西山德顺公司安全监测监控系统方案设计

山西西山德顺煤业有限责任公司KJ90NB瓦斯监控系统建设单位：山西西山德顺煤业有限责任公司设计单位：煤炭科学研究总院重庆研究院日期：2010年4月西山德顺煤业公司安全监测监控系统方案设计1概述KJ90型煤矿安全监控系统自成功研制并推向市场以来，经过不断的完善和发展，目前已发展到达到AQ6201-2006新标准要求，基于工业以太环网平台的第六代产品-KJ90NB安全监控系统，已从早期的煤矿安全监测系统发展成为集环境安全、生产监控、信息管理、网络运用、工业电视以及兼容瓦斯抽放、火灾监测、电网监测、顶板动态监测、主扇风机在线监测等多种子系统为一体的新型煤矿综合监控系统，该系统以其技术先进性和实用性深受煤矿用户的欢迎，在煤炭行业得到了很好的推广应用，并在其它非煤炭行业如环保、化工、公路及铁路隧道等民用方面得到应用。到目前为止，已在国内多个省区，系统国内市场占有率在50%以上，用户普遍反应良好，取得了较好的经济效益和社会效益。KJ90NB型煤矿安全监控系统自配套能力强，监控系统的各类设备及监控软件均由重庆煤科院一家研制、生产。产品性价比高，售后服务有保障，能很好的控制监控系统总体质量和性能，控制产品的生产加工周期，对日后产品的升级换代提供可靠保障。2KJ90NB系统与传统监控系统技术对比传统的安全监控系统采用总线传输的方式，系统容量受限，通讯平台只能运行特定的系统，反映速度慢，不具备通讯冗余和自恢复功能；易受干扰，运行不稳定；兼容性差；无法实现故障自我诊断，自成系统，数据孤立且重复布线，使用维护工作量大，不能进行综合分析，预警，应急联动。根据各矿近年生产管理的实际需要，还将在矿井原煤生产过程各环节装备一些新的系统。如果继续采用传统的通讯方式，势必又将采用各自独立安装运行方案，造成矿井监控设备布线越来越复杂、系统维护成本越来越大。针对传统系统的缺点，此次方案设计选用基于工业以太环网＋现场总线平台的KJ90NB安全监控系统。与传统的系统比较具有相当巨大的优势和在传输速度、质量上的质的飞跃。并能方便实现各系统监测监控数据的综合集成。以直观形象的各种图形方式显示全矿井的生产工艺流程、同时也将方便显示其它诸如矿井瓦斯、矿井人员、矿井抽放、矿井设备运行状况等分类信息。这对提高生产调度管理效率，指导煤矿安全生产具有重要意义。重庆煤科院根据国内煤矿的实际情况，研制开发了以RS485作为通讯协议的普通安全监控系统（KJ90NA）和基于工业以太环网传输平台的宽带安全监控系统（KJ90NB）主要参数性能对比：序号技术参数以光端机或接口进行通讯的传统系统以工业以太环网传输平台的系统1系统分站≤64≥2552通讯速率≤2400bps≥2M~100M3系统反应时间≤30s≤5s4通讯模式主从巡检多主并发5手控时间≤30s≤1s6异地控制≤60s≤5s7通讯方式RS485/FSK/DPSK工业以太环网+现场总线8协议标准自定义TCP/IP9通讯恢复持续中断自愈≤0.02s10集成扩展能力弱、不方便强、方便与目前其他的工业以太环网在信号传输、组网方式、环网结构上也有本质的区别。在平台的稳定性、配套性，各个子系统的接入和集成上具有很大的优势。在子系统接入上协议标准采用现在用途最位广泛TCP/IP的通讯协议，子系统接入工业以太环网平台后，不再需要数据接口和其他平台上所需要的数据转换器（调制解调）。在信号传输方式上真正最大限度上发挥了工业以太环网平台的优势，就近接入环网交换机，不再受数据接口和其他平台上所需要的数据转换器（调制解调）的限制。3KJ90NB安全监控系统设计原则及依据本方案是煤炭科学研究总院重庆研究院根据西山德顺煤业公司的需求设计的KJ90NB安全监控系统，在设计过程中始终遵循系统应具备高可靠性、先进性、实用性、可扩展性及开放性原则，以满足高产、高效的现代化矿井对监测、监控等管理信息有效获得的需要。