监测监控系统

第三讲 监测监控系统 一 矿井监测监控系统现状1 历史发展及国内外现状煤矿安装监控系统是保障矿井安全生产的重要手段 煤矿安全监控是综合性技术 涉及多项学科 内容复杂 难度高 要求维护管理人员具有较高的素质 矿井安全监控技术是伴随煤炭工业发展而逐步发展起来的 1815年 英国发明了世界上第一种瓦斯检测仪 瓦斯检定灯 利用火焰的高度来测量瓦斯浓度 20世纪30年代 日本发明了光干涉瓦斯检定器 一直延用至今 40年代 美国研制了检测瓦斯气体的敏感元件 铂丝催化元件 1954年 英国采矿安全研究所 SMRE 制成了最早的载体催化元件 60年代后 主要产煤国家都把发展载体催化元件作为瓦斯检测仪器的主攻方向 电子技术的进步推动了瓦斯检测装置的进一步发展 首先是研制小型化个人携带仪器 以后是矿井监控系统 如70年代后期法国研制CTT63 40矿井监控系统 英国的MINOS系统 美国的SCADA系统等 我国矿井安全监控技术经历了从简单到复杂 从低水平到高技术的发展过程 建国初到70年代 煤矿井下人员主要使用光学瓦斯检定器 瓦斯检定灯 检知管 风表等携带式仪器检测井下环境参数 随着敏感元件的制造水平的提高和电子技术的发展 瓦斯断电仪问世 装备在采掘工作面 回风巷道等井下固定地点 实现了对瓦斯的自动联系监测及超限自动切断被控设备电源的功能 70年代末期 从欧美国家先后引进了数十套矿井监控系统 如法国的CTT63 40系统 波兰的CMC 1系统 CMM 20系统及配套的传感器装备矿井 并相应的引进了部分监控系统 传感器和敏感元件的制造技术 由此推动了我国矿井安全监控技术的发展过程 80年代初期 我国多种型号矿井监控系统通过了技术鉴定 逐步实现了对矿井安全 生产方面多种参数的连续监测 监控 数据存储和数据处理 现在国内占有较大市场份额的安全监控系统主要有 常州自动化所研制的KJ95综合安全监控系统 煤炭科学研究院重庆分院研制的KJ90型监控系统 北京长城航空测控技术研究所研制的KJ2000安全生产监控系统 天津福深康斯培克公司研制的森透里昂 Senturion 安全生产检测监控系统 煤炭科学研究院抚顺分院研制的KJ4型监控系统 北京中煤安泰机电设备有限公司研制的KJ78监控系统和北京仙岛新技术有限责任公司研制的KJ66监控系统等 2 煤矿监测监控技术发展趋势1 数字化监控技术数字化监控技术是信息产业和工业领域的一种先到性技术 是计算机网络和软件技术 以及数字通信技术 微电子技术的集成和发展 2 矿井工业以太网技术矿井工业以太网技术是基于以太网协议的工业网络技术 二 矿井监测监控系统的组成矿井监测监控系统主要由两部分组成 硬件系统和软件系统 1 矿井监测监控系统硬件组成矿井监测监控系统主要由传感器 执行机构 监控分站 电源箱 或电控箱 主站 或传输接口 主机 含显示器 打印机 模拟盘 多屏幕 UPS电源 远程终端 网络接口电缆 传输电缆 或光缆 和接线盒等组成 1 传感器 将被测物理量转换为电信号 经三或四芯电缆与分站相连 并具有显示和声光报警功能 有些传感器没有显示或声光报警 矿井监测监控系统主要传感器有 低浓度甲烷传感器 高浓度甲烷传感器 一氧化碳传感器 温度传感器 风速传感器 风门开关传感器 风筒传感器 设备开停传感器 烟雾传感器 煤尘传感器 煤仓煤位传感器 水位传感器 负压传感器 流量传感器 电压电流变送器 压力传感器等等 传感器的典型接线端口 三芯线输出 电源 电源 信号输出 四芯线输出 电源 电源 信号 信号 或电源 电源 信号输出 断电 控制 信号 传感器信号输出范围 本安输出信号 200Hz 1000Hz 最大输出电流5mA 控制信号输出 最大输出电流5mA 2 执行机构 含声光报警及显示设备 将控制信号转换为被控物理量 