触型，它们只能监测到探头接触到的物体的表面温度，另一种红外测温仪虽然可以间隔一定距离测量，但也只能测量煤堆表面温度，煤堆内部各个端面的温度很难测量。而且煤的自燃主要是靠筒仓内部的煤炭氧化发热

32、造成，外加煤的导热性较差，热量不容易扩散出去，导致筒仓内部温度过高，而筒仓外部储煤由于靠近筒壁，所以散热较快，温度比内部低。当热电阻测量的筒仓内壁附近温度达到一定温度时，其内部温度可能已经超过了报警值，而且由于筒仓情况复杂很难推算出煤仓内部的温度18。为了解决这个问题，本章中设计了一种较为科学的多点测温电缆，使得测量的温度能够真实地反映筒仓内的温度情况。测温电缆缆，顾名名思义就就是可以以对整个个测量区区域内的的温度的的变化进进行实时时监控，而而且可以以知道温温度随时时间的变变化情况况，测得的的温度也也是该区区域内的的最高温温度。测测温电缆缆主要分分为两种种，模拟拟式和数数字式。模拟式测温电缆即

33、测温电缆中所包含的传感器输出为模拟信号，数字式即其传感器输出为数字信号19-22。本设计为筒仓内部各个端面温度的监测，采用数字式测温电缆，基于DS18B20一线总线式数字温度传感器测温电缆且所有测点均密封于线缆内部。其具有独特的温度探测功能，完全和目前现有的温度传感器不同，利用寻址的方式，能够不断的识别电缆上不同位置的温度，还能监测到温度变化的速率和幅度，而且能确定温度变化的地点。可以准确的测出筒仓内部各个端面温度。DS18B20因为器件不但体积小，而且集成度高，元件线性度也比较好（在0100时，最大线性偏差小于1），自带A/D转换功能，更重要是其低功耗，符合现代工业的发展要求。DS18B20

34、温度传感器的引脚如图2-2所示。引脚功能 1）VDD：可选电源脚，电源电压范围35.5V。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地；2）DQ：数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平；3）GND：电源地。图2-22 DDS188B200温度传感感器引脚脚图DS188B200内部结结构主要要由四部部分组成成：644 位光光刻ROOM、温温度传感感器、非非挥发的的温度报报警触发发器THH和TL、配配置寄存存器。光光刻 RROM 中的644位序列列号是出出厂前被被光刻好好的，它它可以看看作是该该DS118B220的地地址序列列码。664 位位光刻 ROMM 的排排列是：开始 8 位位（288H）是是产品类

35、类型标号号，接着的的 488 位是是该 DDS188B200 自身身的序列列号，最最后 88位是前前面566位的循循环冗余余校验码码。光刻刻ROMM的作用用使每一一个DSS18BB20都都各不相相同。这这样就可可以实现现一根总总线上挂挂接多个个DS118B220的目目的223。DS118B220中的的温度传传感器可可完成对对温度的的测量，并并且输出出为数字字信号。其内部结构如图2-3所示。图2-33 DDS188B200内部结结构图为了实时时监控筒筒仓内煤煤层各个个断面的温温度，在在每个筒筒仓中设设置4 套煤层层测温电电缆装置置，外部部缠绕不不锈钢钢钢丝绳，以以防止煤煤炭对测测温元件件的冲击击

36、磨损。因因为每个个DS118B220器件件都有一一个唯一一的644 biit RROM地地址，通通过相关关通信协协议就能能识别这这些序列列号，这这样多个个DS118B220可以以挂接在在同一条条单总线线上，构构成多点点温度采采集网络络。而且且由于DSS18BB20具具有“单总线线”的技术术特点，因因此具有有两种不不同的方方式连接接单片机机，单端口口并联连连接（所有DSS18BB20均均连接在在同一条条总线上上，然后后再连接接到单片片机的某某个I/O端口口。这种种连接方方式具有有硬件开开销小的的优点，理理论上一一根总线线可以挂挂接2556个DS118B220，但但若连接接的数字字传感器器数量较较

37、多，单单片机需需要花较较多的时时间才能能获得每每个传感感器的序序列号，会会降低系系统的实实时性，使用这种连接方式会使编程变得非常复杂难懂。）和多端口并行连接（即每一个DS18B20单独占用单片机某个I/O端口。这种并行连接方式使得单片机能够同时对所有的传感器进行并行操作，同一时间能实现多个输入输出，实现对温度数据的快速读取，从而提高了系统的实时性，同时软件编程也变得简单，缩短了项目的开发周期。）根据温度监测要求，设计一个结合单端口并联连接和多端口并行连接的系统，即每个I/O口连接1根测温电缆，DS18B20芯片的DQ端和采集模块的DQ端口相连。该测温电缆有许多特点和优点，如图表2-1所示。表2

