矿安全监测系统.DOC

第二章 煤矿安全监测系统 第一节 概述 1983-1985年，我国从欧美国家引进了数十套矿井监测系统，如采用实线传输的法国CTT63/40系统、波兰CMC-1系统、CMM-20系统；采用频分制传输的德国TF-200系统；采用时分基带传输的英国MINOS系统；以及采用时分移频监控FSK调制的美国DAN6400系统。“七五”期间，我国引进、消化国外技术生产了TF200系统，同时自主开发了KJ4、KJ2、KJ22、A1、等系统并推向煤矿市场。“八五”、“九五”期间，对原有监测系统不断进行完善改造，软件升级，同时开发了新型监控系统，部分新开发系统的主要技术特点见表6-2-1-1。 表6-2-1-1 煤矿监测系统技术特点一览表 系统名称 KJ90 KJ92 KJ95 KJF2000 KJ54 开发生产单位 煤科总院 重庆分院 上海嘉力公司 常州自动化所 煤科总院 抚顺分院 煤科总院重庆分院 系统容量* 128 128 255 64 64 传输制式 时分基带、DPSK调制 时分基带 时分基带光纤CMI半双工 FSK调制 时分基带 传输速率bps 2400 1200 1200光纤300-2400 1200 1200 电缆芯数 4芯 2芯 2芯 4芯 传输距离（km） 20 10 15 15 15 井下分 站* 模拟量输入 2/4/8 8 8/16 1/3/4/8 1/2/4/8 开关量输出 2/4/8 8 6 1/4/5/8 1/2/4/8 模拟量传感器信号制 1-5mA 4-20ma 200-100Hz 200-1000Hz 200-1000Hz 200-1000Hz 1-5V 1-5mA 4-20mA 200-1000Hz 1-5mA 分站功能设置 手动 手动 手动 自动 手动 免编程 无 无 无 有 无 分站种类 KFD-2 8路 KFD-3 4路 KFD-3B 2路 KJF16通用 KHJ4风电闭锁 KJ2012D智能分站，串行扩展成64路 KJFT-通用 KJFT-2基本型 KJFW-1瓦斯专用 KJFJ-1火灾基站 KJF54-F 8路 KJF54-F4 4路 KJF54-F2 2路 第二节 KJ90型煤矿综合监控系统 一、主要用途、功能和特点 （一）主要用途、功能 KJ90型煤矿综合监控系统主要用于煤矿行业安全生产现场的监测监控，它是以工业控制计算机为中心的集环境安全、生产监控、信息管理、工业图象监控和多种子系统为一体的分布式全网络化新型煤矿综合监控系统，以其技术的先进性和实用性深受煤矿用户的欢迎，是我国目前推广应用较多，具有一定影响的煤矿监控系统之一。同时该系统在交通隧道、石油天然气及环保领域也得到了较好应用。 KJ90型煤矿综合监控系统能在地面中心站连续自动监测矿井各种环境参数、生产工况及图象并实现网上实时信息共享和发布，每天输出监测报表、对异常状况实现声光报警和超强断电控制。该系统除具有煤矿监控系统的通用功能外,还具有其自身的一些特点。 （二）主要特点 1、系统地面中心站监控软件采用模块化面向对象设计技术，网络功能强、集成方式灵活，可适应不同规模需求。 2、支持WINDOWS9X/NT/WEB环境，操作简单直观，容错能力强。 3、具有独特的三级断电功能，可进行传感器就地断电、 分站程控断电、中心站手控断电和分站之间的交叉断电。 4、具有数据密采功能、允许多点同时密采，最小实时数据存储间隔可达1S。 5、可挂接火灾监测子系统、瓦斯抽放监测子系统、电网监测子系统、工业电视系统等，便于统一管理。 6、具有实时多屏多画面显示，最多可带16台显示器，屏幕显示方式可由用户设置组合成不同结构，并可配接大屏幕液晶投影系统。 7、地面中心站监控信息和工业监控图象可通过射频和视频驱动系统进入闭路电视系统。 8、网络终端，可在异地实现监控系统的实时信息和文件共享，网上远程查询各种监测数据及报表，调阅显示各种实时监视画面等。 9、多种类型的分站可独立工作，自动报警或断电。可自动和手动初始化，具备风电瓦斯闭锁功能。 10、井下监控分站具有就地手动初始化功能（采用红外遥控方式进行）、当分站掉电后、初始化数据不丢失;当井下分站与地面中心站失去联系时，分站可自动存储2h的数据。 