煤矿安全监控系统黑白版.ppt

矿井监控系统概述,一、组成矿井监控系统一般由四个功能部分组成。1）传感器和执行器包括声光报警器、控制器和工作电源等。,２）中心站或主站的硬件包括计算机、外围设备及电源等。,３）信息传输装置包括传输接口、分站、传输线、接线盒和电源等。4）中心站或主站的计算机软件包括应用程序、操作系统（或监控程序）及存储介质等。,二、我国监控系统主要技术指标,1）中心站到最远测点的距离不小于10km，对于只适应中小煤矿的系统不小于7km。2）传感器到分站的传输距离不小于1km。3）系统误差不大于1。,4）时分制监测系统的误码率不大于10-6。,5）系统巡检时间不超过30s。6）控制执行时间不超过30s。,三、技术现状,我国矿井监控从安全监控起步，早期的系统是将瓦斯遥测仪地面接收机的信号输入计算机，井下只有瓦斯传感器。经过多年的开发研究，目前已有KJ90、KJ95、KJ4、KJ101、KJ75，KJ73等20多种型号的系统通过了技术鉴定。配套的传感器已有数十种之多，包括瓦斯、风速、一氧化碳、差压、温度、烟雾等环境参数，煤仓煤位、水仓水位、机组位置、皮带运煤量、压风机风压、机电设备开停等生产参数，电压、电流、功率等电量参数，皮带速度、皮带跑偏、轴承温度等各种机电设备的状态参数，等等。,系统的信息和被控设备在空间上是分散的，在局部地区又是相对集中的。为适应这一特点，必须选择合理的结构，以获得最佳性能/价格比。国内大多数系统如KJ90、KJ4、KJ95，KJ73等都是集散型结构，为树形网络。随着科学技术的发展，计算机等电子产品的价格越来越低，而电缆的价格则越来越高。因此，系统传输电缆应采用多路复用方式，以减少电缆的投资。早期研制的系统采用频分多路复用方式，如MJC-100A，WDJ-1等，一条传输通道可以传输10路信息。近期研制的系统普遍采用时分多路复用方式，与频分制相比，所有信号都可通过一条信道传输，具有电缆用量少、设备简单等优点。,监控系统的计算机软件应具备以下功能实时地完成信息采集和处理；具有适当的存储容量，存储一定数量的实时数据和历史数据；可以显示被测量的数值、生产系统的运行情况和变化曲线、各种工艺过程的模拟图；可以自动打印活召唤打印各种报表、图形和曲线；当测量值超限或系统发生故障时报警；对被控设备发出控制命令。软件开发应遵循煤矿监控系统中心站软件开发规范的规定，做到标准化、规范化，使用简单、灵活、方便。总之，我国监控系统目前大都采用集散型结构，树状网络，以大容量（多达数千个测点）、多参数（可接入数十种传感器）、多功能、时分制传输方式占主导地位，基本能够满足煤矿对监测、监控的需要。,,四、井下分站,第一节KFD-2型井下大分站KFD-2型大分站是一个以89C52单片机为CPU核心的微型计算机系统，可挂接多种传感器，能对井下的各种环境参数如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测。KFD-2型大分站还具有多通道、多种制式的信号采集功能和通讯功能，能及时将监测到的各种环境参数、生产状态传送给地面中心站，并执行中心站发出的各种命令。,,同时，KFD-2型大分站还能就地监测和显示被测设备的运行状况及检测参数，及时发出报警和断电控制信号。,二、主要功能和特点,KFD-2型大分站具有16个输入通道，可根据井下需要任意接挂模拟量或开关量传感器。具有能采集多种制式传感器信号的功能；能独立进行超限判别和断电；能准确执行地面中心站发送的各种控制命令；能及时向地面中心站发送采集到的各类数据和状态信号；,,所带电源箱配有备用电池，能在井下电网断电时，确保分站持续工作2小时以上；KFD-2型大分站还具有红外遥控设置功能，可就地进行手动初始化设置、预置。整体密封性能好，防潮、耐压、耐腐蚀。KFD-2大分站通过国家防爆安全检验机关审查，许可在煤矿井下具有爆炸性危险的场所使用，属于矿用本质安全型设备，防爆标志为ibI150℃。