使用矿用电缆与分站连接 常用设备为断电仪 或远动开关 KDG8型远动开关 以下简称开关 是KJ95型煤矿综合监控系统的配套产品 也可以与其他类似技术要求的产品配套使用 控制设备的开停 KDG8远动开关可以看作是一台继电器 分站输出的弱电控制信号通过远动开关控制矿用高电压隔爆电源开关 KDG8远动开关要求输入的控制信号高电平时电压幅值不低于4V 电流不小于1 5mA 低电平时电压幅值不大于1V 电流不大于0 5mA KDG8远动开关的供电电压为交流660V或127V KDG8远动开关输出为一对无电位触点开关 负载电压等级为AC660V 频率为50Hz 负载电流为5A 远动开关在实际使用中 如果对应的瓦斯或其他传感器达不到断电条件 远动开关输出的是常闭触点 根据矿上的实际需要 也可以更改内部的线路 改成常开触点 KDG8远动开关的接线腔 输入1 2 端子为交流电源输入端子 输出3 4 为控制触点输出端子 信号1 2 为控制信号输入端子 3 监控分站 井下分站是安全生产监控系统中的重要配套部件 和矿用隔爆兼本质安全型电源箱及传感器组合在一起 可在煤矿有瓦斯等爆炸性气体的环境中使用 分站与电源箱的连接电缆可以根据安装现场的具体情况加长 最长不得超过1 5米 分站主机 分站具有数据采集 控制输出 液晶显示和与下一级数据采集站通讯的功能 主要用作信息采集 信息传输 控制输出 分站具有键盘 遥控器 液晶显示等人机对话工具 不仅能在系统中使用 也能单独作为风电瓦斯闭锁分站使用 分站的输入口与传感器相连来采集各种数据 每路输入口连接一个传感器 分站具有4路 8路 16路或32路开关量和模拟量自适应的输入接口 有些是区分的 安全监控系统通过分站的输入口号来区分分站上接的传感器 通过分站上的红色地址拨码开关区分分站 输入的开关量信号标准为3V 0 5V或1mA 0 5mA 模拟量信号为200 1000Hz 分站由本安不间断电源供电 分站的供电电压是直流12V 24V 工作电流不小于400mA 监控系统一般都采用的是总线方式 所有分站都挂接在2根总线上面 所以需要通过分站内部的拨码开关来设定分站地址 各分站的地址 由分站上的八位拨动开关S1进行预先设置 设定的地址采用8位二进制编码 每一位拨向 ON 表示 0 反之为 1 设定时只需将地址分解成 1 2 4 8 16 32 64 128 的权相加 例如需拨地址为7 分站时 只需把开关D0 D1 D2拨到 ON 的相反位置 如下图所示 D0的权为 1 D1的权为 2 D2的权为 4 即 D0 D1 D2 1 2 4 7 分站输入输出接口的位置如下 在开启电源开关以前 首先检查分站箱的输入输出插头座 如上图所示 连接是否正确 插头座功能详见附表1 XZ1 电源箱的接口 7针针式 XZ2 通讯电缆接口 7针孔式 XZ3 1 2路模拟量输入 7针孔式XZ4 3 4路模拟量输入 7针孔式XZ5 两态开关量输入和智能传感器输入 10针孔式 XZ6 远程控制量输出 7针孔式 4 隔爆兼本安电源箱隔爆兼本质安全型不间断电源是为井下监控设备提供直流不间断稳压电源 适用于煤矿井下有瓦斯 煤尘爆炸危险的环境中向矿用本质安全型设备供电 同时还提供内部蓄电池供电状态输出信号 供监测系统监视电源的供电情况 电源技术参数 1 交流电源供电方式电源箱可以选择多种电压等级 交流127V 220V 380V 660V 作为外部交流输入电源 内部调线方便 可以直接在井下更改电源电压输入等级 2 输出信号电源箱在安全监控系统的中使用时输出单路直流本质安全型稳压电源 电压为 18V 8 额定电流为 1 0A 本安输出过压保护动作电压 18 8V 本安输出过流保护动作电流 1 05A 电源箱可以输出电池供电状态信号 当交流供电时 