11、监视屏幕显示生动，具有多窗口实时动态显示能力，显示画面可有由用户编排交互能力强。 12、有强大的查询及报表输出功能，可以数据、曲线、柱图方式提供班报、日报、旬报，报表格式可由用户自由编辑。 13、查询可同时显示六个测点的曲线并可通过游标获取相应的数值及时间，显示曲线可进行横向或纵向放大。查询时间段可任意设定1h～30d。同时提供有对曲线的分析、注释文字编辑框。 14、断电控制具有回控指令比较，可确保可靠断电，当监测到馈电状态与系统发出的断电指令不符时，能够实现报警和记录。 15、完善的密码保护体系，只有授权人员才能对系统关键数据进行操作维护。 （三）数据传输装置 KJ9010型数据传输装置是系统的一个重要部分，用来实现地面中心站监控主机与井下分站之间的电气本安隔离及信号转换，它既支持时分制基带，也可为DPSK方式通讯，通讯速率达2400波特率。 （四）监控分站及电源 监控分站及电源是KJ90型煤矿综合监控系统的核心设备之一，具有智能化程度高、功能强，结构简洁灵活（既可分体式，也可一体化）、系列化特点。主要完成实时信号采集、预分析处理、显示控制、数据通讯及传感器集中供电等功能。为矿用隔爆兼本质安全型产品，适用于有爆炸性危险的场所。 二、工作原理和主要结构 KJ90型煤矿综合监控系统是以工业控制计算机为核心的全网络化分布式监控系统, 主要由地面中心站、数据传输接口、网络设备、图形工作站、多煤体网络终端、井下系列化监控分站及电源、各种矿用传感器、控制器及监测子系统等组成。整个系统由地面监控中心站集中连续地对地面和井下各种环境参数、工矿参数以及监测子系统的信息进行实时采集、分析处理、动态显示、统计存储、超限报警、断电控制和统计报表查询打印、网上共享等；井下监控分站及电源完成对各种传感器的集中供电，并对采集到的传感器信息进行分析预处理，超限可发出声光报警和断电控制信号，同时与地面进行数据通讯。 KJ90型煤矿综合监控系统地面部分采用星型拓扑结构，以Ethernet局域网方式运行，网络协议支持TCP/IP、NETBIOS和对等广播。监控软件运行平台全面支持WINDOWS95/98/NT/WEB操作系统。井下网络采用树型拓扑结构，安装灵活，可靠性高。系统原理框图见图6-2-2-1。 图6-2-2-1 KJ90型煤矿监控系统原理框图 三、主要技术指标及系统设备 （一）系统主要技术指标将表6-2-1-1 （二）系统主要设备如下 1、地面中心站主机为586/166M以上工控机、终端机为PII以上,监控软件运行平台为WINDOWS9X/NT/WEB； 2、数据传输接口通讯速率为2400BPS；传输方式为时分制基带或DPSK；电源电压为220VAC；隔离电压1500V；与计算机接口为标准RS-232C； 3、监控分站及电源KFD-2型大分站（8个模拟量、8个开关量、8个控制量）；KFD-3型中分站（4个模拟量、4个开关量、4个控制量）；KFD-3B型小分站（2个模拟量、2个开关量、2个控制量）；输入信号制（200-1000HZ、1-5mA、4-20mA、1/5mA）；模拟量和开关量可任意互换； 4、远程断电器KDD-I型，容量36V/5A；KDD-II型，容量660V/0.3A；断电距离大于10KM； （三）配置的主要传感器如下 低浓度瓦斯传感器 KG9701型 0-4 高低浓瓦斯传感器 KG9001B型 0-100 风速传感器 CW-1型 0.3-15M/S 负压传感器 KG9501型 0-5KPA 温度传感器 KG9301型 0-40℃ 一氧化碳传感器 KG9201型 0-500 10-6 水位传感器 KJ92型 0-5m 烟雾传感器 KG8005型 氧气传感器 KG8903型 0-25 设备开停传感器 KTC-90型 3A以上交流 风门开关传感器 KG92-1型 顶板动态传感器 KG9302型 0-200mm 顶板压力传感器 KG9303型 0-500KN 馈电开关传感器 KG9401型 声光报警器 AGS型 四、推广应用情况、效果及前景 KJ90型煤矿综合系统是原煤炭部首批定点生产的煤矿监控系统之一,在煤矿行业得到了很好的推广应用,曾获四川省科技进步三等奖。到目前为止,已在国内多个省区推广使用了40多套,用户遍及四川、贵州、云南、河北、安徽、江苏、新疆、广西、山西、河南、山东、黑龙江等省区，用户反映良好, 取得了较好的经济效益和社会效益。