7监测监控系统分站系统

第七章分站式监控系统讲授：薛鹏骞电子信息系自动化教研室本章主要内容1.监控系统概述2.KJ83分站式监控系统的功能结构3.KJ83N型煤矿综合监控系统4.KJ95型矿井监控系统5.KJ4-2000型矿井监控系统本章主要介绍监控系统组成、功能及典型分站式监控系统实例。内容有KJ83安全监控系统和分站主要功能、软件及硬件电路，KJ83N型煤矿综合监控系统及分站工作原理，KJ83监控操作系统与应用，KJ95、KJ4矿井监控系统的信息传输控系统及其主站、分站通信工作原理等。一、监控系统概述煤矿安全监控系统的主要功能：1)环境监测：主要监测煤矿井下各种有毒有害气体及工作面的作业环境，如甲烷气体浓度、一氧化碳、氧气浓度、风速、负压、温度、烟雾等，实时数字量显示。2)生产监控：主要监控井上、下主要生产环节的各种生产参数和重要设备的运行状态参数，如煤仓煤位、水仓水位等模拟量；水泵、提升机、胶带机、采煤机等运行状态和参数等，实现生产的自动监测与监控。监控系统的组成：主站分站传感器分站传感器分站传感器传感器传感器传感器总线图7-1一般矿井监控系统一般矿井监控系统的组成：（1）主要采用主站（或中心站）、分站、传感器（包括执行机构）的3层结构。（2）每一个传感器采用一根电缆与分站相连，构成星形结构。分站与主站一般采用树形结构(或环形、星形结构)，分站与现场设备之间采用模拟信号传输。信号制式采用模拟量1~5mA或200~1000Hz，开关量为有无电位接点、1~5mA和200~1000Hz。（3）供电方式为分站集中供电或传感器就地供电（4）分站与井上主站之间采用异步数据通信方式监控系统工作过程：（1）由传感器对煤矿井下各种环境参数、重要设备运行状态进行实时监测，并将信号实时显示或发出报警信号，再传至地面中心站（主站）（2）中心站监控软件显示分析、处理后将信息发送给井下分站，由分站执行控制信号。（3）中心站实时存储井下发送来的各类数据和时间，生成数据库和报表，并进行超限提示、报警等。（4）同时通过局域网数据上传给管理层，以进行信息决策。一般矿井监控系统的缺点：（1）系统存在传输电缆用量大，成本高，可靠性差等问题（2）而且传感器必须经分站接入系统，存在信息传递的“瓶颈”问题。（3）由于采用主从式结构，主站的可靠性将影响整个系统，当主站发生故障时会造成系统瘫痪。（4）现有的煤矿监控系统大量使用了串行通信总线,如RS-232、RS-485或基于上述的调制解调器传输方式等。一般采用主从式结构，分站缺乏统一的规范和通信协议。传感器和控制器等多为非智能化设备，一些监控子系统也没有设置现场总线接口。分站式矿井现场总线监控系统：主站分站智能传感器分站智能传感器分站智能传感器智能传感器智能传感器智能传感器矿用现场总线图7-2分站式现场总线监控系统工作站智能仪表矿用现场总线智能仪表智能仪表……图7-3矿井现场总线监控系统上述两种总线：采用CAN总线技术既可以是主从方式工作，也可以在无主方式下工作，当以无主方式工作时，网络上的任意节点均可在任何时刻主动向其他节点发送信息，提高了系统的可靠性，克服了主从式网络主节点的传输瓶颈问题。一种实际矿井总线监控系统：二、KJ83分站式安全监控系统（1）KJ83型煤矿安全监控系统是由我国煤炭科学研究总院研发的产品，主要用来监测、监控煤矿井下各种有毒有害气体、各种机电设备的工作状态。（2）该系统软件采用数据库技术、多进程和多线程的并行技术，增强系统的实时通信能力，为用户提供高效、稳定、实时性强的矿井安全监测参数数据采集、存储、管理和分析功能，可运行于in98/2000/XP系列Windows平台。图7-5KJ83煤矿安全监控系统原理图传输接口1.监控系统组成：KJ83煤矿安全监测、监控系统由地面中心站、调制解调器、井下分站、各种矿用传感器、矿用机电控制设备及KJ83安全监测、监控软件组成。