38、-11测温电电缆特点点特点1提供二次次开发通通讯协议议，便于于二次开开发2传感器采采集方式式为总线线式布线，接接线简单单方便灵灵活3具有传感感器搜索索功能，可可自动识识别传感感器IDD4可以在线线读出传传感器664位唯唯一序列列号5可与组态态王、PPLC、单单片机等等联机使使用连接接温度采集集模块可可以安装装在每个个筒仓温温度监测测系统的控控制柜里里，并将将现场采采集到的的各点温温度值实实时传送送给上位位机。在控制制程序中中设置报报警显示示，当系系统监测测到某点点的温度度超过770时时，发出出报警信信息，运运行操作作员根据据报警的的信息决决定是否否需要启启动相关关操作降降低煤炭炭内部温温度，防

39、防止煤炭炭继续升升温造成成爆炸等等影响。该该测温电电缆垂直直吊装在在筒仓顶顶部，伸伸入筒仓仓煤层内内部，每每根测温温钢缆的的长度为为35 m，实实际测温温点布置置范围在在0 30mm 间，共共设置不不少于66个测温温点，测测温点布布置位置置分别为为L1 =8 m，L2 = 113 mm，L3 = 221 mm，L4 = 226 mm，L5 = 331 mm。温度度感应范范围在55 m内内，测温温范围达达到0 + 2000 。但但由于缆缆式传感感器置于于煤堆内内部，受受到煤的的压力较较大，特特别是在在卸料的的过程中中压力会会产生巨巨大的拉拉力，因因此，对筒仓仓顶板结结构和传传感器的的材料提提出了

40、很很高的要要求。如图2-4所示示，为测温电缆缆的安装装示意图图，可以以防止测温温电缆在在煤炭下料料过程中中受力过过大而断断裂。图2-44 测温温电缆的的安装示示意图图2-44 测温温电缆安安装示意意图2.3 筒仓壁壁周壁测测温防砸砸结构设计计周壁测温温温度传传感器需需设有足足够强度度、刚度和和耐磨性性能的防防护套管管，温度度探头的的保护外外壳可采采用不锈锈钢制作作，而且且防护套套管和传传感器均均无法取取出更换换。温度传传感器的的安装应应注意33 点:选择正正确的传传感器安安装角度度和插入入的深度度，一般般温度传传感器与与筒仓壁壁在顺着着煤流方方向时成成45角；温度传传感器插插入筒仓仓深约115

41、0mmm，这这样可以以防止温温度传感感器与煤煤流因直接碰碰撞或者者受到冲冲击而导导致防护护套管变变形、传传感器失失效；安装一个个角钢，防防止煤炭炭落下时时直接撞撞击传感感器，让让其有一一个缓冲冲的过程程。其安装如如图2-5所示示。图2-55 筒仓仓周壁测测温防砸砸结构示示意图3筒仓气气体、料料位高度度安全监控控系统设设计3.1可可燃气体体的监测测可燃气体体包括：氧气、CO、CH4等，他们的存在是筒仓发生爆炸事故的一大因素，煤炭在筒仓存储过程中，如CO、CH4会从煤炭中逸出（逸出速度及数量不但与煤炭种类有关外，还与筒仓内煤的温度及贮存时间的长短有关），分布在筒仓内部，因为这些可燃气体密度都比空气

42、小，故漂浮在筒仓顶部，因此用来监测这些气体质量浓度的装置应该安置在筒仓顶部。但是因为在筒仓进料的过程中，连续下落的物料也会导致筒仓空间内空气形成环流，造成可燃气体分布扩散开来，因此除了在筒仓顶板上分别安装两个CH4和CO传感器外，还应该在筒仓顶部的布袋除尘器的排空口处设置一个监测点可以更好的监测筒仓内部可燃气体的含量，防止发生爆炸事故24。筒仓顶板上的可燃气体监测元件配置安装附件后伸入筒仓1 000 mm 即可，安装位置也不能距离筒仓顶部进料口太近，防止煤炭流动时冲刷并且损坏监测元件，另外注意煤流在进入筒仓后的自然堆积状态。监测装置输出信号接至安装在就地控制箱内分散式智能数据采集网络上。对于可

