煤矿安全监测监控技术模块一煤矿安全监测监控系统初识

5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,机电工程部,5/11/202011:47PM,模块一煤矿安全监测监控系统初识,项目一煤矿安全监测监控技术的发展与应用任务1了解煤矿安全监测监控系统的历史发展任务2我国煤矿安全监测监控系统的现有技术水平任务3我国煤矿安全监测监控系统在“一通三防”中的作用任务4复习思考题项目二煤矿安全监测监控系统中信息传输任务1通信网络的结构及特点任务2传输系统的构成及构成部件的作用任务3通信方式任务4信道复用的方式及每种复用技术的工作原理与特点任务5模拟信号调制原理及调制方式与特点任务6数字信号调制原理及调制方式与特点任务7常用的矿用通信电缆种类及特点任务8复习思考题,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,模块一煤矿安全监测监控系统初识,项目三煤矿安全监测监控系统的分类、组成与结构任务1煤矿安全监测监控系统的分类任务2煤矿安全监测监控系统的作用任务3矿井监测监控系统的组成及技术特征任务4矿井监测监控系统特点及要求任务5复习思考题,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务1煤矿安全监测监控系统的历史发展,一、历史发展与国内外现状20世纪60年代工业发达国家开始研制矿井监测监控系统：法国美国英国德国20世纪80年代，我国开始研制煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统2006年2月颁布了中华人民共和国安全生产行业标准煤矿安全监控系统通用技术要求二、煤矿监测监控技术发展趋势1、数字化监控技术2、矿井工业以太网技术3、全矿井综合监控系统,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务1煤矿安全监测监控系统的历史发展,煤矿安全监测监控技术,数字化监控系统结构示意图,5/11/202011:47PM,任务1煤矿安全监测监控系统的历史发展,煤矿安全监测监控技术,返回目录,5/11/202011:47PM,任务2我国煤矿安全监测监控系统的现有技术水平,一、系统中心站环境监测方面主要监测煤矿井下各种有毒有害气体及工作面的作业条件生产监控方面主要监控地面与井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中心站软件方面具有显示测量参数、数据报表、曲线显示、图形生成、数据存储、故障统计和报表、报告打印功能,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务2我国煤矿安全监测监控系统的现有技术水平,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务2我国煤矿安全监测监控系统的现有技术水平,三、监控系统井下分站功能通信测试功能分站设程控功能实现断电仪功能、风电瓦斯闭锁功能、瓦斯管道监测功能和一般的环境监测功能等接收地面中心站初始化本分站参数设置功能传感器配接通道号、量程、断电点、断电点、报警上限和报警下限等分站本身具备超限报警功能分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作功能和异地断电功能四、各种传感器与控制器甲烷、一氧化碳、风速、负压、温度、煤仓煤位、水仓水位、电流、电压和有功功率等，开关量传感器主要有机电设备开停、机电设备馈电状态、风门开关状态等,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务3煤矿安全监测监控系统在“一通三防”中的作用,一、及时掌握矿井通风状况，为排除事故隐患提供准确信息通过监控系统中接入的甲烷、风速、风门开关等传感器采集的数据和监测到的通风设备（如主扇、局扇）、设施（风门）状态，系统中心站、矿调度所、通风区调度能够及时掌握矿井的通风安全状态，一旦出现通风状况异常，能够尽快采取措施，避免通风方面的重大事故案例：潘一矿监控系统中心站曾经及时发现4Km以外的东风井负压突然降到零，由东风井回风的东一、东二采区回风巷风速也降到零，监控中心站值班人员由此判断东风井风机停了，先于东风井风机值班人员报告矿调度所并通知机电部门，及时排除故障，恢复了矿井东翼的通风。其它诸如风门打开未能及时关闭，造成风流短路，局部通风机停止运转而引起的瓦斯超限等事故，由于发现及时，得到了迅速处理,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务3煤矿安全监测监控系统在“一通三防”中的作用,二、连续监测瓦斯变化，实现瓦斯超限报警断电当瓦斯超限时可自动发出报警并切断被控设备的电源，防止瓦斯超限继续作业。