基于虛擬儀器的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及研究

柏華春

摘 要：本文在LabVIEW平臺下，采用虛擬儀器技術(shù)，針對煤礦瓦斯自動檢測監(jiān)控進行了研究和相關(guān)設(shè)計后，提出一種新的基于虛擬儀器的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案，提高了礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)的安全系數(shù)，為礦井下瓦斯的監(jiān)控提供了可靠的科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；煤礦瓦斯；自動檢測監(jiān)控

0 引言

我國是一個煤炭大國，煤礦分布遍布全國，煤炭開采促進了我國經(jīng)濟的發(fā)展。煤礦大部分是井工煤礦，不易開采，常常造成煤礦安全事故：人員傷亡慘重和經(jīng)濟損失巨大。據(jù)統(tǒng)計，瓦斯爆炸是絕大部分事故的罪魁禍首，由于井下的瓦斯監(jiān)控裝置不足，瓦斯參數(shù)往往不能及時反映出來，就造成了瓦斯?jié)舛瘸瑯?。瓦斯氣體遠程控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。其中硬件部分主要由USB-6009型采集卡、氧氣檢測儀、甲烷檢測儀、溫度傳感器和個人PC機等組成。本文詳細論述了煤礦瓦斯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思想，軟、硬件設(shè)計及未來的發(fā)展趨勢等，實現(xiàn)了對礦井下各參數(shù)的實時監(jiān)測和處理，解決了傳統(tǒng)人工監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確和工作量大等問題。

1 硬件設(shè)計

1.1 數(shù)據(jù)采集卡

USB-6009型信號采集卡是一種數(shù)據(jù)采集模塊，基于USB總線，由美國NI公司生產(chǎn)。這種信號采集卡模擬輸入通道有8個，模擬輸出通道有2個，一個12位的I/O口，和一個32位計數(shù)器，它不需要外界電源通過USB接口可與電腦直接相連。該采集卡功能優(yōu)、價格低，在戶外作業(yè)時，能夠?qū)?shù)據(jù)進行實時監(jiān)測監(jiān)控[1]。

1.2 溫度傳感器

本系統(tǒng)選用AD590型溫度傳感器，該傳感器由AD公司制造，是一種電流輸出型兩端溫度傳感器，其工作原理是利用PN結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系。主要技術(shù)參數(shù)：

測溫范圍為-55℃ ～ +150℃。

電源電壓范圍在4V～30V。電源電壓可在4V～6V的范圍內(nèi)變化。傳感器的輸出電流隨著溫度變化而變化，變化量為1？滋A/K，即當電流變化1mA，等效于溫度變化了1K。此溫度傳感器器件可承受44V的正向電壓和20V的反向電壓，因此即使因失誤而反接也不會被損壞。

710MW的輸出電阻。

AD590型溫度傳感器按實際精度需求可調(diào)節(jié)，有I、J、K、L、M五檔，其中精度最高的是M檔，在-55℃ ～ +150℃的范圍內(nèi)，非線性誤差只有。

1.3 甲烷檢測儀

本設(shè)計系統(tǒng)軟件模塊的設(shè)計采用了LabVIEW圖形化編輯語言，LabVIEW由美國國家儀器公司研制開發(fā)，是一種程序開發(fā)環(huán)境。LabVIEW不僅提供了幾乎所有經(jīng)典信號處理函數(shù)，并且有大量現(xiàn)代化高級信號分析工具，兼容性較強，易與各種數(shù)據(jù)采集硬件結(jié)合使用，在提高效率的同時大大節(jié)約了成本[4]。軟件系統(tǒng)的前面板如圖1所示。系統(tǒng)設(shè)計有三條采集信號通道，可采取的信號有：甲烷濃度、氧氣濃度以及溫度。這里設(shè)定甲烷的通道為A，氧氣的通道為B，溫度的通道為C。設(shè)計完成后，只需設(shè)定采樣率和通道，各采集數(shù)據(jù)就可在前面板中顯示出來。其程序圖如圖2所示。

3 總結(jié)

本文基于LabVIEW平臺下開發(fā)的一種新的基于虛擬儀器的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，在彌補了傳統(tǒng)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)不足的同時，具有開發(fā)周期短、降低成本等優(yōu)點。為礦井下瓦斯的監(jiān)控提供了有用的參考依據(jù)。

參考文獻：

[1]劉增祥，夏益青.DDE與OPC技術(shù)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應用[J]，可編程控制器與工廠自動化.2008（1）：67-71.

[2]任清峰，梁開山.KG2型光干涉瓦斯傳感器與KH-10型監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)機的技術(shù)問題和解決方案[J].山西電子技術(shù)，1999（5）：30-31.

[3]撫順煤礦安全儀器廠情報組.煤礦用氧氣檢測儀[J]，煤礦安全，1980（3）：41-42.