监控系统工作过程：（1）监控主机接收各监控分站上传的信息，各监控分站按照一定的采样周期对该分站所连接的各传感器信号(开关量、模拟量和累计量)进行检测。（2）当需要对井下供电设备进行控制时，监控主机将控制命令传给分站，由分站通过控制端口输出控制信号，达到控制井下供电设备的目的。（3）监控主机：将接收到的各种传感器实时信号进行处理和存储，通过显示器、大屏幕等显示。可显示各种传感器数据的实时或历史曲线、柱状图等，打印各种报表；同时可通过数据上传软件将监测数据上传至监控中心。（4）KJF39型监控分站（以下简称分站）：以AT89C52微处理器为核心的微处理机系统。主要任务：将传感器对矿井实时采集的数据参数，处理后实时地向地面主机传送；接收和执行地面主机发出的各种控制命令，完成对关键生产场所的安全监测与控制。2.KJ83监控系统主要技术指标(1)系统容量可配接64个监控分站；A型分站：8路模拟量、8路开关量输入，6路开关量输出；B型分站：4路模拟量、4路开关量输入、4路开关量输出；(2)信息传输采用FSK移频键控两芯无极性传输传输速率:1200bps或2400bps最大传输距离：不小于15km误码率：≤10－8系统巡检时间：≤25s精度：相对误差≯0.5%(3)传输性能可靠a.信息传输采用FSK移频键控技术，抗干扰能力强，传输故障率低。采用两芯电缆无极性传输，输入输出隔离，具备独特的防雷特点；b.传输接口装置是一个智能接口，它能跟据中心站软件对它的初始化参数巡检整个系统分站，减少主机数据调用、处理控制时间，且使整个系统运行可靠性提高；(4)数据存储整个系统采用“变值变态、疏密结合、数据库动态生成”的存储方法，使系统的数据存储更为合理。3.系统特点：（1）系统监测监控瓦斯等环境参数，以及主扇、局扇风机开停等生产运行参数。系统实现了风电瓦斯闭锁功能和全矿井的瓦斯超限断电功能（2）系统能够监测监控电流、电压、电量、顶板压力、位移等参数，并且提供了对顶板压力、位移的报警分析。（3）系统软件运行在Windows2000/2003/XP等中文操作平台上，采用多进程多线程技术实时并发处理多任务技术、net技术、数据库技术编制，软件功能丰富。（4）系统软件采用“变值变态、疏密结合、数据库动态生成”的数据存储技术，使数据存储的容量只和计算机的硬盘容量有关，解决了数据维护的问题。（5）系统软件具有短信息收发功能，可以将异常数据以短信的方式发送到管理人员的手机上（6）系统配有专用的组态图形编辑软件，用于动态图元素和煤矿巷道的绘制。所有的动态、静态图形都可由矿方操作人员绘制。（7）系统软件具有二次数据定义的功能。实施各种复杂的逻辑关系，如不同分站的断电控制、几个风门的联动报警、将风速计算为风量、将提升的箕斗数计算为产量等；（8）系统的监控设备、配套传感器、执行器种类齐全，传感器配有遥控器，调校方便、使用寿命长（9）系统配套的分站都能实现风电甲烷闭锁、甲烷超限断电仪的功能；脱离系统分站可独立运行并且能实现风电甲烷闭锁；传感器参数在地面中心站定义生成，下发到分站，实现分站免编程。（10）系统配套的分站的模拟量端口与开关量端口可互换，能显示日期、时间、供电状态和分站的地址、波特率、通讯状态。（11）系统能与KJ236人员定位考勤系统和KJF-05主通风机在线监控系统共缆运行,减少投资。（12）系统向外提供统一的数据接口，便于管理部门联网监管以及与其它数据分析系统实现资源共享7.2.2监控分站及主要功能型号含义：KJF39分站监测监控矿用序号KJF39监控分站内含本质安全电源，具备采集、显示井下各种安全参数数值、设备运行状态以及接受主机命令传送数据和状态信息：具备甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。传输线断线或中心站软件故障时，分站仍可独立工作，确保井下安全生产；主要技术指标：容量：模拟量输入4个；开关量输入4个；控制量输出4个。