,三、主要技术指标,输入端口16个（模拟量、开关量可任意互换）控制输出8个输入信号类型频率、电流输入信号范围200～1000Hz或200～2000Hz1～5mA或4～20mA与中心站的通讯速率2400波特与中心站的传输距离≤25Km,主要技术指标,与传感器的传输距离≤2Km本地断电控制4个远程断电控制4个分站总耗电电流12V（包括继电器〈380mA输出电压12V、18V保护整定值460mA340mA短路电流480mA350mA继电器额定电压5V,主要技术指标,继电器额定电流25mA通讯方式DPSK和RS485通讯信号幅值200mV～5V峰峰值（DPSK）100mV～5V峰峰值（RS485）使用环境相对湿度98使用环境的海拔高度≤1000m分站所用电缆型号PUYV39（-1）或PUYVRP1X4X1,主要技术指标,最大传输距离≤25Km分站与传感器间所用电号PUYVR1*4*7/0.52（模拟量）PUYVR1*4*7/0.28（开关量）电缆直流电阻≤12.7欧/Km45欧/Km电缆分布电容≤0.06uF/Km0.06uF/Km电缆分布电感≤0.8mH/Km0.06mH/Km最大传输距离≤2Km2Km重量约5Kg,四工作原理和主要结构,KFD-2型大分站是一个以89C52单片机为CPU核心的微型计算机系统。工作中，KFD-2型大分站以DPSK、RS485两种通讯方式或红外遥控器，对挂接在其各输入通道上的传感器类型进行定义、设置。定义、设置后，对于不同类型的传感器，单片机系统能自动将其内部的模拟开关切换到相应的转换电路上，并将由各输入端口得到的信号转换成频率信号。然后再对此频率信号进行整形、分频、光电隔离处理，并输入单片机定时器T0口进行采集。采集到的信号，在经过微型计算机系统的运算、分析、判断后，即可得出被监控对象的状态。如被监测量超过报警、断电设定值，分站即发出报警和断电控制信号。KFD-2型大分站内部的单片机系统能随时把被测参数值的大小、设备工作状态、控制量输出状态，传感器或信号传输线故障状态等都转换为与此相对应的显示代码，通过设置的专用口送入显示电路，就地显示被测参数的实时值。同时，通过数据传输线送往地面中心站。,1电路原理,1单片机KFD-2型大分站采用的是ATMEL公司生产的89C52单片机，它与INTEL公司生产的8052单片机完全兼容。芯片内有256个字节的RAM，8K程序存储器在也在片内，共有64K数据字节的地址空间（分站用8K字节），8位数据总线，低8位地址总线与数据线分时共用。地址线A0A12提供片外数据存储器地址。2看门狗自动复位电路,电路原理,由大规模集成电路X25025及电阻电容构成的自动复位电路，当电源电压过低或分站发生意外造成程序跑飞时，即输出复位信号给单片机，使其自动复位，恢复正常运行。3参数保存用电可擦数据存储器保存初始化参数及设置参数，掉电后不丢失，采用带电可擦除的X25025芯片，其存储量为512字节，掉电后数据可保存100年，擦写次数为100，000次，输入、输出数据及时钟由单片机的P1.0、P1.1、P1.6和P1.7提供。,电路原理,4输入数据采集数据采集电路共16个通道，分别由取样电阻、滤波及限幅保护、跟随器、模拟多路选择开关、信号变换、整形、二分频、光电隔离等电路组成。通过跳线设置，它可支持200-1000HZ，200-2000HZ，1-5mA，4-20MA等信号制式。由89C52单片机控制相应的4051多路选择开关和4066选择开关进行输入通道和信号制式的切换，频率型信号直接经过74HC14施密特整形电路、74HC74D触发器二分频电路、光电隔离电路进入单片机的定时器输入端；非频率型信号需经过LM331进行V/F变换，再经过74HC14施密特整形电路、74HC74D触发器二分频电路、光电隔离电路进入单片机的定时器输入端。然后单片机就能测到输入信号值。,电路原理,5控制输出KFD-2型大分站的8路控制输出C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8分别由81C55I/O口PB输出，通过7404反向器后，前4路通过分站与电源箱的多芯连接电缆输出给电源箱，再由电源箱中的继电器控制本地用电设备的断电。