第七章煤矿常用安全监测监控系统简介

第七章煤矿常用安全监测监控系统简介煤矿安全监控系统是将计算机网络、矿井安全和生产电力监测、实时监测、工作面综合监测等系统综合在一起，形成一个完整的、实用的矿井监控系统。根据需要各部分既可以集成在一起，又可以单独使用，以满足矿井的不同需求。煤矿安全监控系统由早期的地面单微机监测监控已发展成为网络化监测监控以及不同监测监控系统的联网监测。其主要由监测终端、监控中心站、通信接口装置、井下分站、传感器组成。我国监测监控技术应用较晚，80年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200）引进了一批安全监控系统，装备了部分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等监控系统，在我国煤矿已大量使用。实践表明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用，各局矿已作为一项重大安全装备。由于当时相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，或者已淘汰、或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至，已无继续维修维护的必要，系统面临更新改造的机遇。随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了KJ4/KJ2000、KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000和KJG2000(我国的监控系统在煤安办申请煤安标志以KJ开头，后面的数字并不代表先进性，只是代表申请煤安标志的顺序。)等监控系统，以及MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率，同时也为该技术的正确选择、使用、维护和企业安全生产信息化管理提出了更高的要求。本章对我国煤矿常用的监测监控系统作一简介。第一节KJ4煤矿安全生产监测系统一、概述(一)用途KJ4是以微机为中心的煤矿安全、生产监测系统。该系统由地面中心站、调制解调器、井下工作站、各种矿用传感器、矿用机电控制设备和矿用安全、生产监测软件组成。井下工作站、各种矿用传感器和矿用机电控制设备安装在煤矿井下具有粉尘、有害气体的危险环境中，对煤矿井下环境、火灾、通风设施、运输安全状况等各方面的安全生产信息进行实时监测与数据预处理，根据中心站预先给定的限值去控制报警与断电，并将安全生产信息传送到地面中心站。各种信息经中心站再次分析加工后，显示给地面工作人员，并可将某些必要的控制信息传送给井下分站，对井下设备实施控制，从而能够准确、全面地掌握环境情况，达到对灾害事故早期预测、预报以及对事故进行必要的处理。(二)系统特点该系统是以地面中心站为核心的分布式微机网络系统。中心站配有美国INTEL公司86／300系列微机及在IRMX86实时多任务操作系统支持下的实时多任务软件和交互式图形显示系统。井下分站是MC6803为核心的专用微机子系统。传输方式采用先进的移频键控技术，具有很高的抗干扰能力，在KC6001型调制解调器的支持下，可在井下形成半径25km的监控网。该系统允许接入VMl01B、VA216B、5001DG等美国先进的传感器。这些传感器精度高、运行稳定、可靠、标校方便。地面中心站的86／300系列微机为工业控制机型，适于长期运行，性能稳定可靠。系统中大量采用大规模集成电路和低功耗、高可靠性的CMOS集成电路，大大减少了硬设备的故障。FSK传输系统稳定可靠，并且在通信协议方面有相应的软件检错技术和各种诊断软件，提高了整个系统的可靠性。本系统按我国标准(防爆规程)设计报警、断电控制，按我国煤矿需要实现矿用软件的全汉字显示、打印。