【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 Hardware circuit diagram ......................................................................................22 Design System part of the source code in Appendix ...........................................24 3 第 1 章 需求分析 目前煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況 我國(guó)瓦斯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 ,2020 年 ,全國(guó)瓦斯抽采 億立方米 ,利用 億立方米。其中井下煤礦瓦斯抽采量 44 億立方米 ,完成規(guī)劃目標(biāo)的127%。形成地面煤層氣產(chǎn)能 10億立方米 ,是 2020 年的 2 倍 ,地面煤層氣產(chǎn)量 億立方米 ,比 2020 年增加 1 倍多。 2020～ 2020 年 ,全國(guó)共鉆井約 1700 口 ,占?xì)v年累計(jì)鉆井總數(shù)的 85%。截至 2020 年底 ,國(guó)內(nèi)探明煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量 1340億立方米 ,煤層氣年商業(yè)產(chǎn)量不足 4 億立方米。根據(jù)《煤層氣（煤礦瓦斯）開(kāi)發(fā)利用“十一五” 規(guī)劃》 ,到 2020 年 ,新增煤層氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量 3000 億立方米；煤層氣、煤礦瓦斯抽采量 100 億立方米；建設(shè)煤層氣輸氣管道 10條 ,設(shè)計(jì)總輸氣能力 65 億立方米；重點(diǎn)建設(shè)沁水盆地、鄂爾多斯盆地東源兩大煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地。 本質(zhì)安全的介紹 本質(zhì)安全來(lái)源是從設(shè)安全管理計(jì)上對(duì)本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的解釋演繹擴(kuò)展而來(lái) ,是現(xiàn)代安全管理的嶄新理念 ,屬安全管理上高層次的文化范疇。而我們所說(shuō)的“本質(zhì)安全” ,其實(shí)就是指安全管理理念的變化。大型火電施工項(xiàng)目發(fā)生事故是偶然的 ,不發(fā)生事故是必然的 ,這就是“本質(zhì)安全”。其基本特征：一是人 的安全可靠性。不論在何種作業(yè)環(huán)境和條件下 ,都能按照規(guī)程操作 ,杜絕“三違” ,實(shí)現(xiàn)個(gè)體安全；二是物的安全可靠性。不論在動(dòng)態(tài)過(guò)程中 ,還是在靜態(tài)過(guò)程中 ,物始終處于在能夠安全運(yùn)行的狀態(tài)；三是系統(tǒng)的安全可靠性。 本質(zhì)安全性：通常情況下 ,把“人”、“物”以及關(guān)聯(lián)這兩者的“環(huán)境”三者稱(chēng)為與安全相關(guān)的基本因素。這三個(gè)基本安全因素中的任一因素都能獨(dú)立 4 地成為實(shí)現(xiàn)安全與否的充分條件 ,即每一因素都有可能導(dǎo)致危險(xiǎn)狀態(tài)的發(fā)生 ,并不需要另兩個(gè)因素與之相適應(yīng)。往往是其中的某一因素處于不安全狀態(tài)時(shí) ,其他兩個(gè)因素的危險(xiǎn)性也會(huì)隨之發(fā)生變化。當(dāng)然 ,絕大多數(shù)事故的發(fā)生往往是諸多因素聯(lián)合作用的結(jié)果。如果把“人”、“物”、“環(huán)境”三個(gè)基本安全因素構(gòu)成的一個(gè)安全系統(tǒng)看做為系統(tǒng)的“整體性因素”的話(huà) ,那么 ,這個(gè)整體性因素再加上三個(gè)安全基本因素也可以看做是四個(gè)因素。整體性因素體現(xiàn)為前三個(gè)因素的協(xié)調(diào)作用 ,是一個(gè)復(fù)合性安全因素?，F(xiàn)代安全工程學(xué)就是從實(shí)用角度探求安全系統(tǒng)在上述諸因素作用下的機(jī)理與結(jié)果。 本質(zhì)安全型簡(jiǎn)稱(chēng)本安型 ,用途：電器或設(shè)備防爆類(lèi)別；解釋?zhuān)和ㄟ^(guò)控制設(shè)備本身能量水平 ,使其在正常工作或故障條件下均低于點(diǎn)燃爆炸性氣體的臨界條件 ,不至產(chǎn)生火花或低于點(diǎn)燃爆炸性氣體 的溫度 ,而不是通過(guò)其他方式屏蔽或阻攔 ,在本安型設(shè)備中 ,必須采限合適的措施 ,保證將能量限制在很小的程度 ,而不臻點(diǎn)燃爆炸性環(huán)境（包括出現(xiàn)故障的情況）。本安型設(shè)備中的所有的電路均設(shè)計(jì)為本安形式。