礦用氣體傳感器遠(yuǎn)程智能調(diào)校系統(tǒng)研究

王素玲

（山西省煤礦節(jié)能監(jiān)測中心，山西太原 030045）

我國是煤炭大國，隨著煤炭需求的不斷增加，市場對煤礦安全生產(chǎn)提出了更高的要求，然而在煤炭市場價格不斷提高的形勢下，很多煤礦企業(yè)對煤礦安全不重視，一味追求煤礦產(chǎn)量，導(dǎo)致煤礦安全管理缺乏力度，煤礦生產(chǎn)裝置不完備，技術(shù)化水平以及保障能力有待提高，安全基礎(chǔ)亟需增強(qiáng)，生產(chǎn)保障體系的建立健全日益迫切。為了有效地規(guī)避這類問題的發(fā)生，應(yīng)該推進(jìn)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，通過礦用氣體傳感器不斷地加大監(jiān)測力度，同時應(yīng)更加積極地通過行之有效的措施調(diào)校礦用氣體傳感器，全面保障井下作業(yè)安全性，切實(shí)維護(hù)工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 智能氣體傳感器的概念

氣體傳感器的核心是氣敏器件，還包括各種可以成功實(shí)現(xiàn)被測氣體濃度向電量輸出轉(zhuǎn)化的有關(guān)裝置?，F(xiàn)階段，我國市場上大部分的礦用氣體傳感器為智能型，與一般的氣體傳感器不同的是，這種氣體傳感器還增設(shè)了紅外線遙控以及智能單元等構(gòu)件，其系統(tǒng)原理示意圖如圖1。

圖1 智能傳感器系統(tǒng)原理示意圖

在氣敏元件的作用下，檢測氣體會產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，并由此改變內(nèi)部能量，使電流信號發(fā)生改變，由于信號的變化情況異常的微弱[1]，所以一般情況下需要利用信號放大電路來放大信號，同時通過A/D轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)模擬量信號到數(shù)字量信號的轉(zhuǎn)化，然后將形成的矩形波信號傳遞到單片機(jī)，對氣體濃度值進(jìn)行精密的檢驗(yàn)，通過數(shù)碼管顯示電路得到全面的展示，并由此發(fā)出反饋信號。傳感器輸出信號模式包含頻率以及電壓或者電流方式，前者具有較高的傳輸精度，環(huán)境適應(yīng)能力相對突出，具有較好的隔離性，所以其具有無法比擬的優(yōu)勢，一般情況下其應(yīng)用也相對廣泛。

2 傳感器調(diào)校原理和方法

傳感器的調(diào)校，即對礦用氣體傳感器的特性進(jìn)行評定，對其能否達(dá)到有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和要求進(jìn)行判斷，并以此為依據(jù)來科學(xué)合理的校正傳感器，具體包含檢查其外觀、測定以及校正其誤差和對測定的時間進(jìn)行積極的響應(yīng)等內(nèi)容。目前我國所采用的安全監(jiān)控設(shè)備中，傳感器一般采用遙控校驗(yàn)傳感器和手動校驗(yàn)傳感器，但是其手段相對比較落后，為了更好地提高安全監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，引進(jìn)了氣體傳感器遠(yuǎn)程智能調(diào)校系統(tǒng)。

在選用有關(guān)的調(diào)校方法、步驟，決定氣體傳感器檢定周期以及確定環(huán)境要求的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照有關(guān)的檢定規(guī)程展開。氣體傳感器的調(diào)校應(yīng)該根據(jù)其類型的不同選擇不同的規(guī)程。例如，在調(diào)校一氧化碳傳感器時，應(yīng)該選用下列調(diào)校方法：首先，應(yīng)該對相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行全面綜合的考慮，當(dāng)沒有明確規(guī)定時，應(yīng)該以特定范圍的溫度、濕度、大氣壓力為參考條件，并通過有效的措施排除干擾氣體對測試造成不良影響的可能性，在檢驗(yàn)工作開展之前應(yīng)該努力的保持儀器運(yùn)行的穩(wěn)定性，在試驗(yàn)時杜絕調(diào)整狀況的發(fā)生；其次，應(yīng)該對試驗(yàn)用的氣體不確定度范圍進(jìn)行嚴(yán)格的把握[2]，同時應(yīng)保障主要儀器的精確度；第三，應(yīng)仔細(xì)的檢驗(yàn)儀器的標(biāo)志以及零部件，減少儀器表面?zhèn)垡约皠兟淝闆r存在的可能性，保持緊固件的牢固性以及完好性；第四，在通電并確保傳感器工作的穩(wěn)定性之后，應(yīng)該參考具體依據(jù)對傳感器進(jìn)行三次校準(zhǔn)，在零點(diǎn)穩(wěn)定后，可以以具體的流量規(guī)定情況為依據(jù)對不同的標(biāo)準(zhǔn)氣樣進(jìn)行一定時間的測量，同時應(yīng)對測量的顯示值進(jìn)行記錄，通過三次測量數(shù)據(jù)的計(jì)算求出基本誤差。

