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煤矿综合安全监控系统立项报告一、立项依据矿井监控系统是煤炭企业高产、高效、安全生产的重要保证。煤矿井下是一个特殊的工作环境，有瓦斯等易燃、易爆气体，有硫化氢等腐蚀性气体，有水温、温度等环境参数及设备的运行状态需要监测；还要对井下的非安本性设备进行控制。目前而言，从系统集成的角度来看，煤矿生产、管理的自动化与信息化水平相对不高，特别是煤矿安全生产监测监控系统尚没有行业标准、各厂家都是自行制定传输协议和接口标准，系统之间不能互通和兼容，存在“信息孤岛”现象。信息资源难于共享，监测系统、控制系统和管理系统不能实现联动。煤矿综合安全监控系统本着煤矿“装备现代化、系统自动化、管理信息化”要求，以煤矿的安全生产为前提，通过实现“三化”，达到减员、高效的目的。通过集中监测监控，减少值班人员、提高生产调度效率，实现安全生产、设备监控、集中调度的一体化管理环境。通过视频、监、测、控的有机结合，实现统一调度、统一监控的完美整合。实现对矿井人员、安全、设备、计划、报表等进行高效管理，帮助领导进行辅助决策。㈠国内外现状、水平和发展趋势监控子系统之间,监控系统与生产管理以及与生产调度系统之间存在数字鸿沟,即信息互不相通,导致无法将管理与生产监测信息紧密结合起来。从系统集成的角度来看,煤矿生产、管理的自动化与信息化水平相对较低,特别是煤矿安全生产监测监控系统尚没有行业标准,各厂家都是自行制定传输协议和接口标准,各子系统之间不能互通和兼容,存在“信息孤岛”现象,信息资源难于共享,监测系统、控制系统和管理系统不能实现联动。㈡项目研究开发目的和意义煤矿综合安全监控系统是各矿在生产、安全及管理方面的一个实时监测监控系统，对于煤矿的生产运行状况、安全水平、预测预报具有重要的作用。为了加强对公司下辖各矿的安全生产进行管理，利用现有网络了解各矿的安全生产情况，将各矿的各种监测数据、各矿调度信息以及各矿的调度信息系统成在公司调度室，组建为一监控子网，使公司各个部门及领导可在网上浏览各自所需的信息。并将各矿的安全监测信息系统与管理信息系统有机结合，加强企业内部协作与通信，提高生产和管理效率，增强企业的市场竞争力，使煤矿企业的信息化进程实质性的跨上一个新台阶。㈢项目达到的技术水平及市场前景发展安全高效煤矿，推进煤炭资源整合，是国务院“十二五”规划纲要对煤炭行业的要求。煤矿安全生产“十二五”规划,更是提出了，煤矿井下安全避险“六大系统”工程，煤矿瓦斯综合治理示范工程，煤层气地面开发利用示范工程，供电、井下运输、排水、提升等系统安全技术及防灭火工程，矿井水害治理工程，小煤矿安全改造工程这6个煤矿安全生产水平提升工程。综合安全监控系统研制成功后，将是目前矿山安全领域的先进产品，有着旷阔的市场前景二、研究开发内容和目标㈠项目主要内容及关键技术综合安全监控系统的组网如图所示：如上图所示，本系统由煤矿环境监测系统、生产设备检测系统、生产人员监测管理系统、煤矿现场管理安全排查系统组成，其中煤矿环境监测系统包含：瓦斯监控、顶板监测（离层、压力）、火灾监测（CH4、氧气、烃类、烯类、温度），水位监测。生产设备检测系统包含：胶带温度监测、电缆温度监测、设备振动监测。生产人员监测管理系统包含：人员定位系统等系统。煤矿现场管理安全排查系统包含：无线视频、无线电话、无线PDA。项目主要开发内容：1、煤矿综合安全监控系统由灾害预警综合信息平台，专用监控平台、64台综合分站系统组成，综合分站系统由分站和隔爆兼本安电源电池箱组成2、综合分站进一步包含分站主板3、综合分站进一步包含电话调度子系统4、综合分站进一步包含视频监控子系统5、综合分站进一步包含工业现场总线子系统6、综合分站进一步包含工业以太网子系统7、综合分站进一步包含数据采集子系统8、综合分站进一步包含WiFi通讯子系统9、综合分站进一步包含人员定子系统10、隔爆兼本安电源电池箱11、隔爆兼本安电源电池箱进一步包含电源管理模块12、隔爆兼本安电源电池箱进一步包含电源管理模块13、隔爆兼本安电源电池箱进一步包含电