[4]胡嘉坤，陸綺榮.基于LabVIEW的礦井瓦斯遠程監(jiān)控系統(tǒng)，工況自動化.2007（2）64-66.endprint

摘 要：本文在LabVIEW平臺下，采用虛擬儀器技術(shù)，針對煤礦瓦斯自動檢測監(jiān)控進行了研究和相關(guān)設(shè)計后，提出一種新的基于虛擬儀器的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案，提高了礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)的安全系數(shù)，為礦井下瓦斯的監(jiān)控提供了可靠的科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；煤礦瓦斯；自動檢測監(jiān)控

0 引言

我國是一個煤炭大國，煤礦分布遍布全國，煤炭開采促進了我國經(jīng)濟的發(fā)展。煤礦大部分是井工煤礦，不易開采，常常造成煤礦安全事故：人員傷亡慘重和經(jīng)濟損失巨大。據(jù)統(tǒng)計，瓦斯爆炸是絕大部分事故的罪魁禍首，由于井下的瓦斯監(jiān)控裝置不足，瓦斯參數(shù)往往不能及時反映出來，就造成了瓦斯?jié)舛瘸瑯?。瓦斯氣體遠程控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。其中硬件部分主要由USB-6009型采集卡、氧氣檢測儀、甲烷檢測儀、溫度傳感器和個人PC機等組成。本文詳細論述了煤礦瓦斯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思想，軟、硬件設(shè)計及未來的發(fā)展趨勢等，實現(xiàn)了對礦井下各參數(shù)的實時監(jiān)測和處理，解決了傳統(tǒng)人工監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確和工作量大等問題。

1 硬件設(shè)計

1.1 數(shù)據(jù)采集卡

USB-6009型信號采集卡是一種數(shù)據(jù)采集模塊，基于USB總線，由美國NI公司生產(chǎn)。這種信號采集卡模擬輸入通道有8個，模擬輸出通道有2個，一個12位的I/O口，和一個32位計數(shù)器，它不需要外界電源通過USB接口可與電腦直接相連。該采集卡功能優(yōu)、價格低，在戶外作業(yè)時，能夠?qū)?shù)據(jù)進行實時監(jiān)測監(jiān)控[1]。

1.2 溫度傳感器

本系統(tǒng)選用AD590型溫度傳感器，該傳感器由AD公司制造，是一種電流輸出型兩端溫度傳感器，其工作原理是利用PN結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系。主要技術(shù)參數(shù)：

測溫范圍為-55℃ ～ +150℃。

電源電壓范圍在4V～30V。電源電壓可在4V～6V的范圍內(nèi)變化。傳感器的輸出電流隨著溫度變化而變化，變化量為1？滋A/K，即當電流變化1mA，等效于溫度變化了1K。此溫度傳感器器件可承受44V的正向電壓和20V的反向電壓，因此即使因失誤而反接也不會被損壞。

710MW的輸出電阻。

AD590型溫度傳感器按實際精度需求可調(diào)節(jié)，有I、J、K、L、M五檔，其中精度最高的是M檔，在-55℃ ～ +150℃的范圍內(nèi)，非線性誤差只有。

1.3 甲烷檢測儀

本設(shè)計系統(tǒng)軟件模塊的設(shè)計采用了LabVIEW圖形化編輯語言，LabVIEW由美國國家儀器公司研制開發(fā)，是一種程序開發(fā)環(huán)境。LabVIEW不僅提供了幾乎所有經(jīng)典信號處理函數(shù)，并且有大量現(xiàn)代化高級信號分析工具，兼容性較強，易與各種數(shù)據(jù)采集硬件結(jié)合使用，在提高效率的同時大大節(jié)約了成本[4]。軟件系統(tǒng)的前面板如圖1所示。系統(tǒng)設(shè)計有三條采集信號通道，可采取的信號有：甲烷濃度、氧氣濃度以及溫度。這里設(shè)定甲烷的通道為A，氧氣的通道為B，溫度的通道為C。設(shè)計完成后，只需設(shè)定采樣率和通道，各采集數(shù)據(jù)就可在前面板中顯示出來。其程序圖如圖2所示。

3 總結(jié)

本文基于LabVIEW平臺下開發(fā)的一種新的基于虛擬儀器的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，在彌補了傳統(tǒng)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)不足的同時，具有開發(fā)周期短、降低成本等優(yōu)點。為礦井下瓦斯的監(jiān)控提供了有用的參考依據(jù)。

參考文獻：

[1]劉增祥，夏益青.DDE與OPC技術(shù)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應用[J]，可編程控制器與工廠自動化.2008（1）：67-71.

[2]任清峰，梁開山.KG2型光干涉瓦斯傳感器與KH-10型監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)機的技術(shù)問題和解決方案[J].山西電子技術(shù)，1999（5）：30-31.

[3]撫順煤礦安全儀器廠情報組.煤礦用氧氣檢測儀[J]，煤礦安全，1980（3）：41-42.