43、燃燃性气体体，比如如CH44的监测，采用MQQ-4可可燃气体体传感器器，应该设设置两级级报警程程序：一级报报警255%LEEL，表表示已有有一定浓浓度可燃燃性气体体，提醒醒运行人人员进行行预警操操作，即即对筒仓仓里面的的煤进行行喷淋和和优先使使用；高高限报警警值：440%LLEL，表表示筒仓仓内可燃燃性气体体浓度已已达到危危险状态态，筒仓仓就面临临爆炸的的危险，运行人员必须马上安排输出筒仓内原有的储煤，并且启动惰化保护设施（惰化保护设施通常是指，当筒仓内可燃气体未发生爆炸的时候，将惰性气体充入到筒仓内稀释可燃性气体，从而达到阻止筒仓爆炸的目的。常用的惰性气体有：N2，CO2），并且其传感器的监

44、测范围上下线可以调整，以防发生重大事故。由于COO 不但但是可燃燃气体也也是有毒毒气体，而且筒筒仓顶部部进料处处和底部部下料处处都属于于CO浓度度较高的的地方。为了保证进入装置人员的人身安全，应该在筒仓顶部和底部CO浓度较高的区域设置CO 有毒气体检测器，监测元件最好设置为固定式，假如不具备设置固定式的条件时，凡进入该区域的操作人员，都应该配置便携式CO监测报警仪。除此之外，CO 视为可燃气体和视为有毒气体的监测报警的浓度和要求完全不一样。CO视作可燃气体时候的爆炸下限为12.5%，而视作有毒气体时候的最高容许浓度为30 mg/m3。经换算可得知后者远小于前者，因此不能将两者一起分析监测，更不

45、能将监测元件简单的互相替换使用。对于CO传感器的测量范围：0-1000ppm（单位ppm，含义为100万体积的空气中所含一氧化碳的体积数），报警分为2级：一级报警值20ppm和二级报警值40ppm，并且报警上限可以调整。当设备监测到一氧化碳气体浓度达到低报警值时，向运行操作人员发出报警信号，并自动连锁启动筒仓顶部防爆排风机，排风机将仓内气体向外界排放，起到降低可燃气体浓度的作用。故而在筒仓顶部操作平台上也应该配备CO传感器，采用MQ-7一氧化碳传感器，监测空气中CO含量并提醒操作人员撤离。3.2烟烟雾浓度度监测不管什么么原因，当筒仓仓内的煤煤炭发生生自然或或阴燃时时，都会有有烟雾产产生，而一旦

46、旦有烟雾雾存在，运行人人员必须须采取紧紧急措施施，消除自自然，防止事事故的扩扩大。烟烟雾监测测装置与与可燃气气体监测测装置的的安装布布置方式式相似，但两者者要错开开布置，防止监测装置互相影响造成测量不准确。烟雾监测采用MQ-2烟雾传感器，装置用气敏元件作探头，当探头内的传感器接触到烟雾时其导电率增加，烟雾浓度不同时，与传感器所对应的导电率也不同，这一变化量可以通过电平指示电路及控制电路来分别驱动电平指示二极管和报警电路工作，发出报警信号，及时处理事故。而且这种监测装置灵敏度高、稳定性好、传感器精度高、价格便宜并且能够抗非烟雾和粉尘干扰、安装方便等优点25。3.3料料位高度度监测3.3.1 雷雷

47、达料位位监测采用筒仓仓的方式式储煤后后，也对筒筒仓内煤煤炭的料料位高度度监测提提出了更更高的要要就，煤煤炭通过过卸料小小车卸入入到筒仓仓内，保保证卸料料小车可可以在筒筒仓内均均匀完成成卸料操操作的前前提下，同同时还要要考虑煤煤炭超高高堆放及及冒仓的的风险，因此需要设计筒仓内煤炭的堆高、堆形以及高位报警装置。设计时考虑料位高度检测方式为非接触式。在采用非接触方式测量煤堆高度时，可以采用超声波或雷达式料位检测设备，通过物体回波反射的原理来计算出堆积煤炭的实际高度。但考虑到在实际应用中，超声波为机械波，在空间传输过程中极易受到环境中的粉尘或者障碍物的影响，使得测量精度受到影响；而雷达波则是一种电磁波，在传递中对粉尘及较小的障碍物都有一定的穿透效果；故在选择料位监测设备时优先考虑设计采用雷达方式料位检测设备，其精确度高，还具有现场编程调试，受介电常数、温度、压力与密度的影响小、测量不受物位表面波动、粉尘、蒸汽和泡沫的影响，测量长度可灵活变化、无须标定等功能特点，并且控制简单方便，通过计算声波在空气中传播的时间来确定料位计到测量物体的距离。被测的距离通过模拟量