池充电管理模块14、隔爆兼本安电源电池箱进一步包含12V本安电源模块15、隔爆兼本安电源电池箱进一步包含21V本安电源模块16、专用监控平台进一步包含瓦斯监控平台17、专用监控平台进一步包含顶板检测平台18、专用监控平台进一步包含火灾检测19、专用监控平台进一步包含水位检测20、专用监控平台进一步包含胶带、电缆温度检测21、专用监控平台进一步包含设备震动检测22、专用监控平台进一步包含人员定位系统平台23、专用监控平台进一步包含无线通讯平台24、灾害预警综合信息平台包含系统联动预案处理、事故抢修、应急指挥、预警预案研究和事件评估项目关键技术如下：1）使用百兆以太网接口作为成帧器，实现64个分站与地面通讯控制器组成光纤自愈环网。环网保护倒换条件参照SDH的保护原理，故障恢复时间在50ms之内。2）分站间的通讯，采用定时的以太网帧，使得传统的TDM业务同IP/以太网数据的转换方便可靠，并使传统的TDM业务与IP/以太网业务可以在一个统一的平台上传输和交叉连接，实现监控数据、工业视频、调度电话综合传输3）设计通用背板总线，实现语音、视频、数据采集和检测控制各子系统同的自由组合。4）设计精准的授时系统，使授时精度达到1ms，系统的同步信号精度为15.6us，可实现检测数据大范围的同步采集5）分站及传感器全面实现了智能化和红外遥控调校、设置。分站模拟量和开关量端口可任意互换，并支持多种信号制，有实时数据存储能力。6）具有自检功能，可对分站、电源、传感器、电缆等设备进行诊断，能报警和记录并自动切断故障支路。有完善的多级口令保护功能。7）系统可监测瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温度、风门开关等环境参数，也可监测煤仓煤位、水仓水位、压风机风压、箕斗计数、各种机电设备开停等生产参数和电压、电流、功率、电度等电量参数，以及胶带跑偏、胶带速度、轴承温度、机头堆煤等各种机电设备的运行情况。8）传输系统故障时，井下分站可继续独立工作，并可以保存12小时监测数据，等传输通道恢复后，再将历史数据上传9）设计1路12V/1.5A和5路21V/0.6A的隔爆兼本安电池电源箱，以满足综合分站的用电要求10）㈡技术创新点（国家有关部门、全国（世界）性行业协会等具备相应资质的机构若颁布相关技术参数或标准，应提供。）1、综合实时通讯及多系统综合监控分站综合分站采用实时通讯系统，可以综合实现生产安全监测、工业电视、调度电话接入、工业以太网、工业现场总线数据等多种信号的传输。系统由煤矿环境监测系统、生产设备检测系统、生产人员监测管理系统、煤矿现场管理安全排查系统组成，其中煤矿环境监测系统包含：瓦斯监控、顶板监测（离层、压力）、火灾监测（CH4、氧气、烃类、烯类、温度），水位监测。生产设备检测系统包含：胶带温度监测、电缆温度监测、设备振动监测。生产人员监测管理系统包含：人员定位系统等系统。煤矿现场管理安全排查系统包含：无线视频、无线电话、无线PDA。2、分布式高速同步采集系统分站间的数据传输通过定时发送以太网帧实现，百兆帧的每个bit的承载带宽与传统的TDM业务每bit的承载带宽相同，都是512K，使得传统的TDM业务（话音、视频），同IP/以太网数据的转换方便可靠，并使传统的TDM业务与IP/以太网业务可以在一个统一的平台上传输和交叉连接。这种高效的实时协议，使得端到端的延时为15.6us,在此基础上的实时授时系统，其精度可以在100us以内。通过这个授时系统，可以使128分站的2048个数采通道“同时”采集数据，时间误差在100us以内3、同步以太网背板总线使用百兆以太网时钟同步技术，实现主板MB与各业务板的时钟同步和数据传输。