在井下供电系统方面，配置较为合理，电源体积小，重量轻，便于安装、搬运、备有8Ah备用电池，当交流电源断电时，备用电池自动投入工作，同时也可接入分散供电的电源箱。系统配置既适合于大型矿井，也适合于中小型矿井。在传感器配置中，做到国内传感器和国外传感器相结合(以国内传感器为主)，安全监控和生产监控相结合。系统具有进一步扩充的能力。(三)系统功能1.可以监测低瓦斯、高瓦斯、一氧化碳、风速、温度、压力、风门状态、风筒等环境参数，可监测机组位置、煤仓煤位、原煤产量、设备开／停等生产监控参数，做到安全监测和生产监控相结合。2.在系统监测的同时，操作员按要求进行数据处理，包括记录显示、超限控制、编辑和绘图。屏幕显示45个页面，每页可显示36个信息，每页中所显示的信息由操作员自行编辑，45个显示页面可随意调出。此外还设置一个超限页，只要调出此页，一切超限信息便一目了然，非常方便。3.中心站对分站的扫描可分主队和从队两种方式，操作员可按照需要对各分站安排不同的采样周期，实现对甚为关注的分站加强监测和观察。4.系统存贮48h的运行报告，反映出整个系统的运行情况。当运行状态改变时，系统根据定义自动记录。5.系统存贮一个月的全部模拟监测参数，形成趋势报告，并可进行屏幕显示，打印成图表。趋势报告每隔10min记录一次最大值、最小值、平均值。6.交互式的图形系统，操作员可在不间断监测的同时，联机完成图形编辑，绘制和修改都十分容易，调用图形方便。7.显示和打印全部采用汉字，用户操作简便。8.在不同的监测的同时，可联机定义系统中的各种传感器，联机设置各个分站和分站中的各个继电器。9.井下工作站有备用电池，当交流断电时，分站和传感器由备用电池供电，在最大负荷下，可连续供电2h。10.每一分站允许接入4个报警箱、4个断电控制，其中有两个为本地断电控制，另外两个为远地断电控制。11.分站初始化后，存贮地面中心站对该分站的报警、断电等控制要求。当通信电缆被砸断或和地面中心站失去通信联络时，井下分站仍能独立工作，按照预先给定的报警、断电要求实现控制。12.系统功能的扩充。系统允许随时扩充或删除分站，地面中心站具备多终端使用或向高一级计算机系统联网的能力。13.模拟盘系统将井下分站采集到的信息显示到模拟盘显示器上，并按操作员的要求对显示点进行修改。它可以显示255个模拟量，当模拟量和开关量混装时，每增加1～4个开关量，模拟量的数目就减少一个(如果全部为开关量，显示点不超过280个)。14.多终端系统可将地面中心站的监测内容作远距离异地显示，用户对显示内容可自行设置。每次可设置120个量，其中模拟量显示数值，开关量显示状态，并可根据用户设置的报警点进行报警显示等。多终端系统可对4～8个模拟量进行曲线显示，可对模拟量进行4～8h的历史纪录，可用人机对话的方式对要显示的参数进行选择和进行屏幕显示布置。多终端的传输距离不小于10km，终端数量原则上不受限制。15.KJ4系统可配接带式输送机监控子系统，可用于井下和地面各种恶劣环境，作为多条带式输送级组成的运输系统及其有关设备的集中监控装置。该子系统结构特点是：分级分布式系统结构，可靠性高，组合、扩展灵活；存储器可编程，能满足不同运输系统的要求；多种工作方式，实现系统的优化控制；模拟盘显示多种监测参数，操作简便。传感器配有：皮带速度、皮带跑偏、紧急闭锁、堆煤旋转开关、烟雾、温度、断带、皮带纵向撕裂、动目标微波监测装置等。执行器配有磁力启动器、灭火洒水装置、防尘洒水装置等。16.AU4型风电瓦斯闭锁工作站可作为KJ4系统分站使用，与KJ4系统的地面中心站进行联络，及时将各种数据传送到中心站，并可接收中心站发出的各种命令。它可接入4个模拟量、4个开关量(电流型或触点型)、5个开关量输出(其中1个为继电器本安触点输出，另4个为TTI。输出)。它具有各种自检功能。二、系统组成与工作原理KJ4系统由地面中心站、信号传输部分及井下分站等三部分组成，其系统框图如图7—1所示。