煤矿安全监控系统升级改造方案设计与实现.pdf

第26卷第5期河 北 工 业 科 技Vol. 26 ,No. 5 2009年9月Hebei Journal of Industrial Science and TechnologySept. 2009 文章编号10082153420090520403203 煤矿安全监控系统升级改造方案设计与实现 李伟忠 开滦集团林南仓矿业分公司,河北唐山 064106 摘 要针对现有煤矿安全监控系统存在的不足,提出从系统数据传输方式以及各类传感器配接方式 入手,在最大程度兼容原监控系统的基础上设计改造方案。课题采用光纤传输技术和对配接传感器 柔性好的数据采集分站作为系统数据的传输手段和数据采集中继站。在林南仓煤矿安全监控系统升 级改造过程中的具体应用表明,升级改造方案正确、 可行,从根本上解决了原系统存在的不足。 关键词监控系统;升级改造;光纤传输 中图分类号TD76 文献标识码A Design and implementation of updated scheme of safety monitoring system LI Wei2zhong KAILUAN Group Linnancang Mining Branch Corporation ,Tangshan Hebei 064106 ,China Abstract In order to overcome the fault of the existent safety monitoring systems ,the author brought forward an updated scheme which considers data transportation ,sensor distribution style and compatibility with the old system. Optical fiber trans2 mission technology was used and branch station flexible sensor distribution style were used to collect data. At last ,through the implementation in Linnancang Coalmine ,the updated system is proved stable and credible and meets the requirement. Key words safety monitoring system;update ;optical fiber transmission 收稿日期2009206230 责任编辑冯 民 作者简介李伟忠19812 , 男,河北邯郸人,助理工程师,主要从 事通防机电信息化管理方面的工作。 煤矿安全监控系统是通防安全管理的重要手段 和矿井信息化的重要组成部分。随着重视程度的提 高,中国国家安全生产监督管理总局制定了详细的 技术与管理标准。林南仓矿原有安全监控系统状况 已不能符合现有标准的要求,需要对原有系统进行 改造。借此机会认真分析总结原有系统的缺点,本 着技术先进、 节约成本的原则制定改造方案。 1 安全监控系统简介 1. 1 安全监控系统 一般安全监控系统具有模拟量、 开关量、 累计量 采集、 传输、 存储、 处理、 显示、 打印,声光报警,控制 等功能,用于监测甲烷浓度、 一氧化碳浓度、 风速、 风 压、 温度、 烟雾、 馈电状态、 风门状态、 风筒状态、 局部 通风机开停、 主通风机开停,并实现甲烷超限声光报 警、 断电和甲烷风电闭锁控制,由主机、 传输接口、 分 站、 传感器、 断电控制器、 声光报警器、 电源箱、 避雷 器等设备组成[1]。中国国内安全监控系统均采用三 级智能两级通信,即由地面中心站、 井下分站、 各种 传感器及控制器3个层次组成[2],中心站至分站、 分 站至传感器之间通信。 1. 2 林南仓矿原有安全监控系统 林南仓矿原安全监控系统于2001年投入运行。 其具体工作模式是地面中心站至分站、 分站至传感 器均采用FSK调频通信方式,传输速率为1 200 bit/ s ,半双工传输。中心站与分站、 分站与传感器 均可树状连接。系统最多可接56个分站,每个分站 有8个端口,最多可接80个传感器。中心站至分站 最远距离15 km ,分站至传感器最远距离2 km ,系 统兼容性差,部分传感器采用转换器改变传输制式 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图1 林南仓原有安全监控系统结构图 Fig. 1 er safety monitoring system structure of Lin Nan Cang Coalmine 接入系统。 2 改造方案设计要求 新系统首先应满足有关技术与管理标准,同时 还应满足以下特殊要求。 2. 1 安全性 林南仓位属于雷电干扰较为严重的地区,雷电 对安全监控系统产生的破坏较为严重,主要是从地 面中心站通井下分站的信号线路在地面有约300 m ,其中大部分在易于遭雷击的高空空旷地点,雷击 时在信号线路上产生足够的感应浪涌冲击设备造成 损害。据统计每年7 ,8月份系统遭受雷击2～3次, 造成巨大的经济损失和安全隐患。故在系统改造时 必须从根本上提高系统的安全性和可靠性。 2. 