后4路经过7404反向器后直接驱动主板上的继电器，输出触点信号，驱动外接断电器，控制远程或本地用电设备的断电。,6分站与井上中心站通讯,KFD-2型大分站支持RS485和DPSK两种不同的通讯方式。DPSK方式是经由通信板，通过KJ9010数据传输接口（DPSK型）与地面中心站进行实时通讯，通讯速率为2400波特，通讯方式为两线无级性半双工，最远传输距离为25Km。分站在发送状态时通信板的发送电路将89C52发出的异步通讯信号转化为差分二相码，经驱动电路驱动，变压器耦合，再经传送线传送至地面中心站的数据传输接口装置。分站在接收状态时，通讯板将中心站的差分二相码信号，经变压器耦合直接收端，接收端放大电路将其放大整形，再由接收电路将其还原为异步通讯信号，送至89C52通讯接收端。,,RS485方式为半双工基带有极性通讯，该部分电路已直接设计在分站主板上，无需专门的通讯板。只经由线驱动及信号变换MAXIM1487芯片，通过KJ9010数据传输接口（RS485型）与地面中心站进行实时通讯，通讯速率为2400波特，通讯方式为两线有极性半双工，最远传输距离为15Km。分站在发送状态时，由发送电路将89C52发出的异步通讯信号转化为差分信号，经驱动电路、保护电路，光电隔离电路、传送线传送至地面中心站的数据传输接口装置。分站在接收状态时，通讯电路将中心站的差分信号，经光电隔离电路，然后接收端放大电路将其放大整形，再由接收电路将其还原为异步通讯信号，送至89C52通讯接收端。,,KFD-2型大分站除了可由系统地面中心站软件进行初始化定义设置外，还可通过由BL9149组成的遥控电路，使用红外遥控器进行就地手动初始化设置并保存，无须打开机盖。1数码管显示窗其中有6位数码管，最左两位显示传感道号,中间三位显示传感器的数值或状态，最后1位显示传感器的类型。,,2左端发光二极管显示窗其中有10位发光二极管，左起前8个发光管依次代表控制通道1-8的控制状态，灯亮表示已控制，灯不亮表示未控制；第9位，代表分站供电状态,灯亮表示备用电源供电，灯不亮表示交流电网供电；第10位发光二极管代表分站与中心站通风情况正常否,当灯时亮时灭通讯线正常,否则通讯有误。3右端发光二极管显示窗其有10位发光二极管，左起第一个发光管代表输入信号制式，其次表示12V电源指示灯，第三个至第九个依次代表第1路至第8路18V电源指示，“亮”表示该路有电源“灭”表示该路无电源。,第一章传感器,传感器是各类煤矿安全生产监控系统用来连续遥测、监控煤矿井上、井下各类环境参数变化及生产环节有关机电设备运行状态的重要装备。也是各类煤矿安全生产监控系统利用计算机对采集到的各种检测数据进行分析处理，进而合理、高效地控制局部生产环节、过程，及时掌握和控制井下机电设备行运状况的基本依据和根本保证。目前在我国自行开发生产的用于煤矿井下环境参数监测及有关机电设备运行状态监测的传感器已多达数十种。,第一节瓦斯传感器,KG9701型智能低浓度沼气传感器是为满足我国煤矿监测井下沼气的需要而研制的。它可以连续自动地将井下沼气浓度转换成标准电信号输送给关联设备，并具有就地显示沼气浓度值，超限声光报警及断电功能。经国家防爆检验机关进行联机检验后,可与国内各类型监测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装置配套，适宜在煤矿采掘工作面、机电硐室，回风巷道等地点固定使用。,二、主要技术参数,环境温度0℃40℃相对湿度≤98大气压力80110KPa相对海拔高度-10002000m风速08m/s矿井环境中H2S气体小于610-6测量范围04.00CH4、010.00CH4基本测量误差0.001.00CH4≤0.10CH41.002.00CH4≤0.20CH42.004.00CH4≤0.30CH44．0010.00CH4≤10相对误差,主要技术参数,第一位功能显示;1-调零2-调灵敏度3-调报警点4-调断电点5-调复电点6-自检后三位测量数值显示;％CH4,