堆场粉尘污染源自动监控系统设计毕业设计(编辑修改稿)

堆场粉尘污染源自动监控系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

为单片机核心 及各个部件提供电源， 本系统采用的是三端稳压器制成的电源，此方案输出电流精度高 ， 且简单实用。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 12 粉尘监测 粉尘浓度测量在微粒测试技术中具有十分重要的作用。 经过多年研究 ,目前国内外科研人员已开发出各类测量方法及相应的测尘仪器 ,大致可分为两类 ,其原理分别基于取样法和非取样法。 图 31 为粉尘浓度测量方法。 粉尘浓度测量方法取样法非取样法传 统 取 样 法压 电 振 动 法β 射 线 法超 声 衰 减 法串 级 式 冲 击 法黑 度 法光 散 射 法光 透 射 法M E S B 法 图 31 粉尘浓度测量方法 表 31 为取样法与非取样法的比较。 表 31 取样法与非取样法的比较 取样法 非取样法 定义 从待测区域中抽出部分具有代表性的含尘气样并送入随后的分析测量系统来测量粉尘浓度与粒径的方法 测量时不用取样而是利用粉尘的物理光学等特性直接测量粉尘浓度及粒径的方法 测量原理 简单 较复杂 测量周期 长 短 自动化程度 低 高 测试准确度 低 高 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 13 是否干扰测量场 是 否 其他 粉尘的分散度对测量结果无影响 ； 可对粉尘样品作进一步物理化学分析 粉尘的分散度等自身参数影响测量结果 ,测量中需标定参数 从表 31 可看出 , 煤矿粉尘浓度测量的主流方法应该是非取样法。 这是因为非采样法具有测量周期短、测试准确度高的优点。 而非采样法也正是煤矿粉尘测量的主要办法。 非采样法主要包括黑度法、光透射法、光散射法等。 电容法的测量原理简单，但电容测量值与浓度之间并非一一对应的线性关系，电容的测量值易受相分布及流型变化的影响，导致较大的测量误差； β射线法虽然测量准确，但需要对粉尘进行采样后对比测量，很难实现粉尘浓度的在线监测；超声波法、微波法测量粉尘浓度还处于试验研究阶段，市场上成型产品较少。 目前市场上主要采用光散射法、光吸收法、摩擦电法进行粉尘浓度在线监测，形成的产品较多，并成功地应用于 堆场 粉尘浓度测量和煤矿井下粉尘浓度测量上。 图 32 光散射法结构原理图 光散射法原理：含尘气流可以认为是空气中散布着固体颗粒的气溶胶，当光束通过河南理工大学毕业设计（论文）说明书 14 含尘空气时，会发生吸收和散射，从而使光在原来传播方向上的光强减弱，粉尘浓度传感器就是通过探测变化的光号，经过换算而实现 粉尘浓度测量的，其结构原理如图 32所示。 采用光散射法测量空气中的粉尘浓度，具有快速、简便、连续测量的特点。 本 系统 使用的 GCG500 型粉尘浓度传感器，采用光散射原理直接测量总粉尘浓度，测定数据就地显示，同时输出堆煤场粉尘监测监控系统相适应的频率、电流信号（二中信号任选一种），供监测系统处理，是固定安装在作业场所的监测仪器。 该传感器 主要由光源、光电转换器、粉尘测量系统、抽气系统、粉尘过滤器和控制电路组成。 特点：测量快速准确、灵敏度高、性能稳定、粉尘散射比例系数可设定、直接显示粉尘质量浓度。 工作原理：含尘气流在薄膜泵的作用下，通过淘析型吸尘口进入光散射检测暗室，激光光源照射含尘气流，探测器探测粉尘的散射光强，散射角 90℃ ，在粉尘性质一定的条件下，粉尘的散射光强度正比于粉尘浓度。 C=K178。 I (31) 式中 C粉尘浓度 ， mg/m3； I激光光强； K光散射比例系数。 GCG500 粉尘浓度传感器 外观如图 33 技术指标为： 图 33 粉尘浓度传感器外观 总粉尘浓度测量范围： ~500mg/m3 测量误差： 177。 15% 输出信号： 200HZ~000HZ、 1mA~5mA 采样流量： 2L/min 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 15 工作电压： 12V~24V DC(本安电源 ) 防爆型式： Exib I 矿用本安型 外形尺寸： 265mm179。 200mm179。 