输入信号制式：模拟量200～1000Hz、0～200Hz、0～400Hz、200～600～1000Hz；开关量：0～5mA。控制输出：断电继电器接点容量AC220V5A；DC12V。1.通用分站功能分站作为通用分站具备如下功能：（1）分站能按照预先设定，自动循环采集各种传感器信息。（2）分站能与地面中心站主机进行通讯，接受主机命令信息，执行切断被控设备电源等操作（3）分站能以一定的时间间隔循环显示被测参数数值，显示开关量状态，。（4）分站具有甲烷超限报警功能，由传感器发出声、光报警信号。当甲烷浓度恢复到预置的报警值以下时能自动解除报警。（5）分站具有甲烷超限断电及闭锁功能，当被监视区域风流中甲烷浓度达到预置的断电点浓度时，输出切断被控区域电源开关的控制信号并闭锁；当被监视区域风流中甲烷浓度降到预置的复电点浓度时，能自动解锁。断电点设置连续可调。2.风电甲烷闭锁装置功能分站作为风电甲烷闭锁装置时，配接三路甲烷传感器和局部通风机开停传感器，具有以下功能：（1）当掘进工作面甲烷浓度达到1.5%CH4时，装置输出切断被控区域动力电源信号并闭锁；当甲烷浓度低于1.0%CH4时，装置能自动解锁。（2）当掘进工作面回风流的甲烷浓度达到1.0%CH4时，装置输出切断被控区域动力电源信号并闭锁；当甲烷浓度低于1.0%CH4时，装置能自动解锁。（3）当串联通风掘进工作面入风流的甲烷浓度达到0.5%CH4时，装置输出切断串联工作面动力电源信号并闭锁；当甲烷浓度低于0.5%CH4时，系统能自动解锁。（4）当局部通风机停止运转或风筒中风速低于规定数值时，装置输出切断被控区域动力电源信号并闭锁；当局部通风机恢复正常工作时，装置能自动解锁。（5）当装置所配接的设备出现故障或断电时，装置输出切断被控区域动力电源信号并闭锁；当配接设备恢复正常时，装置能自动解锁。（6）当装置所配接的设备接通电源1min内，继续闭锁被控区域动力电源；当配接设备正常工作时，系统装置方能自动解锁。3）根据中心站定义，分站具有接受异地分站控制或控制切断异地电气设备功能；4）当交流电源停电时，后备电源能自动投入工作（时间2h）。7.2.3监控分站结构特征1.结构防爆型式监控分站防爆型式为隔爆兼本质安全型结构。2.电源部分电源为隔爆腔体内，输入为AC380V/660V电源。输出为五路本安电源至本安腔，腔内装有2Ah电池。电源组成：（1）输入变压器（2）备用电池（3）电源板：开关稳压电路模块；本安电路；电池充放电路；（4）接线端子3.信号处理部分：信号处理部分在本安腔内，为本安结构，三部分组成：（1）分站信息板（2）传感器输入插座（3）传输接口插座4.断电控制部分4路断电输出，继电器，在隔爆腔电源板上，由分站主板直接控制。断电输出可控制4路机电设备。分站电源板上提供远程断电控制输出端子，可连接外部远程断电器。7.2.4电路结构及工作原理KJF39型监控分站共有两个主要部件：信息板和电源板。电路集中在主控信息板上，监控分站通过监测管理软件可实现单片机与地面主机的通讯、模拟量和开关量数据接收、处理以及风电瓦斯闭锁等控制。LED数码管用于显示监控数据和状态。监控分站硬件框图如图所示。监控分站原理框图电源板信息板本安腔隔爆腔1）信息板图7-6单片机电路单片机串行存储器晶振电路(11.0592M)拨码开关EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U7VCC8WP3SI5/CS1VSS4SCK6SO2RESET7U14C8C9Y1123456789J1+5VT0R7+5VT1T1RSTRSTINT0P00P01P02P03P04P05P06P0712345678161514131211109S1P10P11P12P13P14P15P16P17RXDTXD单片机兼有看门狗Vin1G