矿井监控系统.docx
- 文档编号:29642271
- 上传时间:2023-07-25
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:403.68KB
矿井监控系统.docx
《矿井监控系统.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《矿井监控系统.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
矿井监控系统
第一章煤矿安全生产、生产监控系统的现状与未来发展趋势
1煤矿安全和生产监控系统及其作用
1.1煤矿安全和生产监控系统
影响煤矿安全、生产的因素有以下两个方面:
(1>环境参数;如瓦斯、一氧化碳、风量、温度、顶板压力及其位移、井下粉尘、皮带机头烟雾、水仓水位、风机的负压和风门墙两边的风压参数都会影响矿井的生产.
(2>机电设备的运行参数:
转载机、皮带机、割煤机、乳化泵、煤仓煤位的高低,支路的电压、电流.这些参数任何一个出现异常,都会影响矿井的生产.
上述这些参数借助于计算机、传感器、信号传输与处理系统进行集中监测井在瓦斯、一氧化碳等参数出现超限或发生烟雾以及在其它要求情况下发出报警,进行区域断电控制,提供避灾措施井将参数情况进行存储、分析、文档处理的计算机网络系统就是计算机安全、生产监控系统。
1.2监控系统的作用
影响矿井生产的因素很多,主要有3个灾害因素:
即瓦斯爆炸、水灾和井下起火,这3个灾害中瓦斯爆炸尤为常见,并且是三灾中的首害它的破坏作用极大.是一种瓦斯、煤尘、大火混台型的爆炸灾害掘进面、工作面,瓦斯涌出的大小随地理情况、煤的生成情况不同而异,情况异常复杂,规律很难找到,或者说难以利用.就目前情况,解决这个问题的有效办法就是随时测出其地域点的瓦斯含量当超限时,一是报警提醒工作人员注意.二是区域断电停止生产,避免产生点燃瓦斯爆炸的火花.等待瓦斯随风排出后再行生产。
瓦斯爆炸的条件:
浓度在5%~15%,点燃爆炸的火源,足够的氧气。
因此可知,避免事故发生的关键是要及时发现瓦斯超限,井在超限时及时发出声光报警和切断相关工作区域的电源.避免产生火.在投有安装监控系统的矿井中.该项工作由瓦斯检测员每隔一段时间用瓦斯测定仪在规定区域测一次值并汇报到地面管理人员而在瓦斯检测员不在规定区域的相当长的时间段内,瓦斯含量情况以及是否发生事故,地面管理人员就无法知道,这是一个重大的疏漏而监测系统所安装的传感器、工作站、报警断电执行机构是连续工作方式,随时会测出瓦斯含量,并在出现异常时,同时声光报警和执行区域断电.可避免事故发生,并随时定时地将测量数据送到地面调度室和调度室计算机网络中,调度人员会随时知道何处出现异常并根据情况采取相应的措施.缓解危情,如调度风量大小、决定是否撤出人员、如何撤出等。
上述是在安全方面的作用.此外,它在生产设备运行的管理上也起着十分显著的作用地面调度人员根据煤的生产情况进行合适的调度,可提高设备的运行效率和节能.如在无煤时,皮带不应空转因为煤在井下运输靠几部皮带同时运作,有一条不动,就会造成煤堆积在皮带上.系统可及时指示那部皮带没动,还可记录每台设备运行了多长时问,给管理人员提供一个重要的参考依据,可根据此数据查找生产系统中的薄弱环节,从而进行改进以便达到提高生产效率的目的
综上所述,监控系统是保障煤矿安全生产的重要手段在矿井的防灾、减灾方面以及提高生产效率方面起着重要作用,是矿井生产实现现代化管理的一个重要标志。
2我国早期监控系统的状况
国外研制矿井计算机监控系统始于2O世纪6O年代,我国则始于2O世纪8O年代初期.我国起步较晚,因为计算机必须发展到微型化,以及价格能够承受的阶段,才会使得该产品在工业生产中得到应用.
2.1早期监控系统构成原理
早期系统由传感器、断电仪、载波机、传输线、解谓器、计算机、调度显示盘组成系统(见图1>.
传感器输出的信号加载到载波机上.同一组中每个传感器加载的载波机频率不同.每一组信号所用线路不同,信号沿传输线传送到地
面调度室,经分频器分离、解调后送人A/D卡(或开关量输人卡>内,由计算机完成计算、存储、文档处理等工作.
2.2特点
(1>载波机:
从邮政系统的有线12路电话载波机演变而来,变成12路矿用载波机,也即一条传输线上可传输12路不同频率的信号当时,即2O世纪7O年代中后期由中国矿业大学的朱建铭教授为首的研制组已完成了演变工作,并在矿井通信中得到了普遍应用.这12路载波机频段压在很低的频段内,所以传输的距离相对比较远.这12路频率大致是:
llkH、13kHz、15.6kHz、187kHz、25kHz、36kHz、43kHz、52kHz、64kHz、76kHz、82kHz、96kHz、相邻频率比约为1.2倍左右.