对具有煤与瓦斯突出危险的工作面，特别是石门揭穿突出危险煤层时，在执行远距离放炮和震动放炮中，利用监控系统可以及时掌握瓦斯变化，已成为防治瓦斯突出事故的重要安全措施案例：潘一矿2000年5月26日12时8分，施工的东二21118回风联巷时，发生了一起炮后煤与瓦斯突出事故，正在迎头施工的5名作业人员被煤粉埋压造成窒息死亡，突出煤量226吨、瓦斯量3908立方米，突出的瓦斯浓度在爆炸限内，局部通风机的进风侧的瓦斯浓度也在爆炸限内，监控系统在12时07分08秒自动切断了该工作面及其回风流中的所有电器设备的电源，防止了瓦斯爆炸事故发生，避免了灾变事故的扩大,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务3煤矿安全监测监控系统在“一通三防”中的作用,三、连续监测煤层自燃火情，指挥灭火抢险监控系统中接入的一氧化碳传感器，可以在自燃发火预测预报中发挥重要作用，在有自燃倾向煤层的回采中，特别是综放回采面，通过一氧化碳传感器监测一氧化碳浓度的变化趋势，为正确制定防火措施和指挥生产提供依据案例：谢桥矿开采1121（3）综放面在整个回采过程中，监控系统每天打印该面的一氧化碳浓度变化趋势曲线和数据，不仅能够及早发现火情，而且在灭火中，利用监控系统多处设置的测点，连续、及时、准确提供信息，供技术人员分析、研究，指挥灭火抢险,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务4复习思考题,1、简述煤矿安全监测监控系统的发展过程。2、简述我国煤矿安全监测监控系统的现有技术水平。3、简述煤矿安全监测监控系统在“一通三防”中的作用,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,项目二煤矿安全监测监控系统中信息传输任务1通信网络的结构及特点,煤矿安全监测监控技术,图1-4通信网络结构示意图,5/11/202011:47PM,任务1通信网络的结构及特点,一、星状结构系统中的每个分站通过一根电缆与中心站相连，如图1-4（a）所示二、树状（形）结构系统中每一个分站使用一根传输电缆就近接到系统传输电缆上，传感器与分站呈星形结构联结，各分站将传感器传送来的信息经处理后，通过公用通信电缆传输给地面中心站，如图1-4（b）所示三、环路（形）结构系统中各分站与中心站用一根电缆串在一起形成一个环，中心站不与各分站直接连接，而是环路内的分站（最多16个）中只有一个分站与中心站用电缆连接，该分站再用电缆与另一分站连接，每个分站均有一个传输移位寄存器，各分站的传输移位寄存器由“数据下”这根芯线串联起来，环路中的最后一个分站的“数据下”芯线与“数据上”芯线连接形成环路来传输信息。如图1-4（c）所示四、总线型结构传输介质（传输线路）由各结点（分支中继器或分站）共享，各结点可请求向总线发送信息，当总线上没有信息传送时，请求才会被批准，已发送到总线上的信息，所有结点都能接收，但只有当信息流中的地址与结点地址相同时，才被获准接收,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务1通信网络的结构及特点,总线型结构1、特点：成本较低，稳定性较好，用户增加时，造成线路竞争，通信速率下降2、现场总线它把单个分散的过程控制设备变成智能控制节点，以现场总线作为传输手段，把他们连结成可以相互交换信息、共同完成协调控制的网络式分布式控制系统3、现场总线系统的技术特点系统具有开放性和互用性系统功能自治性系统具有对环境的适应性系统具有分散性,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,任务2传输系统的构成及构成部件的作用,5/11/202011:47PM,任务2传输系统的构成及构成部件的作用,一、传输系统的构成信息源：是传输系统发送端，主要是指被测参数经传感器变成的电信号。终端设备：是指传输系统的接收端，是进行信号的记录、显示和数据处理等设备。信源编码：是解决模拟信号的数字化和提高数字信号的有效性。信源解码：是信源编码的反变换。信道编码及解码：是指为了减少了差错，提高可靠性，人为地按一定规则增加一些多余的数码与数据码一起传输，在接收端根据附加的数码可发现和纠正数据码的差错。调制器：用被传输的信号对载波进行某种调制，然后用已调载波进行传输的设备。解调器：是从已调载波中恢复出调制信号的设备。信道：是信息传输的媒介。干扰：是信息传输中的主要障碍。,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,通信方式-信息流动方向,任务3通信方式,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,通信方式-传输方式,任务3通信方式,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,通信方式-异步通信,任务3通信方式,5/11/202011:47PM,任务3通信方式,检错技术1、奇偶校验在每一串所发送的载有信息的码字之后加一位奇（偶）检验位，该位的取值（0或1）应满足2、循环冗余检验就是利用一组被称为常数的二进制数去除一组载有信息的二进制序列，然后将余数跟随在这组载有信息的二进制序列发送3、纠错技术普遍采用的纠错方法是多次发送，取其平均值或择多判决,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,信道的复用-频分复用信道,任务4信道复用的方式及每种复用技术的工作原理与特点,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,信道的复用-分时复用信道,任务4信道复用的方式及每种复用技术的工作原理与特点,