设计依据为《煤矿安全规程》《煤矿安全生产监控系统通用技术条件》《矿用信息传输接口》《矿用分站》《矿用信号转换器》《煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求》《煤矿用信号传输装置》《煤矿安全监控系统通用技术要求(AQ6201-2006)》《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范(AQ1029-2007)》《煤炭工业矿井设计规范》《煤矿安全装备基本要求》《煤矿监控系统总体设计规范》《煤矿监控系统中心站软件开发规范》《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》《煤矿通信、检测、控制用电工产品通用技术条件》《设备可靠性试验》《电气设备的抗干扰特性基本测量方法》国务院安全生产委员会办公室[2006]21号文件相关规定4工业以太环网平台设计4.1工业以太环网平台结构设计为满足西山德顺煤业发展需要，此方案设计为100M工业以太环网平台，采用单模阻燃传输光缆，井下本安网络交换机选用重庆煤科院KJJ103型本安网络交换机。此平台专门为安全监控系统的传输要求所搭建的平台，满足煤矿安全监控系统专网专用的要求。整个平台分为信息层、控制层和设备层三层结构。其中信息层为矿地面已有的局域网，控制层采用高速工业以太环网，设备层采用现场总线，保证了现场子系统的实时性和可靠性。结合西山德顺煤业的实际情况（矿井采掘平面工程图），此方案为西山德顺煤业设计工业环网系统为工业以太环网＋现场总线的方式。4.2系统特点及功能1)整个综合控制网采用工业级的设备，实现井下高温、高湿等恶劣环境的稳定运行；2)系统支持光纤冗余环网工作模式，接节故障不影响整个系统性能，故障自恢复时间短（300ms），通信更加可靠；3)矿井工业以太环网光纤冗余环网传输平台运行稳定、可靠性好、线路机械强度高矿井工业以太环网光纤冗余环网传输平台通讯协议采用标准的TCP/IP网络协议；4)平台传输速率高、带宽容量大、传输距离远、抗干扰和雷击能力加强。为整个网管系统可对所有的网络设备进行实时监控，出现故障实时报警。5)采用先进的多主并发通讯模式，系统检测速度快，实时性强。6)整个宽带传输网彻底突破了低速总线下的技术瓶颈，系统节点容量大大增加，稳定性提高；7)平台同时支持光纤多模、单模、超五类双绞线传输介质，结构灵活；可方便与局域网企业综合管理信息系统连接，实现信息共享；8)井下交换机经过防爆认证，具有煤安标志，同时增加UPS电源保护，在市电停电后，可运行两个小时以上。4.3主要技术指标1)通讯速率：100M2)系统反应时间：≤1s3)通讯模式：多主并发4)通讯方式：工业以太网+现场总线5)协议标准：TCP/IP6)通讯恢复：自愈≤300ms7)集成扩展能力：强、方5KJ90NB安全监控系统组成本系统主要由监控中心监控设备、监控分站、各类传感器及其他辅助设备组成。传输平台采用工业以太环网平台+现场总线。监控中心监控设备包括监控主机、地面环网交换机、打印机、不间断电源、电源避雷器等设备。中心站设备均采用当时主流技术的通用产品，并满足可靠性、可维护性、开放性和可扩展性等要求。系统采用先进的分布式处理模式，能充分发挥各部分设备的性能优势，结构简洁，可操作性强，便于系统的日常维护及管理。系统主干连接为树型结构，安装扩展简单。因此本方案设计为分层结构，具体组成如下：1)地面监控中心站及网络终端等，是整个监控系统的核心，负责整个系统设备及监测数据的管理、定义配置、实时数据采集、分析处理、统计存储、屏幕显示、查询打印、实时控制、远程传输、画面编辑、网络通讯等任务。网络终端完成系统监测信息异地实时共享，能够以文本或图形方式显示安全生产信息，查询各类报表数据。地面监控中心站及网络终端等设备之间的连接采用局域网方式；2)传输平台：工业以太环网传输平台。3)系列化智能监控分站。主要完成对所监测的传感器数据采集、数据预处理、分类显示、报警、断电控制、与地面监控中心站的数据通讯、所接传感器的集中供电等；4)各类模拟量传感器、开关量传感器及断电控制器等设备，是整个监测系统最前沿的终端设备，负责对各监测点的物理数据采集、就地显示、超限报警、信号传输、对监控分站控制指令的执行等。