(一)地面中心站地面中心站是以INTEL86／310—3A(35)为中心的微机系统，包括86／310—3A(35)微机一台、3H—Z汉字终端一台、640X400分辨率彩色图形显示器一套、OKl8320C汉字打印机一台和HKR软件一套。地面中心站中的微机是整个系统的核心部分，它在HKR应用软件控制下完成各项实时任务，包括：1.全部传感器数据和回送信息采集。2.对采集数据的处理和分析。3.报警与控制处理。4.数据记录。5.终端屏幕显示。6.图形系统显示。7.输出报表。8.各种传感器的定义和修改。9.绘图编辑。10.执行操作员的命令。上述各项任务均在IRMX86操作系统的支持下实时完成。微机系统与井下分站的信息交换是通过RS—-232C串行口及与其相连的传输部分进行的。图7-1KJ4煤矿安全监测系统工作原理图(二)传输部分主要由KC6001型调制解调器及四芯通信电缆组成。KC6001型调制解调器是系统中的一个重要部件，用来实现地面中心站计算机(一般型电气设备)与井下分站(矿用本安型)之间电气上的连接。它在系统中起三个作用：1.接收井下分站发来的经过调制的RS—-232C信号，并将其调制成符合IEEE标准的RS一232C信号，传送给地面中心站计算机。2.将地面中心站计算机发送给井下分站的以RS一232C传送方式出现的控制命令码加以载波调制，变成频移式正弦波信号向井下分站发送。3.井下分站是本安型电路，地面中心站计算机是一般型电路。KC6001型调制解调器装有电阻保护式安全栅，实现电气通信上本安和一般型电路的安全连接。KC6001型调制解调器把计算机输出的“0”信号调制成1070Hz信号；把“1”信号调制成1270Hz信号。井下分站向井上发送的信号中，2025Hz表示“0”信号,2225Hz表示“1”信号。KC6001调制解调器与井下分站的连接电缆为4芯带屏蔽通信电缆，其中两芯为发送线，另两芯为接收线，信号传输速率可通过跳接线选择300波特率或600波特率。(三)井下分站部分井下分站部分主要包括KJ2007A(B)(C)型井下分站，隔爆兼本安型电源箱,断电控制器，矿用本安型控制回路，电源箱开关等。1.KJ2007A(B)(C)型井下分站。井下分站与电源箱一起安装在井下，分站置于电源箱上部，用4条螺栓将它们连接在一起。若相互独立时，最远距离不超过1.5m。井下分站是以MC6803单片机为中心的8位微机系统，是井下工作站的核心部件。(1)单片机部分，单片机部分是支持CPU工作的最小系统。它包括单片机MC6803、程序存储器27C32、晶振、译码器等。启动分站电源后，存储在EPROM(27C32)中的分站工作程序立即开始执行，显示块将显示分站地址号。显示完毕后，显示块呈现“．”，表示分站巳执行完初始化程序，进入正常工作程序。MC6803进入工作循环后，首先判断是否在接收中断，以便接收完全符合接收命令格式的数据。若接收正常，则发送子程序，否则在主程序下对A／D的1～8模拟输入依此采样，并将此采样值与相应路数的报警值相比较，只要有一路A／D采样值高于其报警值，则其相应继电器动作，发出报警信号。若采样值不超限，则程序继续循环执行。当分站与中心站通讯中断时，分站始终执行上述循环。一旦主机向分站发出命令，分站CPU立即中断循环，响应IRQ。接收中断请求，使其进入接收中断服务程序，以便接收主机发来的命令。一旦命令接收完毕，分站CPU即进入发送子程序。此时，可根据主机的命令格式和类型，控制分站继电器动作，发送主机所需信息。(2)A／D部分：大多数传感器输出量为电压或电流信号，而计算机系统处理的信号，只能是数字量信号。A／D转换电路的功能就在于将连续的模拟信号转换成计算机所需要的数字信号。在进行A／D转换前先要对输入信号进行放大。运算放大器的主要作用是完成传感器与单片机之间阻抗匹配及电压补偿。当传感器输出信号是以电压形式送给分站时，传感器与分站之间传输线长度发生变化，必然引起分站所接受到的信号随之变化。因此，模拟量输入口放