這些設(shè)備根據(jù)它們的防爆等級(jí) ,允許直接用于相應(yīng)的危險(xiǎn)區(qū)域中。附屬電氣設(shè)備既包含本安電路也包含非本安電路。通常情況下它們被用于安全場(chǎng)所 ,但連接線(xiàn)都進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所。所以附屬電氣設(shè)備也必須符合上述的防爆等級(jí) ,即一個(gè)與區(qū)域 0 中的傳感器或執(zhí)行器相連的附屬電氣設(shè)備 ,必須是防爆等級(jí) 1 的設(shè)備。 本質(zhì)安全化：本質(zhì)安全一詞的提出源于 20世紀(jì) 50年 代世界宇航技術(shù)的發(fā)展 ,這一概念的廣泛接受是和人類(lèi)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及對(duì)安全文化的認(rèn)識(shí)密切相連的 ,是人類(lèi)在生產(chǎn)、生活實(shí)踐的發(fā)展過(guò)程中 ,對(duì)事故由被動(dòng)接受到積極事先預(yù)防 ,以實(shí)現(xiàn)從源頭杜絕事故和人類(lèi)自身安全保護(hù)需要 ,在安全認(rèn)識(shí)上取得的一大進(jìn)步。狹義的概念指的是通過(guò)設(shè)計(jì)手段使生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品性能本身具有防止危險(xiǎn)發(fā)生的功能 ,即使在誤操作的情況下來(lái)說(shuō)也不會(huì)發(fā)生事故。廣義的角度來(lái)說(shuō)就是通過(guò)各種措施（包括教育、設(shè)計(jì)、優(yōu)化環(huán)境等）從源頭上堵住事故發(fā)生的可能性 ,即利用科學(xué)技術(shù)手段使人們生產(chǎn)活動(dòng)全過(guò)程實(shí)現(xiàn)安全無(wú)危害化 ,即使出現(xiàn)人為失誤 或環(huán)境惡化也能有效阻止事故發(fā)生 ,使人的安 5 全健康狀態(tài)得到有效保障。 瓦斯監(jiān)測(cè)的重要意義 從每年的事故統(tǒng)計(jì)中來(lái)看 ,煤礦發(fā)生一次死亡 10 人以上的特大事故中 ,絕大多數(shù)是由于瓦斯爆炸 ,約占特大事故總數(shù)的 70%左右。我國(guó)目前國(guó)有重點(diǎn)煤礦大多數(shù)屬于瓦斯礦井 ,其中高瓦斯礦井和突出礦井占全國(guó)礦井總數(shù)的44%。因此 ,預(yù)防、控制瓦斯爆炸事故 ,是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。瓦斯防治是煤礦安全工作的重中之重 ,必須采取有利措施 ,有效防治煤礦重特大瓦斯事故的發(fā)生 ,以確保煤礦的安全生產(chǎn)。礦井瓦斯的爆炸必須具備以下 3 個(gè)條件：①瓦斯?jié)舛取?當(dāng)空氣中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 5%～ 16%時(shí) ,就達(dá)到爆炸濃度 ,也稱(chēng)爆炸界限。在瓦斯?jié)舛鹊陀?5%時(shí) ,由于參加化學(xué)反應(yīng)的瓦斯較少 ,不能形成能量積聚 ,因此不會(huì)爆炸。濃度在 5%～ %時(shí) ,瓦斯威力逐漸增強(qiáng) 。在濃度為 %時(shí) ,因空氣中的全部瓦斯和氧氣都能參加反應(yīng) ,所以這時(shí)的爆炸威力最強(qiáng)。②一定的引火溫度。點(diǎn)燃瓦斯所需的最低溫度 ,稱(chēng)為引火溫度。在空氣中瓦斯的引火溫度是 650～ 750℃。明火、煤炭自燃、電氣火花、熾熱的金屬表面、爆破等都能引起瓦斯爆炸。③氧氣的濃度。氧氣的作用是助燃 ,當(dāng)空氣中氧氣的濃度超過(guò) 12%時(shí) ,瓦斯就能爆 炸 ,這是最容易獲得的條件 ,因?yàn)樵谡ＭL(fēng)風(fēng)流中氧氣的濃度通常大于 20%。 瓦斯爆炸事故的防治是煤礦安全工作的一個(gè)系統(tǒng)工程 ,除了完善可靠的安全裝備和采取有效的措施外 ,還應(yīng)加強(qiáng)安全管理和安全監(jiān)督 ,重視員工安全意識(shí)的培養(yǎng)。在生產(chǎn)實(shí)踐中 ,我們應(yīng)不斷的研究、探索 ,進(jìn)行防范和治理 ,保證煤礦的安全生產(chǎn)。煤礦企業(yè)要加大瓦斯管理投入 ,拿出資金 ,進(jìn)行瓦斯治理與監(jiān)控及其他安全問(wèn)題的研究 ,以尋求科學(xué)合理的防治措施 ,保障煤礦安全狀況得到改善。另外瓦斯又是一種優(yōu)良的資源 ,相信一定可以把目前單純的瓦斯災(zāi)害防治逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橥咚怪卫砗烷_(kāi)發(fā)利用 相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)體系。 6 第 2 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 圖 21 總體框圖 單片機(jī)通過(guò) A/D 采集電壓信號(hào) ,再通過(guò)軟件判斷電壓的值來(lái)判斷是否超過(guò)上限或低于下限。