KJ90NB技术说明.doc

1 KJ90NB瓦斯监控系统技术说明1.1 概述本次设计采用我院具有自主知识产权、符合AQ6201-2006新标准要求的KJ90NB煤矿安全监测监控系统。我院具很强的产品研制开发能力，特别是在矿井安全监测仪器仪表、各类传感器、断电控制器、计算机软件及监控系统等方面有雄厚的技术实力。所有这些产品的技术含量、产品质量、系列化、产品种类、售后服务保障及产品技术支持在国内都属一流，许多其它型号的煤矿监控系统都选配我们的产品为其配套，有很大的市场占有率。随着监测技术的不断发展，重庆研究院还在不断的研制开发新产品或已有产品的升级换代，特别是国家计委投资2500万建设的“国家煤矿安全技术工程研究中心”（建设一条仪表生产线、一条机械装备生产线、三个安全实验室）为我们提供了更好的后续发展能力。KJ90NB煤矿安全监测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中煤科工集团重庆研究院一家研制、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。1.2 设计依据本方案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，以满足矿井对监测、监控等管理信息有效获得的需要。设计依据为：l 煤矿安全规程l 矿井通风安全质量标准化标准l 矿井通风安全监测装备使用管理规定l 煤矿监控系统总体设计规范l 煤矿监控系统中心站软件开发规范l 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求l 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l 煤矿安全质量标准化标准l 煤矿安全监控系统通用技术要求(AQ6201-2006)2006.05l 煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范(AQ1029-2007)2007.041.3 系统结构及工作原理1.3.1 系统结构系统由主要由三部分组成：地面中心站地面中心站是整个系统的大脑，只要用于设置、实时显示并存储环境参数。地面中心站主要由监控主机、系统软件和其它计算机周边设备组成，并包含防雷设备。分站分站主要是为传感器提供电源和接收传感器数据，并把数据通过工业以太网传输到地面主机。传感器及控制器传感器主要是采集井下的环境参数，传感器的种类比较多，如：瓦斯、一氧化碳、风速、烟雾、开停、馈电等。控制器是系统断电的执行器，在异常情况下接收分站发来的断电信号，切断井下的工作电源，防止意外事故的发生系统结构如下图：图 11： KJ90NB煤矿安全监控系统结构示意图1.3.2 工作原理本系统主要是采集井下的瓦斯浓度、一氧化碳浓度、烟雾及风机运行等参数，在地面机房进行24小时不间断监测；并在以上参数异常的情况下自动报警，并切断工作电源，达到矿井安全生产的目的。系统工作原理如下图：图 12：井下环境监测系统断电方案1.4 传感器布置原则1.4.1 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。1.4.2 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。1.4.3 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。1.4.4 机电硐室传感器设置1.4.5 其他传感器设置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。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1015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)。1.5 系统主要特点1.5.1 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功能，从而为实现远程异地自动控制和数字逻辑运算提供可靠手段。