2 高效性 原系统采用FSK调制,优点是通信距离远,但 缺点是明显的通信线路要求使用屏蔽电缆,造价 高;抗干扰性能差,误码率高,系统不稳定[3];需要在 信号传输终端外串电阻并根据系统的变化改变电阻 值,使用不方便。因此,原系统的通信方式是升级改 造的重要内容,新改造方案必须使用一种传输距离 远、 传输速度快的通信方式来完成系统采集数据的 传送。 2. 3 高柔性 由于FSK调频通信的原因,传感器的选型比较 单一,在接入模拟量电流信号时,需要接外置制式转 换,不但需要投入额外设备,而且传输数据误差大。 新系统分站需直接配接任何类型的传感器,同时最 大可能的利用原有系统设备,兼容现有的双机热备 系统和短信报警系统,最大可能的减少开支。 3 改造方案的具体实现 监控中心站至分站采用光纤传输,传输速率 9 600 bit/ s ,采用光环网,最多可接入56个分站,分 站与分站之间最远距离10 km ,每个分站最多可接 传感器24个。分站与传感器最远2 km ,传感器可 直接接入分站,系统兼容性强。 图2 方案升级后系统基本结构 Fig. 2 Basic structure of the updated safety monitoring system of Lin Nan Cang 新系统满足有关技术与管理标准,且具有以下 特点。 3. 1 将各类传感器直接接入分站 分站与传感器采用直接接入,传感器的选型更 多,传输误差更小。矿井安全监控系统传感器类型 分为模拟量、 开关量、 控制量,各类型传感器按不同 方式接入分站,常用类型传感器与分站的连接方法 如下。 1 模拟量[4] 模拟量 信号类型 频率型200～1 000 Hz , 电流型 1 ～5 mA或4～20 mA , 电压型 0 ～1 V或1～ 5 V 。 其中主要有电流型 1 ～5 mA和频率型 200 ～ 1 000 Hz 2种,电流信号通过放大电路LM324四 级 放 大后,再 经 过A/ D信 号 转 换 电 路 ADC0804 ,传入单片机处理系统测得数据;频率 型信号经模拟量采样电路送至单片机即可测得其频 率值。 2 开关量 开关量 信号类型 有源信号0 ,5 mA或0 ,5 mA , - 5 mA , 无源信号常开,常闭。 404河 北 工 业 科 技 第26卷 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 输入分站开关量信号经光耦接到81C55的并 行I/ O接口上,即单片机读取81C55并口数据,得 到被测状态。 3 控制量 控制量输出都通过继电器触点输出或电平信号 输出,用来输出给断电器,控制远程或本地用电设备 的断电。 3. 2 主通信采用光纤传输 通信干线采用光缆,铺设21 km光缆形成光环 网。将分站收集到的各类传感器信息通过光纤传输 到地面MCTP2M ,MCTP2M是光纤信号与RS232 信号相互转换的装置,通过转换为计算机可识别的 232信号,将井下信息传入计算机,实现地面监控。 新系统使用光纤传输具有以下优点。 1 抗干扰性强 光纤传输中的载波是光波,它 是频率极高的电磁波,远远高于一般电波通信所使 用的频率,所以不受干扰,尤其是强电干扰。 2 传输速率快 传输速率为9 600 bit/ s ,比原 系统提高8倍,完全可以收集到传感器变化的所有 数据,缩短了巡检周期。 3 安全性能高 光纤采用的玻璃材质不导电、 防雷击[5],从根本上消除了雷电对监控系统的危害。 4 光纤传输 安全监控系统采用MCTP光纤 多通道传输技术,可以使矿山的安全监测、 生产自动 化系统、 调度电话和工业电视等业务通过一对光纤 实现宽带传输。 4 结 语 信息化与自动化是提高煤矿生产水平和安全状 况的重要手段之一,是煤矿的发展趋势。安全监测 系统改造尝试采用光纤传输,为下一步矿井信息化 建设提供了传输通道。升级改造方案最大程度利用 了原系统软、 硬件环境,节省资金42. 67万元。使用 结果表明改造方案满足所要解决的基本问题。 参考文献 [1] AQ 102922007 ,煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范 [S]. [2] 孙继平.矿井安全监控系统[M].北京煤炭工业出版社. 2006. [3] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[ M].北京清华大学出版 社,2004. [4] 肖兴明.机电控制及自动化[ M].北京中国矿业大学出版社, 2003. [5] 詹翊春.电信以太网技术讲座之三 以太网线性保护与环 网保护[J ].烽火科技报,20087 30235. 向本期载文的审稿专家致谢 本期 河北工业科技 共发表论文53篇。这些论文的发表是与有关专家的认真审读、 中肯 评价分不开的。本编辑部特向这些专家表示感谢。 本期载文的审稿专家名单如下按姓名的汉语拼音字母排序 蔡莉静 陈书旺 池 越 崔明辉 崔艳秋 高 蒙 韩敬新 韩利红 韩 育 侯 钰 胡之德 李健利 李文斌 刘贵喜 刘 弘 刘欣悦 罗宇生 马子川 孙丽华 孙晓云 王华强 魏世泽 吴学礼 阎 彪 杨 健 张炳烛 张 震 张志华 赵静野 赵庆军 曾 洁 本刊编辑部 504 第5期 李伟忠 煤矿安全监控系统升级改造方案设计与实现 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.