還要通過(guò)液晶把電壓值、當(dāng)前時(shí)間顯示出來(lái) ,通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)鐘。 主要模塊硬件設(shè)計(jì) 7 單片機(jī)部分的設(shè)計(jì) （ 1）單片機(jī)部分： 單片機(jī)選用 STC89C52。 STC89C52 的簡(jiǎn)介： STC89C52 是一種低功耗 ,高性能的 CMOS8 位微處理器 ,內(nèi)部有 8K字節(jié)的閃速 PEROM ,該芯片采用 ATMEL 公司高密 度、非揮發(fā)性存儲(chǔ)器工藝制成且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 系列的引腳及指令兼容 ,FLASH 系列存儲(chǔ)器為快速擦寫(xiě)存貯器。相對(duì)于 MCS51 系列芯片而言 ,其特點(diǎn)如下 ： ① 可擦寫(xiě) 1000 次 ② 全靜態(tài)操作： 0Hz.～ 24MHz ③ 32 根可編程 I/O 口線(xiàn) ④ 內(nèi)部 RAM 為 256 字節(jié) ⑤ 三個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ⑥ 6個(gè)中斷源 STC89C52 有 40 個(gè)引腳 ,32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口 ,同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口 ,3 個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口 ,2 個(gè)讀寫(xiě)口線(xiàn) ,STC89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,也可以在線(xiàn)編程。其將通用的微處理器和 Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起 ,特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。 （ 2） STC89C52 芯片的管腳、引線(xiàn)與功能 引腳信號(hào)介紹： EA 訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)：當(dāng) EA 信號(hào)為低電平時(shí) ,對(duì) ROM 的讀操作限 定在外部程序存儲(chǔ)器；而當(dāng) EA 信號(hào)為高電平時(shí) ,則對(duì) ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始 ,并可延至外部程序存儲(chǔ)器。 ALE 地址鎖存控制信號(hào)：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí) ,ALE 用于控制把 P0 口輸出低 8 8 位地址鎖存起來(lái) ,并可延至外部程序存儲(chǔ)器。 圖 22 STC89C52 芯片圖 （ 3）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào) ,而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路 ,為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn) ,電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制 下嚴(yán)格地作。 時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器 ,其輸入端為芯片引腳 XTAL1,其輸出端為引腳 XTAL2。而在芯片的外部 ,XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容 ,從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 電容器 C1 和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振 ,電容值的范圍在 5pF∽30pF,典型值為 30pF。晶振的頻率通常選擇兩種 6MHz 和 12MHz。只要在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接晶體振蕩器就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。時(shí)鐘振蕩電路如圖 所示。 9 （ 4）復(fù)位電 路設(shè)計(jì) 復(fù)位電路是使單片機(jī)的 CPU 或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài) ,并從這上狀態(tài)開(kāi)始工作。