注：由于目前德顺公司只考虑在平台上接入安全监控系统和人员定位系统，此图仅供参考图：系统结构示意图6主要传感器布置原则6.1工作面传感器布置注：如果采用两条回风巷道的采煤工作面按照T1、T2设置，增加两台瓦斯传感器T5、T6。6.2掘进巷道传感器布置注：采用双巷道掘进在两个掘进同时按T1、T2设置，并在两个掘进巷道回风混合巷增加一台瓦斯传感器。6.3采区、一翼、总回风巷传感器设置注：1、在采区回风、一翼回风、总回风巷内临时施工的电气设备上方设置瓦斯传感器。2、兼做回风井的装有带式输送机的井筒内必须设置瓦斯传感器。6.4机电硐室传感器设置6.5其他传感器设置6.5.1煤仓传感器布置井下煤仓、地面选煤厂上方应设置瓦斯传感器；采用架线机车的主要运输巷道装煤点设置瓦斯传感器；封闭的地面选煤厂机房内上方设置瓦斯传感器。6.5.2带式输送机传感器设置兼做回风井的装有带式输送机的井筒内必须设置瓦斯传感器；带式输送机滚筒下风侧10－15米设置烟雾传感器。注：其他传感器的布置原则请参见《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范(AQ1029-2007)》。7西山德顺煤业安全监控系统设计及传感器布置7.1地面设备监控机房：监控主机2台、数据服务器1台、WEB服务器1台、短信报警器1台、地面环网交换机2台、激光打印机1台、监控软件1套、UPS电源1套、声光报警器1套。7.2井下分站及传感器地点安装地点分站数量传感器名称数量备注地面风机房1台中分站负压2风机开停2副井设备开停2主井1台中分站主井设备开停2转载皮带开停1变电所1台中分站开停7入所2，出所5井下井下变电所1台大分站开停4水泵3，皮带1风门4瓦斯1总回风速1总回温度1总回烟雾1CO1总回109111台大分站瓦斯2风速1温度1烟雾1CO1设备开停5工作2，皮带1主皮带2东一掘进1台大分站瓦斯2温度1烟雾1CO1设备开停5风机2，顺槽皮带2，主皮带1东二掘进1台大分站瓦斯2温度1烟雾1CO1设备开停6风机2，顺槽皮带3，刮板1309091台大分站瓦斯2温度1烟雾1CO1设备开停7风机2，皮带2，刮板3高档采煤1台大分站瓦斯2温度1烟雾1CO1风速1设备开停5皮带3，刮板2148KJ90NB安全监控系统主要技术特点8.1在系统软件方面KJ90NB安全监控系统的软件，包括其系统主控软件、网络终端软件、报表查询处理软件、作图软件、图形工作站软件等，都在随着计算机技术和软件开发技术的发展而不断升级换代，现在的运行环境为Windows2003/2008，是目前国内煤矿安全监控系统最先进的软件之一。1)操作方便、网络功能强大、可靠性好、支持C/S和B/S模式；支持异地远程访问，图形软件可支持矢量图方式；报表软件采用专业的华表处理软件，可支持错误信息剔除、数据统计、按用户需求任意编排等功能；全局联网可支持WEBGIS方式，实现矿、局、市、省等各级联网。2)在软件开发过程中采用了先进的可视化面向对象程序设计技术、多线程、动态链接库及对象嵌入技术，使得系统的模块化程度进一步提高，系统具有更加灵活的集成方式，可适应不同用户对系统规模的要求，有很高的扩展性和开放性。3)由于系统运行于WIN2003/2008多任务环境，并在数据通讯方面采用了动态链接库及多线程技术，实现了真正的实时响应及前后台监测数据的无缝链接。4)地面中心站为开放式系统，软硬件均可以扩充，系统地面设备以全网络方式运行，运行协议为TCP/IP、NETBUL、SPX/IPX，可与企业计算机局域网实现网络互联，方便地与生产监控、工业电视和生产调度系统联网，在网上可运行任意台网络终端，同时支持终端通过服务代理的远程连接，实现监控信息的远程实时共享。5)系统软件能与企业构筑的INTERNET/INTRANET网络环境能很好融合，真正实现安全监控信息网络化共享（按用户权限）。6)主控机软件有一个控制软件包，为用户提供以选择方式编制各种自动控制方案的