190mm 重 量： 10k 粉尘治理 堆煤 场 扬尘原因 及降尘 堆煤场作用为储存从煤矿运来的原煤，一般情况，堆煤场现场作业设备包括 2 台斗轮机、 2 条输煤皮带及 2 条斗轮机运行铁轨。 煤矿来煤一部分直接进入选煤系统，而大部分来煤要通过斗轮机的装卸作业进出堆煤场，而且大量来煤囤积滞留在堆煤场中。 根据其作业特点，储煤场起尘的主要原因包括：煤堆受风力扰动起尘；斗轮机装卸煤炭起尘；斗轮机落料口密闭不严及落差起尘。 粉尘飘逸治理 将堆煤场喷雾降尘系统与消防管道统一布置。 在储煤场周边，每隔 20 米安装一个冬夏两用可旋转喷雾箱，形成两路喷雾降尘系统， 喷枪安装在可以自由旋转 360176。 的回转机构上，可以任意调整喷枪的喷雾姿态， 使整个储煤场都处于喷雾降尘的作用范围之内，使其喷射出来 的雨雾形成一堵完整的水雾幕墙，彻底阻止粉尘飘向厂区和居民区，喷出的雨雾以一定速度落在储煤场上，通过雨雾对煤粉的包络作用和重力压制，使得粒径在较细的煤粉在飞扬升空不到 10m 的距离之内就被有效地沉降在储煤场表面。 堆煤场 的两台斗轮机在堆料、取料过程中产生的粉尘也非常大，根据其工作状态，使用水喷雾降尘系统，既满足降尘的要求，又符合经常移动和进行俯仰的工作特点。 具体技术方案为 ： 考虑到斗轮机经常进行移动和俯仰的作业特点，设置可自动伸缩软管供水卷盘，应用软管对斗轮机前端的作业面进行喷雾除尘。 在斗轮前部作业的位置及下部交叉布置 2 排喷嘴，使喷出的压力水完全覆盖取料、堆料点，以及煤堆的表面，从而压制其作业时产生的粉尘。 的治理 将落料口进行密封改造，制止落料溢尘。 导料槽前、后端加装密封挡尘箱，阻止粉尘外溢。 将导料槽后端延长，在延长导料槽的中间位置安装布袋除尘器。 除尘器吸风口为两个，一个是后端的直接吸风口对导料槽后端进行吸尘，另一个是在除尘器侧面设置河南理工大学毕业设计（论文）说明书 16 的侧 面 吸风口对密闭的导料槽前端进行侧吸风。 保证整个导料槽的负压状态。 彻底解决导料槽正压诱导风造成的粉尘外溢。 喷雾降尘 喷雾降尘设计依据 高压喷雾降尘装置的降尘机理是雾滴对粉尘碰撞、拦截和捕获，使雾滴与尘粒凝聚，密度增加而加快沉降。 高压水雾速度高，喷嘴出口处的水雾速度达 20~30m/s，有效与粉尘颗粒碰撞、凝固；水雾颗粒小，大部分水雾颗粒控制在 50μm左右，最小为 20~30μm，最大为 100150μm，小水雾容易沉降对人体危害严重的呼吸性粉尘；水雾的分散性好、覆盖面大，有利于提高粉尘与水雾的碰撞几率；水雾的电离子数量明显增加，其与粉尘颗粒的电荷产生相应的电荷效应，增强了粉尘颗粒的吸附性能而凝固沉降。 由水雾降尘性能参数： 水雾颗粒 分散度 、水雾颗粒 运动速度、雾流几何形状与压力的关系，可知压力与 水雾颗粒 的降尘性能有很大的关系，压力越大 水雾颗粒 越小，速度越快，雾流体积越大。 根据截获的降尘机理和凝集扩散及其他机理得出粉尘直径和 水雾颗粒 直径之间最佳的对应关系可依据下式： 𝑑0 = 𝑑1 ρv/(18σμ) 式中 𝑑1—— 现场占比例最大的粉尘的直径； ρ−−粉尘密度； v −−气流 速度； σ−−空气粘度系数； μ− −水的粘度； 𝑑0 −−最佳的雾粒直径。 粉尘呈对数正态分布，雾滴直径呈正态分布。 如果测量出现场的粉尘直径，及粉尘密度，可由此公式确定最佳的雾粒直径。 由降尘机理知 水雾颗粒 直径是影响降尘效果的主要因素，水滴小在空气中分布的密度就大，与矿尘的接触机会就多， 降尘 效果越好。 但如果水滴直径太小，与尘粒接触，尘粒的重量增加不大，难以在空气中沉降下来，同时水分也被风流带走和蒸发，不利捕尘。 根据经验及测定，初步确定最佳雾粒的直径在50150μm之间。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 17 高压喷雾系统 高压喷雾降尘系统的设备组成 如图 34， 性能参数 如下 ： 控 制 器电 动球 阀过 滤 器 水 泵手 动球 阀雾 化喷 头电 磁 起动 器粉 尘 传感 器水 源 图 34 高压喷雾降尘系统 喷雾 降尘装置主要由电动球阀、过滤器、手动阀和 水泵 、喷嘴组成。 电动球阀是由球体旋转而控制水路的电动阀门，它由数字逻辑控制电路、方向控制电路、电流采样控制电路和工作状态指示电路等组成。 当粉尘浓度超过设定的限值时，传感器输出的控制信号被电动球阀接收，由电流采样控制电路检测球阀的工作位置，控制球阀的开启与关闭。 