论文部分内容阅读
摘要： 主要介绍监测传感器的选用方法，以及无纸记录仪在避灾硐室监测系统中的应用。
关键词： 无纸记录仪；传感器；plc
中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120010－01
为切实提高我矿整体救灾能力，根据《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》其中强调要在3年内强制推行包括紧急避险系统在内的6大系统。国家安全监管总局国家煤矿安监局发出的“关于建设完善煤矿井下安全避险‘六大系统’的通知”中，再次强调了对避难硐室的建设。本单位针对我矿山的实际情况，在井下-390中段修建避灾硐室。
我们在这个项目中主要负责避灾硐室的通讯、监测监控的上传、避灾硐室内的人机定位系统，因此传感器的可靠性与通讯的可靠性是我们主要考虑的问题。
1 传感器的选型
现在市面上的传感器在原理与结构上千差万别，我们必循根据具体的测量对象、想要达到的目的以及测量环境正确地选用传感器，是在进行某个量的测量时首要解决的问题。测量结果的准确程度，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1.1 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
在避灾硐室中我们主要监测温度、氧气、湿度、一氧化碳、二氧化碳、负压等。我们必须要保证传感器的可靠性与稳定性，能够有较强的使用能力，能经受长期的考量。因此必须能防尘、防水、有清晰醒目的数字显示窗口、易于调节。传感器应具有声光报警功能，且报警点应能在测量范围内任意设置，报警点与设定值的差值应不大于±0.05kPa，声信号响度在距其1m远处应不小于80dB（A），光信号应能在20m远处清晰可见[1]。
1.2 灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的厂扰信号。传感器的信号引出方式应受外界干扰小，不应有明显的扰动，因此我们考虑选用频率信号[2]。
1.3 精度
精度是传感器的一个重要的性能指针，但是由于精度越高价格越贵，所以我们只需选用精度等级符合我们的要求的传感求就可以，因此我们考虑选用基本误差在±2%范围内的就可以[3]。
根据上述条件我们基本划定了几家专业生产厂商。
2 数据上传与通讯
应选用一种智能化多功能化，适用于对各种过程数据进行监测、记录、控制、数据远传等功能。现在考察其他矿山有大多数应用plc进行数据采集与上传[4]。plc在工矿企业广泛的应用，plc具有以下优点：
2.1 开关量的逻辑控制功能
它已经取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备控制，也可用于自动化流水线的作业。
2.2 模拟量控制
在工矿企业生产过程当中，有许多连续变化的量如压力、温度、液位、流量和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
2.3 运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
2.4 过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
2.5 数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
2.6 通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
综上所述，PLC的功能十分强大，但具体到监测监控系统中，适合这个系统么？plc可以接收模拟量信号，但必须要增加模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换模块，在硬件上的成本会有很多的增加，在程序的实现上，也增加了一定的难度。功能的浪费，只需要对数据进行采集与转发，不需要对数据进行任何的处理。再次，如果应用PLC的话，我们在现场要增加HMI人机界面，无疑上面的几点会增加工程的成本。那么会有一种安全、可靠，能够接收各种信号，且带有显示功能的产品供我们选择么？因此，无纸记录仪进入了我们的视线。
无纸记录仪是将工业现场的各种需要监视记录的输入信号通过微机处理器进行数据处理，一方面在液晶显示屏幕上以多种形式的画面显示出来，另一方面把这些监测信号的数据存放在大容量存储芯片中，可以采用多种通讯协议可与上位机进行数据传输，实现记录数据的集中管理[5]。
它的主要特点如下：
1）多路输入输出通道。输入通道：全可切、全隔离信号，Dc24v馈电输出通道，继电器输出通道。
2）多功能的顯示画面。现大多采用彩色液晶显示板，可集中显示中文菜单、测量计算数值、工程单位、过程曲线、百分比棒图、历史追忆、输出和报警情况。
3）便捷的操作界面。快捷的中文菜单，提示用户主机完成参数设定。可提供需要显示的组合参数。
4）高容量的存储空间。内置大容量存储器，还可以通过外置大容量FLASH存储对数据进行备份。
确定设备后，整个系统图就已经搭建出来。系统图如下：
总的来说本单位在-390避灾硐室采用上述设备进行监测监控，现运行稳定可靠，维护方便简单。相比plc系统的搭建，结构简单，且费用低廉。不必构建较复杂的设备，且在现场可以查看实施的，并存储在无纸记录仪中，还可通过移动存贮设备进行转存。
参考文献：
[1]郑彦平、王福平，传感器技术谈[J].西北民族学院学报（自然科学版），2000年，03期.
[2]潘小青、刘庆成，气体传感器及其发展[J].东华理工学院学报（自然科学版），2004年，01期.
[3]毛静英、钱海潮、茅国炬，气体传感器在环境监测中的应用[J].环境污染与防治，1984年，02期.
[4]王金凤，关于CO气体检测仪器的分析[A].农业机械化与全面建设小康社会——中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C].2003年.