异地控制与监控分站和智能传感器输出控制组成三重控制，从而保证气体超限断电，万无一失。7) 监控数据采用先进的变值变态分时存储技术，存储时间长，监控系统的历史数据连续存储时间可达10年以上。1.5.2 硬件方面1) 中煤科工集团重庆研究院是专业从事煤矿安全技术的专业研究院，有很强的技术实力，具有独特的技术优势，运用于系统的井下设备在质量及性能方面在国内属一流，而且我们一直在跟踪当今先进技术，不断地完善和发展；2) 自主开发了各种型号规格的智能监控分站和电源箱，形成了三代产品6种系列，可满足不同用户需求，且在产品体积、重量、性能等方面较国内同类产品具有较大优势。3) 在各类传感器及断电器方面KJ90NA安全监控系统是国内自配套性较强的系统之一，其各类主要传感器及断电器由自己生产制造，传感器种类齐全，断电器有多种系列可以选用，完全能满足用户的不同需要，具有很高的性价比。4) 系统分站大容量本安电源技术：设计减流型与截流型相结合的快速反应功率安全栅保护电路,实现大容量本安电源输出，并具有保护自恢复功能,提高本安输出带载能力。针对AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术条件要求，研制开发的矿用隔爆兼本安直流稳压电源，传输距离达到2.5Km以上，为矿井远距离传输节约大量电缆。5) 系统分站宽压开关电源技术：采用高效率的单片开关电源芯片，设计宽输入高效率开关电源电路，适应矿井电网电压波动，提高电源输出带载能力。6) 系统分站备用电源智能充放电管理技术：针对矿井安全监控系统的要求，设计备用电源无缝隙交直流切换、合理的充放电保护电路及充放电管理程序设计，提高备用电源的可靠性和使用寿命。7) 在各类传感器及断电器方面KJ90NA型煤矿安全监控系统是国内自配套性最强的系统，其各类传感器、断电器全部由自己生产制造，传感器种类齐全，断电器有多种系列可以选用，完全能满足用户的不同需要，不但如此，我们生产的各类传感器、断电器等还给国内许多系统配套，在市场上占有很大的份额，许多传感器如瓦斯、风速、烟雾、CO等属国家“六五”、“七五”、“八五”、“九五”攻关成果，具有很高的性价比。8) 目前中煤科工集团重庆研究院具有三代分站设备，每一代具有其独特的功能，可以满足不同用户的需求，并且我们的产品已经大量在市场应用并得到用户好评。9) 全系列监控分站均具有2小时实时监控数据存储功能；均配置了标准RS485智能通讯接口，支持各种智能通讯仪器、设备直接接入系统。10) 系统配备的断电器均具有断电反馈功能，系统软件具有断电回控比较指令，可完全确保断电的可靠性。11) 监控分站及传感器实现了智能化，调校均采用红外遥控方式，操作简单方便。12) 系统配备的各型监控分站均采用高性能32位嵌入式芯片，极大地提高了系统的运行速度和稳定性，同时全部具有监测信息“黑匣子”功能。13) 各型智能监控分站选用新型非易失性存贮器，所有数据掉电不丢失；独具的断电次数、断电时间、设备开停次数，开停时间累计功能，避免了因系统通讯线路出现故障时，误计累计时间，累计次数的缺陷。14) 各型智能监控分站自带高精度时钟，具有各路传感器供电电压的检测功能。15) 分站具备掉电闭锁功能；当分站掉电（指交直流供电均无）时，立即切断与闭锁控制相关的设备电源并闭锁；当分站复电并工作正常、稳定运行后，自动解锁。1.6 系统主要功能1.6.1 地面中心站部分1) 数据采集功能具有甲烷、风速、风压、CO浓度、温度等模拟量采集、显示及报警功能。具有馈电状态、风机开停工况、风筒状态、风门开关、烟雾等开关量采集、显示及报警功能。具有瓦斯抽放量监测、显示功能。2) 报警及控制功能具有甲烷浓度超限及系统异常状态声光报警和自动断电/复电控制功能。系统具有地面中心站手动遥控断电/复电功能，并具有操作权限管理和操作记录功能。系统具有异地断电/复电功能。系统具有移动瓦斯泵闭锁功能：当瓦斯泵排气口下风侧甲烷浓度达到规定时，切断瓦斯泵电源并闭锁；当瓦斯泵排气口下风侧甲烷浓度低于复电浓度时，自动解锁。