[4]胡嘉坤，陸綺榮.基于LabVIEW的礦井瓦斯遠程監(jiān)控系統(tǒng)，工況自動化.2007（2）64-66.endprint

摘 要：本文在LabVIEW平臺下，采用虛擬儀器技術(shù)，針對煤礦瓦斯自動檢測監(jiān)控進行了研究和相關(guān)設(shè)計后，提出一種新的基于虛擬儀器的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案，提高了礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)的安全系數(shù)，為礦井下瓦斯的監(jiān)控提供了可靠的科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；煤礦瓦斯；自動檢測監(jiān)控

0 引言

我國是一個煤炭大國，煤礦分布遍布全國，煤炭開采促進了我國經(jīng)濟的發(fā)展。煤礦大部分是井工煤礦，不易開采，常常造成煤礦安全事故：人員傷亡慘重和經(jīng)濟損失巨大。據(jù)統(tǒng)計，瓦斯爆炸是絕大部分事故的罪魁禍首，由于井下的瓦斯監(jiān)控裝置不足，瓦斯參數(shù)往往不能及時反映出來，就造成了瓦斯?jié)舛瘸瑯恕Ｍ咚箽怏w遠程控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。其中硬件部分主要由USB-6009型采集卡、氧氣檢測儀、甲烷檢測儀、溫度傳感器和個人PC機等組成。本文詳細論述了煤礦瓦斯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思想，軟、硬件設(shè)計及未來的發(fā)展趨勢等，實現(xiàn)了對礦井下各參數(shù)的實時監(jiān)測和處理，解決了傳統(tǒng)人工監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確和工作量大等問題。

1 硬件設(shè)計

1.1 數(shù)據(jù)采集卡

USB-6009型信號采集卡是一種數(shù)據(jù)采集模塊，基于USB總線，由美國NI公司生產(chǎn)。這種信號采集卡模擬輸入通道有8個，模擬輸出通道有2個，一個12位的I/O口，和一個32位計數(shù)器，它不需要外界電源通過USB接口可與電腦直接相連。該采集卡功能優(yōu)、價格低，在戶外作業(yè)時，能夠?qū)?shù)據(jù)進行實時監(jiān)測監(jiān)控[1]。

1.2 溫度傳感器

本系統(tǒng)選用AD590型溫度傳感器，該傳感器由AD公司制造，是一種電流輸出型兩端溫度傳感器，其工作原理是利用PN結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系。主要技術(shù)參數(shù)：

測溫范圍為-55℃ ～ +150℃。

電源電壓范圍在4V～30V。電源電壓可在4V～6V的范圍內(nèi)變化。傳感器的輸出電流隨著溫度變化而變化，變化量為1？滋A/K，即當電流變化1mA，等效于溫度變化了1K。此溫度傳感器器件可承受44V的正向電壓和20V的反向電壓，因此即使因失誤而反接也不會被損壞。

710MW的輸出電阻。

AD590型溫度傳感器按實際精度需求可調(diào)節(jié)，有I、J、K、L、M五檔，其中精度最高的是M檔，在-55℃ ～ +150℃的范圍內(nèi)，非線性誤差只有。

1.3 甲烷檢測儀

本設(shè)計系統(tǒng)軟件模塊的設(shè)計采用了LabVIEW圖形化編輯語言，LabVIEW由美國國家儀器公司研制開發(fā)，是一種程序開發(fā)環(huán)境。LabVIEW不僅提供了幾乎所有經(jīng)典信號處理函數(shù)，并且有大量現(xiàn)代化高級信號分析工具，兼容性較強，易與各種數(shù)據(jù)采集硬件結(jié)合使用，在提高效率的同時大大節(jié)約了成本[4]。軟件系統(tǒng)的前面板如圖1所示。系統(tǒng)設(shè)計有三條采集信號通道，可采取的信號有：甲烷濃度、氧氣濃度以及溫度。這里設(shè)定甲烷的通道為A，氧氣的通道為B，溫度的通道為C。設(shè)計完成后，只需設(shè)定采樣率和通道，各采集數(shù)據(jù)就可在前面板中顯示出來。其程序圖如圖2所示。

3 總結(jié)

本文基于LabVIEW平臺下開發(fā)的一種新的基于虛擬儀器的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，在彌補了傳統(tǒng)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)不足的同時，具有開發(fā)周期短、降低成本等優(yōu)點。為礦井下瓦斯的監(jiān)控提供了有用的參考依據(jù)。

參考文獻：

[1]劉增祥，夏益青.DDE與OPC技術(shù)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應用[J]，可編程控制器與工廠自動化.2008（1）：67-71.

[2]任清峰，梁開山.KG2型光干涉瓦斯傳感器與KH-10型監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)機的技術(shù)問題和解決方案[J].山西電子技術(shù)，1999（5）：30-31.

[3]撫順煤礦安全儀器廠情報組.煤礦用氧氣檢測儀[J]，煤礦安全，1980（3）：41-42.

[4]胡嘉坤，陸綺榮.基于LabVIEW的礦井瓦斯遠程監(jiān)控系統(tǒng)，工況自動化.2007（2）64-66.endprint