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,信道的复用-分时复用信道,任务4信道复用的方式及每种复用技术的工作原理与特点,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,信道的复用-频分与分时复用信道比较,任务4信道复用的方式及每种复用技术的工作原理与特点,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,连续波调制-调幅与调频,任务5模拟信号的调制原理及调制方式与特点,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,连续波调制-脉冲调制脉冲幅度调制（PAM）脉冲宽度调制（PDM）脉冲位置调制（PPM）脉冲频率调制（PFM）脉冲编码调制（PCM）,任务5模拟信号的调制原理及调制方式与特点,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,A/D（模/数）转换,任务6数字信号调制的原理及调制方式与特点,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,PCM系统时分制多路传输,任务6数字信号调制的原理及调制方式与特点,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,基带信号a-单极性归零脉冲b-双极性不归零脉冲c-单极性归零脉冲d-双极性归零脉冲e-双极性“1”交替出现脉冲f-差分脉冲,任务6数字信号调制的原理及调制方式与特点,5/11/202011:47PM,任务6数字信号调制的原理及调制方式与特点,三、频带信号1、数字振幅调制即振幅键控（ASK），它的调制信号为单极性不归零脉冲或归零脉冲，载波为高频振荡信号2、数字频率调制即移频键控（FSK），它是利用双极性不归零脉冲中正、负极性信号分别对两个振荡器激发，使其发出两种不同频率的频带信号3、数字相位调制即移相键控（PSK）。移相键控就是载波的相位受数据信息控制，经双极性脉冲调制后输出的调相波,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,任务7常用的矿用通信电缆种类及特点,同轴电缆与矿用电缆相比其优点为：一是对电信号的衰减较小；二是传输信号通路多；三是抗干扰能力较强；四是可用来传输宽频带的视频通信号,5/11/202011:47PM,煤矿安全监测监控技术,任务7常用的矿用通信电缆种类及特点,5/11/202011:47PM,任务8复习思考题,1、简述煤矿安全监测监控系统中的网络结构形式及特点。2、简述传输系统模型中每个部分的主要作用。3、解释名词：单向传输、半双工、全双工、串行传输、并行传输、同步通信、异步通信、奇偶校验、循环冗余检验、多次发送纠错、取其平均值纠错、择多判决纠错。4、简述信号复用的原理、常用的复用方式及特点。5、简述模拟信号调制目的、调制方法及调制信号的种类。6、简述数字传输系统与模拟传输系统相比具有哪些特点。7、简述A/D（模/数）转换过程。8、简述什么是基带信号，常见的基带信号类型及特点。9、简述什么是频带信号，常见的频带信号的类型。10、画图说明HUYV型矿用通信电缆、同轴电缆的结构。11、简述光缆的分类、结构及通信特点。,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,项目三煤矿安全监测监控系统的分类、组成与结构任务1矿井监测监控系统的分类,1、按监控目的分类2、按使用环境分类3、按复用方式分类4、按采用的网络结构分类5、按信号传输分类6、按调制方式分类7、按同步方式不同分类8、按工作方式分类,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务2矿井监测监控系统的作用,1、环境安全监控系统2、轨道运输监控系统3、胶带运输监控4、提升运输监控系统5、供电监控系统6、排水监控系统7、火灾监控系统8、瓦斯抽放监测监控系统9、人员位置监测系统10、矿山压力监控系统11、煤与瓦斯突出监控系统12、大型机电设备健康状况监控系统,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务3矿井监测监控系统的组成及技术特征,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务3矿井监测监控系统的组成及技术特征,1、矿井监测监控系统的组成矿井监测监控系统主要由传感器、执行机构、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、网络接口电缆和接线盒等组成2、矿井监测监控系统的技术特征（1）传感器及执行机构采用星形网络结构与分站相连、单向模拟传输。（2）分站至主站问采用树形、环形或树形与星形混合网络结构，多路复用、单工或双工、串行数字传输。（3）采用微型计算机、大规模集成电路、固态继电器及大功率电力电子器件、投影仪、大屏幕、模拟盘、多屏幕、电视墙等，具有彩色显示、磁盘记录、打印报表、联网等功能。,煤矿安全监测监控技术,5/11/202011:47PM,任务4矿井监测监控系统特点,1、电气防爆2、传输距离远3、网络结构宜采用树形结构4、监控对象变化缓慢5、电网电压波动大