过滤器的作用是过滤供给喷嘴的水流，保护喷嘴不被堵塞。 传感器可以通过粉尘浓度控制设备开停。 当主机接收到传感器的信号后，发出控制信号到控制器、电动阀，控制器启动电机电源闭合，电动阀控制水量，同时加压泵启动，管路升压，喷头可以设置多个不同型号喷嘴，调节喷雾效果。 喷枪型号为美国产 SR20024176。 型喷枪 ,材质为铝合金 ,喷嘴口径为 ,喷枪口水压为 10kg/cm时 ,流量为 ,喷淋半径为 85m~90m, 喷射角度为 24176。 ,喷淋范围为 0176。 ~345176。 水泵型号为 D280— 43179。 3流量 :280m3/h,扬程 :114m,配用电机型号 : Y315— 4,电机功率 :160kW。 电磁阀型号为 800 系列 ,最大工作压力 ,电源为 AC 24V,50Hz,接口为 G4 号法兰 , 阀体材质为铸铁。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 18 4 系统 硬件设计 单片机最小系统设计 AT89 系列单片机和 MCS51 单片机在内部功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。 由于 AT89 系列单片机继承了 MCS51 的原有功能，内部含有大容量的 Flash 存储器，又增加了新的功能，如看门狗定时器 WDT/ISP 及 SPI 串行接口技术等，并且该系列单片机在 国内 资料介绍较多、资料比较齐全，其本身性能价格比较高，所以本设计选用AT89S 系列单片机。 由于 AT89S52 系列单片机较之 51 系列单片机，集成度高、速度快、功耗低。 AT89S52 是一种低功耗、 高性能 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 在线系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适用于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供 高灵活、 高效率 的解决方案。 AT89S52 单片机的主要性能如下： ★ 8 为字长的 CPU； ★可在线 ISP 编程的 8KB 片内 FLASH 存储器； ★ 256B 的 32 根 I/O 口线（ P0~P3）； ★ ~ 电压操作范围； ★三个可编程 16 位定时 /计数器； ★双数据指针 DPTR0 和 DPTR1； ★具有 8 个中断源、 6 个中断矢量、 2 级优先权的中断系统； ★可在“空闲”和“掉电”两种低功耗方式运行； ★ 3 级程序锁定位； ★全双工的 UART 串行通信口； ★ 1 个看门狗定时器 WDT； ★具有断电标志位 POF； ★振荡器和时钟电路的全静态工作频率为 0~30MHZ； ★与 MCS 51 单片机完全兼容。 单片机系统是整个数控系统的核心部分，它主要用于键盘按键管理、数据处理、实时采样分析系统参数及对各部分反馈环节进行整体调整。 单片机加上适当的外围器件和河南理工大学毕业设计（论文）说明书 19 应用程序，构成的应用系统成为最小系统。 主要包括 AT89S52 单片机、时钟电路、复位电路、 地址锁存器 74LS37并行 I/O 口芯片 8155 等器件。 （ 1）时钟电路设计 AT89S52 单片机内部带有时钟电路，因此，振荡电路较简单，只需要 在片外通过 XTAL1 和 XTAL2 引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。 本设计选择的内部振荡电路的外部电路如图 41 所示。 振荡频率为 12MHz，时钟发生器是一个 2 分频触发器电路，它将振荡器的信号频率 fosc 除以 2，向 CPU 提供了两相时钟信号。 ADC0809 正常工作需要提供 10KHZ~1280KHZ 范围的外部时钟，如果单独设计时钟产生电路，会增加电路的复杂程度。 AT89S52 单片机的地址锁存器允许信号 ALE 输出频率为 系统频率的 1/6，经 D 触发器二分频后可获得 1/12 系统时钟频率。 如果单片机时钟频率采用 12MHZ，则 ALE 引脚的输出频率为 2MHZ， 再二分频后为 1MHZ，符合 ADC0809 对时钟频率的要求。 如果单片机的时钟频率为 6MHZ，虽然二分频后得。