3) 存储和查询功能系统具有以地点、名称为索引的存储和查询功能。4) 显示功能系统具有列表显示功能：系统能在同一时间坐标上，同时显示模拟量曲线和开关状态图等。系统具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能；能在同一坐标上用不同颜色显示最大值、最小值、平均值等曲线。系统具有开关量状态图及柱状图显示功能。系统具有模拟动画显示功能。显示内容包括：通风系统模拟图、相应设备开停状态、相应模拟量数值等。具有漫游、总图加局部放大、分页显示等方式。系统具有系统设备布置图显示功能。显示内容包括：传感器、分站、电源箱、断电控制器、传输接口、和电缆等设备的设备名称、相对位置、运行状态等。5) 打印功能系统具有报表、曲线、柱状图、状态图、模拟图、初始化参数等召唤打印功能。报表内容包括：模拟量日（班）报表、模拟量报警日（班）报表、模拟量断电日（班）报表、模拟量馈电异常日（班）报表、开关量报警及断电日（班）报表、开关量馈电异常日（班）报表、开关量状态变动日（班）报表、监控设备故障日（班）报表、模拟量统计值历史记录查询报表等。6) 人机对话功能系统具有便捷、人性化人机对话功能，便于系统生成、用户管理、参数设置修改、功能调用、控制命令输入等。7) 自诊断功能系统具有自诊断功能。当系统中传感器、分站、传输通道、电源、断电控制器、传输电缆等设备发生故障时、报警并记录故障时刻和故障设备，以供查询和打印。8) 双机切换功能系统具有双机切换功能。系统主机为双机备份，当工作主机发生故障时，备份主机投入工作。9) 备用电源功能系统具有备用电源。当电网停电后，可保证系统持续供电时间不少于2小时。10) 数据备份功能系统应具有监测数据人工和自动定时备份功能。11) 软件其他功能 系统监控主机、网络终端、图形工作站全面预装Windows2000/XP/Web操作系统和最新版的监控软件、图形监控软件、报表处理软件、人员管理软件及终端软件。 操作采用全汉字菜单及窗口提示，配有（智能）全拼、双拼、五笔及区位码等多种汉字输入方法，人机界面友好，全面遵循Windows窗口风格，鼠标操作，通用性好，可操作性强。 监测图页静态和动态编辑作图对用户开放，支持多种图形格式，鼠标和键盘均可操作。在系统进行实时数据采集的同时，系统可进行记录、显示、分析运算、超限报警控制、查询、编辑、动态定义、网络通信、绘制图形和曲线并打印实时报表、超限报表和班、日、月报表等。 屏幕显示为页面式，图形文本兼容，每页显示的信息由用户自行定义编制，直至屏幕显示满为止，显示页可随意调出。在监测显示画面中，可对数值、转动、位移、往返、仓位、流量、电量、人员位置信息等根据监测量实现功能强大的模拟动画显示。 系统中心站及网络终端以局域网（NT）方式联网运行, 使网上所有终端在使用权限范围内都能共享监测信息和系统综合分析信息、查询各类数据报表，网络通信协议支持TCP/IP、NETBUI等。 可以在地面中心站连续集中监测处理多种环境和工况参数，模拟量和开关量可实现任意互换。 监控软件提供有控制软件包，控制逻辑可由用户设置编排。具有井下任一分站的测点超限而由另一台分站控制断电的异地交叉断电功能。同时还具有传感器就地、分站程控、中心站手控三级断电能力，并且系列分站均具有风、电、瓦斯闭锁功能。在紧急情况下，系统操作人员可在地面中心站向井下分站直接发送控制命令，从而控制井下电器设备的断电或声光报警。 系统对采集到的数据进行实时分析处理，以数值、曲线、柱图等多种形式进行屏幕查询显示和打印,并形成相应的历史统计数据(每个模拟量测点的最大值、最小值、平均值;每个模拟量测点24小时内的最大值、最小值、平均值及确切时间;每个模拟量测点超限或故障的时间及次数累计值;每个开关量测点24小时内的开停及故障累计次数和累计时间), 系统采用变值变态分时存储技术，可存储十年以上的历史数据，供有关人员随时查阅和打印。 系统具有很强的自检诊断功能, 能及时发现系统自身配置设备事故，并在屏幕上以文本或图形方式直观显示，同时发出语音自动报警，并指出故障位置和原因。还能在屏幕实时弹出信息窗，供维护人员查询打印，并将其记入运行报告文件。可查询非正常状态的开始时间及持续时间。 