通過對一氧化碳傳感器校正流程的分析可知，記錄和計(jì)算在傳感器的調(diào)校工作中扮演著重要的角色，其作用不可或缺。進(jìn)行調(diào)校工作時，由于氣體濃度的測量在一定程度上精度較差，精準(zhǔn)性很難得到全面的保障，所以一旦發(fā)生偏差時，就要開展人工手動調(diào)校。校驗(yàn)工作具有較高的勞動強(qiáng)度和較低的安全性，工作效率較低，校驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步的提升。而遠(yuǎn)程智能調(diào)校系統(tǒng)，一方面可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)校，另一方面也能智能控制氣體流量，在存儲數(shù)據(jù)和管理報(bào)表方面發(fā)揮著重要的作用，所以在一定意義上有利于勞動強(qiáng)度的降低，對調(diào)校人員的操作安全性的提升有著重要的積極意義。

3 礦用氣體傳感器遠(yuǎn)程智能調(diào)校系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

本文選用的礦用氣體傳感器遠(yuǎn)程智能調(diào)校系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為力控組態(tài)軟件，其組態(tài)方式相對靈活多樣，開發(fā)方法迅捷便利，有利于簡化工作流程，促進(jìn)工作量的大大降低，在控制系統(tǒng)常見問題的解決方面有著重要的作用。組態(tài)軟件作為一種專用軟件，能夠在采集數(shù)據(jù)以及控制過程時，通過對軟件工具的合理應(yīng)用實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，能夠確保軟件以及計(jì)算機(jī)嚴(yán)格按照預(yù)先的設(shè)置順利的完成自動化工作，能夠切實(shí)達(dá)到使用者的多元化要求。隨著時代的發(fā)展，控制系統(tǒng)逐漸實(shí)現(xiàn)了封閉模式的高級程度以及自動化的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)硬件以及軟件的有機(jī)統(tǒng)一。一般而言，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包含四個層次，具有明顯的分布式特征。設(shè)備層能夠通過不同類型的傳感器實(shí)現(xiàn)物理信號的轉(zhuǎn)換，控制層能夠有效地控制以及監(jiān)測現(xiàn)場過程，監(jiān)控層能夠?qū)ιa(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，對控制設(shè)備進(jìn)行集中管理，而管理層能夠有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)以及管理[3]。

3.2 系統(tǒng)的需求分析

礦用氣體傳感器遠(yuǎn)程智能調(diào)校系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以有關(guān)的國家規(guī)程為具體依據(jù)，其數(shù)量以及種類十分的豐富，所以在傳感器的調(diào)校過程中，為了切實(shí)有效地提高傳感器的精度以及調(diào)校效率，關(guān)鍵就是要以其具體的型號以及種類為依據(jù)來全面深入地了解并掌握其調(diào)校規(guī)程，以切實(shí)提高操作的效率和便捷性，大大提高調(diào)校效率。一般而言，礦用氣體傳感器遠(yuǎn)程智能調(diào)校系統(tǒng)功能如下：首先，調(diào)校模式的確定應(yīng)該以調(diào)校的目的為依據(jù)，傳感器種類的選擇應(yīng)該以被檢氣體為依據(jù)；其次，應(yīng)該通過數(shù)據(jù)采集單元獲取傳感器的環(huán)境信息和實(shí)時數(shù)據(jù)，及時地傳送以及顯示數(shù)據(jù)，使有關(guān)的調(diào)校人員能夠通過計(jì)算機(jī)對實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行全面的掌握和監(jiān)測；另外，當(dāng)被檢氣體的濃度穩(wěn)定下來后，應(yīng)該開展誤差分析工作，對紅外校正控制流程進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪M，通過指令的發(fā)送進(jìn)行氣體傳感器的調(diào)校，達(dá)到自動閉環(huán)控制的目的。

4 總結(jié)

總而言之，對礦用氣體傳感器遠(yuǎn)程智能調(diào)校系統(tǒng)進(jìn)行深入地研究有著極其重要的意義，這種系統(tǒng)的開發(fā)以及廣泛應(yīng)用有利于提高氣體傳感器調(diào)校的自動化水平和效率，還能有效提高傳感器的精度，大大減少人力、物力以及時間的不合理耗費(fèi)，在調(diào)校人員操作流程的簡化以及工作安全性的提升方面有著突出的作用。所以，應(yīng)切實(shí)發(fā)揮調(diào)校人員的作用，積極地開展需求分析工作，促進(jìn)氣體傳感器調(diào)校工作的貫徹落實(shí)，不斷的開展調(diào)研分析和預(yù)測，切實(shí)地提高設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性以及合理性，從而為遠(yuǎn)程智能調(diào)校系統(tǒng)的建立健全奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］張雁鵬，田慕琴.礦用氣體傳感器紅外遙控調(diào)校［J］.煤礦安全，2013，44（9）：123-125.

［2］田永強(qiáng)，田慕琴.基于FPGA的多路礦用氣體傳感器智能調(diào)校系統(tǒng)［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2014，33（11）：69-72.

［3］趙耀原，田慕琴，張雁鵬，等.64路礦用氣體傳感器智能調(diào)校檢定儀的研究開發(fā)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（z1）：267-272.