由于重庆分院不断给新老用户提供良好的技术服务,得到了广大用户的赞赏。随着我国煤炭行业安全生产管理水平的不断提高，对煤矿监控系统的需求也将越来越大，加上国内许多陈旧、落后老系统面临的改造换代,KJ90系统必将有很好的推广应用前景。 第三节KJ95型煤矿综合监控系统 KJ95是集监测、通信、光纤传输于一体的综合性煤矿监控系统，适合于大、中、小各类矿井的应用。监测、通信和光纤传输三部分又可分别单独使用，以满足煤矿各种不同的应用要求。 一、主要功能 （一）监测监控系统功能 1、可以监测瓦斯、风速、负压、一氧化碳、烟雾、温度、风门开关等环境参数，也可监测煤仓煤位、水仓水位、压风机风压、箕斗计数、各种机电设备开停等生产参数和电压、电流、功率等电量参数，以及皮带跑偏，皮带速度，轴承温度、机头堆煤等各种机电设备的运行情况。 2、 以配接皮带集中控制，轨道运输信集闭，电力监测等子系统，以实现局部环节的自动化。 3、 以在全监测系统范围内通过便携式失调试电话机与地面中心站或分站、传感器之间进行语音通信。 4、 工作人员可以在中心站利用鼠标通过PC机CRT上的对话框进行各种操作，以便很方便地对矿井设备配置和测点进行生成操作。 5、 可以方便地在屏幕上绘制各种模拟图形。 6、 可以方便地由用户自行生成各类表格。 7、 通过主机的RS232串行口实时地与分站设备进行广播式通信。 8、 通过主机的RS232串行口实时地与模拟盘进行广播式通信。 9、 主机上插网卡，即可实现监测系统直接上网。 10、可以配接绘图仪，以便绘制各种图形和监测曲线。 11、可以配接大屏幕或投影机，以便在更大的面积上显示更多的工艺流程模拟图、监测曲线、表格和文字，以及主机CRT上所能显示的全部内容。 12、可通过扫描仪输入图像图片资料，并进行图文编辑。 13、对各类报警信息进行处理，并实时地进行存储和报警。 14、对监测到的实时数据进行处理，模拟量每2分钟存一个平均值，开/停信息按小时计时，累计量按小时累计，并存储。 15、通过主机CRT可显示以下几大类信息 1）系统生成及操作； 2 测点生成及操作； 3 时钟和日期显示； 4 工艺流程模拟图形显示； 5）各测点数据表格显示； 6）模拟量参数的实时值表格，二维或三维柱状图、圆饼图、变化曲线显示； 7）开关量的实时值，累计开/停时间显示； 8）累计量的实时值及累计值显示； 9）各类报警表格显示； 10）系统相关设备及软件操作说明显示。 16、在井下高智能分站上主要可完成以下功能 1）实现采煤工作面，掘进工作面以及串联通风情况下的风电瓦斯闭锁； 2）电网停电后，可继续工作2h； 3）分站上有液晶显示窗口，一次可显示16个汉字和字符； 4）可存储24h的瓦斯数据，并能以曲线形式显示出来； 5）站内设有键盘，可任意设置报警点和断电点； 6）可定点显示某一测点或巡回显示各个测点的实时监测值； 7）该分站可单独使用，也可作为分站一级设备使用。 （二）调度通信系统功能 1、可与地面交换机配接，实现一次等位拨号，或单独成局中继入网； 2、系统采用分散铃流，铃流故障时，只影响所在用户话机，铃音有两种，即复合和单音。易识别来自地面交换机（复合音）还有程控调度交换机（单音）的振铃； 3、调度台上有24位数字显示，每个键有红绿灯对位显示，运行状态清晰，操作方便，话机有16位键，其中4位是功能键； 4、 有单呼、群呼、全呼及单扩、群扩、全扩等功能； 5、 有会议调度功能，可召开小型、大型及全体会议； 6、 具有强入、强拆、话监听业务外，还具有话机监听功能，以便了解话机周围5m的现场动静； 7、 有禁止功能，对等位拨号或经中继入网的用户可禁止呼入与呼出； 8、 有语音信箱功能，用户可将自己的语音存入该信箱，可由调度提取用户的语音； 9、 具有用户线路查寻功能，当用户线路开路、短路故障时，调度台上有显示； 10、紧急状态下实现双向呼叫，并可录音、计时及调度室扩音监听； 11、具有无须用户按话机的免提键，在调度控制下实现； 12、本系统允许接入4个调度台与8台调度机，或接入4台计算机与8台调度话机； 13、本系统主机柜通过用户线向话机自动浮充，无须更换话机电池； 14、交换机柜的输出端子为本安型，无须通过外接耦合器等防爆安全状置。 （三）、光纤高速通道主要功能 1、透明传输监测系统（主干道）数据； 2、传输微机调度通信系统28路话音信号。 二、主要技术参数（见表6-2-1-1） 三、系统组成及工作原理 KJ95综合监控系统框图组成见图6231。 图6-2-3-1 KJ95型煤矿综合监控系统框图 系统由全矿井监测监控系统、光纤高速通道、调度通信系统、计算机网络四大部分组成。它们既可作为独立的系统或设备使用，也可集成在一起形成KJ95煤矿综合监控系统。 全矿井监测监控系统，主要由监测主机及其外设、传输接口、传输电缆、分站和各种传感器组成。主机连续不断地轮流与各个分站进行通信，每个分站接到主机的询问后立即将该分站接收的各个测点的信号传给主机，每个分站又不停地对各传感器信号（开关量、模拟量和累计量）进行检测变换和处理，时刻等待主机的询问，以便把检测的参数送到地面。需要对井下设备进行控制时，主机将控制命令与分站巡检信号一起传给分站。监测主机接收到的实时信息进行处理和存盘，并通过本机显示器、大屏幕、模拟盘等外设显示出来，可显示各种工艺过程模拟盘、测量参数表，各种参数的实时或历史曲线、柱状图、圆饼图等，也可通过打印机打印各种报表，或通过绘图仪绘制各种图表和曲线。 调度通信系统主要由程控交换机、操作台、传输电缆和井下扩音自动交换机等设备组成。 光纤高速通道主要由地面电端机和光端机，井下光端机和电端机，以及光缆组成。首先是地面电端机将各路通信系统的话音模拟量信号转换成数字信号，与监测系统的数字信号进行综合后送地面光端机，光端机将综合数字信号变成光信号送入光纤进行传输。井下光端机将地面送来的光信号转换成电信号送井下电端机，电端机再将综合数字信号分离成监测系统的数字信号和通信信号，并将通信的数字信号再变换成话音的模拟信号，经电缆传到各话机。光纤高速通道的作用是双向的，上述信号的转换过程对于由井下传至地面的监测信号和通信信号是完全一样的。 网络是监测系统与调度通信系统联络的桥梁，在这里通信系统中设置的语音工作站不断地访问服务器，发现有测点超限时，将超限的情况以及相关区域进行分析后，确定报警的语音信息，语音工作站再将语音信息转换成语音信号以及报警区域信息送交换机，由交换机对井下相应的一个或若干个话机进行扩播报警。网络可褂接若干个工作站设于矿领导办公室或其他部门。通过网络还可方便地与矿级和局级计算机网络联网。 四、软件系统 KJ95型煤矿综合监控系统之软件主要包括系统软件和应用软件两大部分。并以前、后台方式运行。 （一）系统软件（也称后台软件） 它是运行于MS----DOS平台之上，自计算机启动后，就首先运行并常驻计算机常规内存中。主要完成以下功能 1、连续、可靠地负责和分站级设备的通信调度。 2、连续、可靠地负责和模拟盘设备的广播式通信。 3、连续、可靠地完成监测数据信息的预处理，按2分钟运算出模拟量平均值，以及开/停按小时计时，累计量以小时进行积分，并完成相应存储。 4、监测（控）系统形成网络的情况下，连续、可靠地完成相应信息（历史数据，实时数据）存入网络服务器，以备各个网络工作站使用。 5、准确、无误地处理各类报警信息，并实时进行储存。 二 应用软件（也称前台软件） 它是建立在WINDOWS友好窗口化软件界面之上的各类模块化功能软件。各部分简单说明如下 第一部分系统首次开工生成操作，必须运行开工生成程序。该程序仅为设计者操作使用，其目的有二其一，开工生成对系统的正常运行有着非常重要的影响；其二，防止非用户拷贝使用，故该部分说明略去。 第二部分该部分为系统应用软件，是用户需直接操作使用的部分。需要注意的是，只有进入WINDOWS才能运行该部分软件。目前，应用软件就其功能不同可分成系统生成、召唤显示、辅助操作及简要说明四大部分。以下分别就其完成功能及基本框架作简要论述。关于详细操作步骤及使用方法等将在软件系统操作手册中详细论述。 1）系统生成功能系统生成部分主要完成KJ95系统运行所必需的基本配置定义及召唤显示所需的表格生成，检测图形生成等。 2）召唤显示操作召唤显示部分主要是用来观查系统所监测的相应信息，显示方式有表格、图形等。 3）辅助操作辅助操作部分主要是用户对系统本身维护，分站及设备的各类控制及模拟盘进行的各种命令操作。 14