信号输出电压不大于0 7V 无交流输入 由电池供电 灌电流为2mA时 信号输出电压不低于3V 3 电源箱蓄电池的功能a 转换时间 0S b 电池容量 12V4 0Ah2只电池c 供电时间 不小于4小时d 充电方式 恒流充电后转浮充 5 主站 或传输接口 传输接口完成主控计算机与分站之间信息交换的功能 设备放置在地面调度机房主控计算机旁 主控计算机向分站发送的下行信号先经过信号转换 将RS232信号制转换为TTL信号制 并通过光电隔离元件 隔离开主机与分站间的电联系 避免了相互间的干扰 同时接口面板上的下行指示灯闪烁 最后由485转换芯片转换为485信号制的本质安全型信号发送给分站 分站将接收到的信号转换 处理 分析后 如果该信号时本分站的信号 则分站将主控机需要的信息回送给传输接口再由传输接口转换信号后传输给主控计算机 传输接口输出到分站接口有两路 分为地面和井下 分别可以接入井下分站和地面分站 其原理完全相同 这样可以避免地面分站遭雷击时影响井下分站的传输 传输接口主要实现的功能 a 具备监测 监控输入 输出信号的转接功能 b 具备RS232串行口二合一的功能或从机热备用的功能 c 具备电源 下行及上行传输指示功能 d 直流本安电源具有过压 限流和短路保护功能 传输接口主要主要技术参数a 供电电源额定值 交流220V工频50Hz 范围80 115 b 传输距离 20Km 传输电缆PUYVR31或PUYVR39 c 传输方式 主从 基带 半双工 d 接口与主机通讯RS232信号制 e 接口与分站通讯信号为本质安全型 485信号制f 输出本安直流电源 电压为24V 最大短路电流为500mA g 传输速率 1200bps 2400bps 4800bps 9600bps h 容量 126个分站 6 主机中心站主机应安装在地面机房中 机房的防尘 防静电 防雷击 恒温 恒湿 供电电源以及屏蔽接地等均应符合GB2887 82 计算机场地技术要求 的规定 组成 中心站主机一般硬件系统和软件系统两部分组成 其中硬件由主机箱 显示器 键盘 鼠标和打印机组成 软件由系统软件和相应的监测软件组成 硬件配置 机型 工控机CPU IntelPentium100MHz 或更高 内存 16MB 或更多 硬盘 4GB 或更多 显示器 SVGA彩色显示器 至少支持800 600分辨率 显示卡 PCI或AGP显示卡 至少支持800 600 64K色显示模式网卡 Ethernet网卡串行口 用于中心站与分站的通讯并行口 接打印机其它 软驱 光驱 键盘 鼠标 打印机软件 以Windows操作系统为平台 用MicrosoftWindows95 98 2000 XP 中文版 作为计算机的操作系统 采用了多任务 多进程 多窗口的程序设计方法 监测软件详见具体系统 7 打印机 8 模拟盘 多屏幕 1 2 3 4 5 9 UPS电源 不间断电源 10 远程终端 11 网络接口电缆 12 监测系统电缆 13 接线盒 2 监测监控系统软件 1 操作系统软件用MicrosoftWindows95 98 2000 XP 中文版 作为计算机的操作系统 2 主控软件主控软件安装在主控计算机上 主要完成数据的采集 与地面井下分站通讯 3 服务器软件服务器软件主要完成数据的转换 把主控计算机上的数据读入服务器 4 工作站软件工作站软件安装在各台需要显示安全监控系统信息的计算机上 可以显示系统的各种信息 但不能更改安全监控系统主控软件上的各种参数 三 监测监控系统主要技术指标1 系统容量 包括可接分站数量 可接测点数量 非智能型传感器 模拟量输入 开关量输入 控制量输出 智能型传感器 2 巡检周期 每台分站为0 2s 按64台分站计算 系统最大巡检周期是12 8s 符合 规范 要求 3 传输距离 中心