[5]魏翠琴、张建斌，PLC和无纸记录仪在纯净水处理控制系统中的应用[J].湖州职业技术学院学报，2011年，03期
关键词： 无纸记录仪；传感器；plc
中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120010－01
为切实提高我矿整体救灾能力，根据《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》其中强调要在3年内强制推行包括紧急避险系统在内的6大系统。国家安全监管总局国家煤矿安监局发出的“关于建设完善煤矿井下安全避险‘六大系统’的通知”中，再次强调了对避难硐室的建设。本单位针对我矿山的实际情况，在井下-390中段修建避灾硐室。
我们在这个项目中主要负责避灾硐室的通讯、监测监控的上传、避灾硐室内的人机定位系统，因此传感器的可靠性与通讯的可靠性是我们主要考虑的问题。
1 传感器的选型
现在市面上的传感器在原理与结构上千差万别，我们必循根据具体的测量对象、想要达到的目的以及测量环境正确地选用传感器，是在进行某个量的测量时首要解决的问题。测量结果的准确程度，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1.1 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
在避灾硐室中我们主要监测温度、氧气、湿度、一氧化碳、二氧化碳、负压等。我们必须要保证传感器的可靠性与稳定性，能够有较强的使用能力，能经受长期的考量。因此必须能防尘、防水、有清晰醒目的数字显示窗口、易于调节。传感器应具有声光报警功能，且报警点应能在测量范围内任意设置，报警点与设定值的差值应不大于±0.05kPa，声信号响度在距其1m远处应不小于80dB（A），光信号应能在20m远处清晰可见[1]。
1.2 灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的厂扰信号。传感器的信号引出方式应受外界干扰小，不应有明显的扰动，因此我们考虑选用频率信号[2]。
1.3 精度
精度是传感器的一个重要的性能指针，但是由于精度越高价格越贵，所以我们只需选用精度等级符合我们的要求的传感求就可以，因此我们考虑选用基本误差在±2%范围内的就可以[3]。
根据上述条件我们基本划定了几家专业生产厂商。
2 数据上传与通讯
应选用一种智能化多功能化，适用于对各种过程数据进行监测、记录、控制、数据远传等功能。现在考察其他矿山有大多数应用plc进行数据采集与上传[4]。plc在工矿企业广泛的应用，plc具有以下优点：
2.1 开关量的逻辑控制功能
它已经取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备控制，也可用于自动化流水线的作业。
2.2 模拟量控制
在工矿企业生产过程当中，有许多连续变化的量如压力、温度、液位、流量和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
2.3 运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
2.4 过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
2.5 数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
2.6 通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
综上所述，PLC的功能十分强大，但具体到监测监控系统中，适合这个系统么？plc可以接收模拟量信号，但必须要增加模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换模块，在硬件上的成本会有很多的增加，在程序的实现上，也增加了一定的难度。功能的浪费，只需要对数据进行采集与转发，不需要对数据进行任何的处理。再次，如果应用PLC的话，我们在现场要增加HMI人机界面，无疑上面的几点会增加工程的成本。那么会有一种安全、可靠，能够接收各种信号，且带有显示功能的产品供我们选择么？因此，无纸记录仪进入了我们的视线。
无纸记录仪是将工业现场的各种需要监视记录的输入信号通过微机处理器进行数据处理，一方面在液晶显示屏幕上以多种形式的画面显示出来，另一方面把这些监测信号的数据存放在大容量存储芯片中，可以采用多种通讯协议可与上位机进行数据传输，实现记录数据的集中管理[5]。
它的主要特点如下：
1）多路输入输出通道。输入通道：全可切、全隔离信号，Dc24v馈电输出通道，继电器输出通道。
2）多功能的顯示画面。现大多采用彩色液晶显示板，可集中显示中文菜单、测量计算数值、工程单位、过程曲线、百分比棒图、历史追忆、输出和报警情况。
3）便捷的操作界面。快捷的中文菜单，提示用户主机完成参数设定。可提供需要显示的组合参数。
4）高容量的存储空间。内置大容量存储器，还可以通过外置大容量FLASH存储对数据进行备份。
确定设备后，整个系统图就已经搭建出来。系统图如下：
总的来说本单位在-390避灾硐室采用上述设备进行监测监控，现运行稳定可靠，维护方便简单。相比plc系统的搭建，结构简单，且费用低廉。不必构建较复杂的设备，且在现场可以查看实施的，并存储在无纸记录仪中，还可通过移动存贮设备进行转存。
参考文献：
[1]郑彦平、王福平，传感器技术谈[J].西北民族学院学报（自然科学版），2000年，03期.
[2]潘小青、刘庆成，气体传感器及其发展[J].东华理工学院学报（自然科学版），2004年，01期.
[3]毛静英、钱海潮、茅国炬，气体传感器在环境监测中的应用[J].环境污染与防治，1984年，02期.
[4]王金凤，关于CO气体检测仪器的分析[A].农业机械化与全面建设小康社会——中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C].2003年.
[5]魏翠琴、张建斌，PLC和无纸记录仪在纯净水处理控制系统中的应用[J].湖州职业技术学院学报，2011年，03期