除尘管道内的火花探测与报警系统研究

论文摘要

除尘器中的粉尘爆炸防护一直是国内外粉尘防爆领域重点研究的对象之一。引起除尘器中火灾和爆炸的因素有很多,其中一个很重要的因素就是由于火花通过除尘管道进入除尘器中,若不进行探测就可能会下被粉尘覆盖,在密闭的除尘器中很容易满足粉尘爆炸的条件从而引发火灾甚至爆炸。因此,设计针对除尘管道的火花探测与报警系统,在火灾的初期将火花熄灭是当前工业领域需要迫切解决的实际问题。本课题针对除尘管道的特点,深入研究国外各种火花传感器,设计了一套完整的火花探测与报警系统。本课题首先建立起了管道内火花探测的数学模型,用MATLAB分析量化了影响火花探测辐照度的各种因素。完成了基于PIN硅光电二极管的放大电路设计,实现了光电转换和电压脉冲转换为核心思想的传感器设计。设计了基于TMS320F2812的下位机系统控制电路,可以将传感器信号进行有效采集和处理,在检测到有效的火花时可以进行声光报警。设计实现了下位机与上位机进行通信的接口电路并为后续的熄灭系统开发预留了接口电路。在CCS3.3下开发完成了传感器信号的采集处理程序。完成了基于Modbus的TMS320F2812与MCGS触摸屏驱动程序开发,可以有效实现触摸屏发送帧的接收、解析和应答。设计了基于MCGS嵌入版触摸屏的上位机软件系统,可以实现与下位机DSP系统的实时通信。通过对触摸屏的操作可以实时监控下位机的报警信息和系统信息。具有不同的管理权限可以实现分权限火花探测与报警系统操作。设计了模拟除尘管道火花产生和运动的实验平台,可基于此平台进行了火花探测与报警系统的实验验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 粉尘爆炸产生的条件及危害
• 1.1.2 粉尘爆炸的预防方法
• 1.1.3 除尘系统粉尘中的粉尘爆炸
• 1.1.4 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 除尘管道内火花探测理论及技术概述
• 1.4 课题主要研究内容及结构安排
• 第2章 火花传感器设计基础理论及原理
• 2.1 本章引言
• 2.2 辐射的基本知识简介
• 2.2.1 红外辐射的基本概念
• 2.2.2 辐射的基本定律
• 2.3 除尘管道内火花探测的数学模型
• 2.3.1 除尘管道内火花探测数学模型建立
• 2.3.2 除尘管道内火花探测数学模型的MATLAB数值分析
• 2.4 PN光电二极管原理及选择
• 2.5 PN光电二极管放大电路设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 系统硬件电路设计
• 3.1 本章引言
• 3.2 传感器电路设计及参数确定
• 3.3 系统控制电路方案实现
• 3.3.1 系统控制芯片介绍及实现
• 3.3.2 串行通信电路实现
• 3.3.3 SD卡电路实现
• 3.3.4 声光报警设备电路实现
• 3.3.5 喷水控制阀及其它电路预留接口
• 3.3.6 其他通信电路实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于MODBUS的通信实现与触摸屏的软件设计
• 4.1 本章引言
• 4.2 MCGS触摸屏及Modbus协议概述
• 4.2.1 MCGS触摸屏简介
• 4.2.2 Modbus协议简介
• 4.3 MCGS的ModbusRTU驱动构件程序编写
• 4.3.1 驱动选择和添加
• 4.3.2 驱动设置
• 4.3.3 驱动设备调试
• 4.4 上位机软件系统主要功能实现
• 4.4.1 主控窗口设计
• 4.4.2 设备窗口设计
• 4.4.3 实时数据库设计
• 4.4.4 运行策略设计
• 4.4.5 用户窗口设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统调试及实验
• 5.1 本章引言
• 5.2 传感器部分实验调试
• 5.2.1 实验光源设计
• 5.2.2 传感器调试验证及阈值确定
• 5.2.3 传感器整体结构
• 5.3 DSP部分实验调试
• 5.3.1 软件程序流程图
• 5.3.2 硬件调试
• 5.4 系统整体结构及实验平台介绍
• 5.4.1 系统整体结构介绍
• 5.4.2 系统实验平台介绍
• 5.5 实验验证
• 5.6 本章小结
• 第6章 课题结论与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