MB板与业务板通过100M以太网PHY连接，业务板提取线路收时钟（RXC）和接收有效信号（RXDV），将这两个信号作为业务板的发送时钟（TXC）和发送有效信号（TXDV），这样业务板就与主板实现收发数据同步，原理如图所示PHYMPHYS25M25MTXCRXCTXDRXDRXDVTXDVTXCTXDTXDVRXCRXDRXDVUHWDHW时钟提取UHWDHW4、多通道实时报警由于分站间采用了多通道传输技术，系统除了传统的巡检方式外，还增加了配置下发数据通道，历史数据上传通道和告警数据上传通道，告警通道是分站与通讯服务之间建立的“点到点”链接，使得系统的告警时间大为缩短，在128个分站的最大配置情况下，异地断电的完成时间为600ms㈢主要技术指标系统容量：系统可以支持128个分站，人员识别卡16384个。光传输规格：波长：1310nm/1550nm速率：100Mbit/s发光功率：-4～-8dbm（1310nm）,0～5dbm（1550nm）接收灵敏度：-28dbm提供物理层及业务层的保护功能，保护倒换时间50毫秒最大传输距离传感器及执行器至分站之间的最大传输距离2㎞（使用MHYVR型电缆，电缆截面积1.5㎜2，直流电阻12.8Ω/㎞，分布电感0.8mH/㎞，分布电容0.06μF/㎞）；分站至MCTP-M宽带接入器、分站至分站之间最大传输距离10㎞。以太网规格：以太网接口速率：10M/100M/1000Mbit/s标准：IEEE802.3IEEE802.3u100BaseTxIEEE802.3x总线数据规格：接口种类：CAN、Profibus、FSK,DPSK、RS485/RS232/RS422速率：0—57.6kbps（自适应）协议/标准：RS232、RS485、RS42、CAN支持的协议包括：Xmodem、Zmodem、Ymodem、Kermit、ModenBUS、PROFIBUS话音接口规格：环路阻抗：FXO600Ω；FXS1.8KΩ环路电流：≥23mA收铃灵敏度：≤100mVA保护特性：YDN065－1997标准音频特性：300～3400Hz音频阻抗：600Ω模拟视频规格：信号制式：PAL/NTSC制可选；信号输出电平：1Vp-p信号输出接口及阻抗：BNC接头，75Ω阻抗视频通道：压缩H.264速度：每秒1-30幅（可编程）带宽4Mb/s可调本安参数规格：Ui:12.1V，Ii:910mA，Ci:0.2nF，Li:0mH。模拟量规格：电流型信号范围：1mA～5mA。频率型信号范围：200Hz～1000Hz，输入高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输入低电平时应不大于0.5V（输出电流为2mA时），其正脉冲和负脉冲宽度均不得小于0.3ms。开关量规格：无源接点信号：截止状态输入时，漏电阻应不小于100kΩ；导通状态输入时，电压降应不大于0.5V（电流为2mA时）。截止状态表示停；导通状态表示开。直流电流信号：0mA、+5mA（+5mA表示开；0mA表示停）。直流电流信号：+5mA、0mA、-5mA（+5mA表示停；0mA表示断；-5mA表示开）。控制量规格电平型信号：输出高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输出低电平时应不大于0.5V（输出电流为2mA时）。无源接点信号：截止状态输出时，漏电阻应不小于100kΩ；导通状态输出时，电压降应不大于0.5V（电流为2mA时）。累计量规格：输入高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输入低电平时应不大于0.5V，其正、负脉冲宽度应不小于0.3s，正、负脉冲的转换时间应不大于5ms。三、研究开发方法及技术路线1、设计思想依据本项目的设计思想主要基于以下几个方面：公司大部分研发人员具有传输、交换、接入、煤矿安全监控产品的研发经验，其中有六名人员有十年以上的相关开发经历。熟知矿山安全生产的市场需求。汲取了国内外各类矿山环境监控系统、生产设备监控系统、生产人员监测管理系统的优缺点，在公司特有的MCTP多通道工业以太网的架构上设计煤矿综合安全监控系统，其关键技术在以往研发的MCTP设备中和KJF45安全监控分站中得到验证。煤矿安全生产是矿山行业关注的热点，也伴随着新技术、新标准的出现和新产品的不断完善。项目产品的成功研制和应用为煤矿安全生产设备提供了新的思路，尤其为我国矿山安全生产提供