系统对各分站监测点的瓦斯浓度或其它模拟量参数每天形成班、日报表，并形成瓦斯浓度及其它模拟量参数的分析趋势图,可随时查询打印；开关量每天形成班、日报表。 联机定义或修改系统中的各种传感器、分站及控制器的类型、安装位置及控制通道。对模拟量传感器的上下限报警、断电值可多级别定义。系统配置灵活,允许用户随时接入或删除分站、传感器、断电器。 系统具有良好的开发性和扩展性，集成方式灵活,用户可根据实际需要进行扩展。可扩展接入诸如瓦斯抽放、工业电视、电网监测、人员信息等多个子系统,形成一套集安全监控、生产调度管理、局矿办公自动化网络于一体的计算机监控网络综合系统。有广域网接口，易于形成互联网络。 系统表格采用EXCEL格式，可由用户任意编排,或由矿方提供具体报表格式，以满足各监测管理数据报表的形成输出。 系统组态方式灵活,监控主机对分站采用主从队列两种扫描方式,操作员按照需要对各分站安排不同的采样周期,实现对重点分站加以监控。 系统监测处理参数的类型丰富，模拟量有瓦斯、风速、负压、温湿度、CO、氧气、烟雾、水位、电流、电压、功率、煤位等；开关量有设备开停、风门开关、馈电状态、电网刀闸等。 监控软件具有很强的作图能力,并提供有相应的图形库,操作员可在不间断监测的同时,容易地实现联机并完成图形编辑、绘制和修改。 系统软件设有多级口令保护,只有授权人员才能登录操作,有效防止了系统数据的损坏和病毒感染。软件运行可靠性高。误操作时有声音、对话框提示。 在实时监视画面，可对屏幕任意显示测点单击鼠标右键，弹出快捷菜单，快速的查询该点的数据、曲线、定义、运行状况等信息。 查询可同时显示六个测点的曲线并可通过游标获取相应的数值及时间，显示曲线可进行横向或纵向放大。查询时间段可任意设定(最小一个小时,最大一个月)。同时提供有对曲线的分析、注释文字编辑框。 断电控制具有回控指令比较，可确保可靠断电，当监测到馈电状态与系统发出的断电指令不符时能够实现报警和记录。 系统软件具有用户自主选择数据信息分类显示处理功能。 自动监测瓦斯抽放系统管道瓦斯浓度、管道压力、管道温度、管道工况及标况混合流量、管道CO浓度等管道参数； 根据以上管道参数自动计算出管道标况纯流量； 自动统计出管道标况混合流量和管道标况纯流量的年、月、日累计量。1.6.2 井下分站和电源1) 井下分站含备用电源，当交流断电时，分站与传感器由备用电源供电，可连续供电2小时以上。2) 系统分站有多种系列供用户优化配置，分站初始化后，可存储地面中心站对该分站的报警断电等控制设置，而且分站可以就地通过红外遥控器进行手动初始化。3) 在井下分站完全断电情况下之后恢复供电，即使井下分站与地面中心站失去通讯联络，分站也能够继续、独立地进行工作，自动恢复记忆，按照事先给定的要求实现瓦斯超限断电报警、断电和复电控制功能，断电逻辑可实现瓦斯风电闭锁装置和瓦斯断电仪的全部功能。断电距离大于2Km。4) 井下监控分站设计有高可靠性的保护电路和程序纠错功能，在分站出现故障时，可在极短的时间内自动复位并重新启动单片机投入运行；即使分站仍不能正常运行，也可自动脱离系统，不影响其它分站正常工作。5) 分站模拟量与开关量可以随意互换。不受口的限制，充分提高了分站端口的利用率，使系统设计更加优化。6) 监控分站支持一根四芯电缆带2台传感器的应用，可节省大量电缆，减少施工量和维护量。7) 系统地面中心站监控主机出现故障时，或井上、井下失去通讯联络时，分站能存储最新2小时数据，恢复通讯后可将此数据传回中心站主机，以弥补历史数据。8) 分站具备故障闭锁功能；当与闭锁控制有关的监控设备未投入正常运行或故障时，立即切断相关电源并闭锁；当与闭锁控制有关的监控设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。1.6.3 系统其它方面1) 为了提高系统抗雷击能力，本设计从地面中心站机房电源及系统通讯线两方面着手，配置进口高效避雷装置，在通讯线路上采取了双重避雷措施。2) 在分站电路设计时，对分站所有与外界联系的输入输出电路部分增加了安全栅隔离电路及保护电路，以防误接线或线路信号异常等外界因素对分站造成的损害，使得系统的可