(2>主监控机:
以APPLE(苹果牌>微型计算机为主,内存64K,速度低,文档处理能力差,硬盘容量小,约数兆到数十兆.
(3>传感器:
以无记忆电子器件构成的放大器、整形电路为主体,构成传感器电路,模拟输出信号以脉冲型式为主,也有输出电压型或电流型.
(4>传输线:
以借用电话线为主流(因其造价低>,也有用几十芯专用电缆作信号传输线的。
(5>断电机构:
这里指断电仪.主体是由电子线路和有触点继电器构成
(6>调度显示盘:
以木料、三合板、数码器管以及相关电路构成的粗糙调度盘为主流.
2.3存在的问题
(1>由上述可知.一对线上传输12个额率信号.且在解调端要用由电子器件构成的部件将各信号分离出来.因为电子器件的非线性.就会产生差额干扰和频率干扰。
差频干扰:
f2-f1≈f3(某一接收机所接收处理的信号频率>
和频干扰:
f2+f1=f3
上式说明,即便信道上没有^信号,则因为接收机的非线性作用,就会产生一个近似于某一信道的频率信号,结果造成在信道上没有某一信号的情况下,而在对应某一信号解调器的输出端有这个信道的信号.这个信号就是干扰信号或称为误动信号.
例:
25kHz一15.6kHz=12.7kHz≈13kHz
即信道上没有13kHz信号时,对应13kHz的信号解诃器也有可能输出一个信号.
(2>因为电话机进行交换而产生的不同组信号问的干扰.即第一组中的第三个道因为交换时和第五组线路接通,则第一组和第五组中的同频率信号相互作用而产生干扰.
早期系统的一个代表就是焦作工学院研制的“KwJ综采生产线可靠性微电脑集中监测系统.该项目曾在首届全国计算机应用展览会上展出,受到了同行的好评.
3我国引入国外监控系统的情况
为了加快实现煤炭工业现代化管理的步伐,我国先后从美国、英国、德国、法国、加拿大分别引入数十套监控系统,如美国的scAnA系统、英国的MINOS系统、德国的TF一2o0系统、法国的CTT一63/4O系统、加拿大森透里昂系统.这些系统在我国煤炭行业中发挥了作用,也为我国研制矿用监控系统提供了很好的借鉴.上述系统均是综合型监测系统,但侧重于安全参数的检测和控制.
这些系统存在如下问题:
(1>性能/价格比过低,即系统价格过高,难以承受;(2>主监测机的系统软件在文档处理上有些不符台中国国情;(3>井下工作站体积、重量比较太;(4>技术服务上有缺憾;(5>有些系统的技术并非一流.
4我国目前监控系统的状况
自从我国引入上述系统后,相继出现了仿制国外的系统如Kj4系统等,以及我国自研的系统,如KJ2、KJ22、焦作工学院研制的KJ93矿井安全生产监控系统等.KJ93型系统它反映了目前我国监控系统的总体结构情况.系统构成如图2所示.
从图2可以看出,系统由两个相对独立的子系统组成,即安全、生产监控系统和工业电视系统。
4.1安全监控系统的构成说明
整个系统由工作站、地面主站、调度盘、传输图2监控系统
线、断电仪、传感器几部分构成.以下对各部分进行简要说明.
(1>主监控机功能:
控制工作站的工作状态.采集工作站各种数据,打印各种报表和曲线,分析各种数据并将数据传输到电视网络和调度显示器上.动态显示实时数据和动态模拟显示各设备运动状态.目前以各种型号的PC机为主,如286、386、586.
(2>工作站:
它是由单片机为主体加上各种接口电路和器件组成的智能工作站.以下是KF2O型工作站的情况:
4个模人量口:
可接人4个各种类型的模拟量传感器.
8个开入量口:
可接人8个开入量传感器.
工作站功能:
采集数据,接收主站发送来的信息,进行断电控制.
断电控制方式:
通过拨动拨码开关,断电输出量可以实现多种模式
(3>传感器:
目前的瓦斯传感器有智能型和非智能型两种.
系统配接传感器技术要求:
模拟量信号:
200-l000Hz,脉幅5V开关量信号:
l~5rnA,电流型(停/开>.
以上传感器使用电压9v~24VDC.
(4>调度盘:
由单片机控制的各种显示器件组成,动态显示各种参数和动态模拟显示各设备运行状态主体为钢框架,面板为PVC工作模块.工业电视系统的监控器镶嵌在模拟盘上.另一种由投影仪构成的调度盘,计算机显示器显示什么它就显示什么.
(5>断电仪:
主体由固态继电器构成,寿命长,可靠性高.
(6>传输线:
工作站主监测机的通讯线用2×l的屏蔽电缆,传感器一工作站电缆用4×l橡套阻燃电缆。
4.2工业电视部分
由摄像机、云台、支架、传输线、分频器、切换器、控制器、彩色监视器组成完成对重要场合的监视.
存在的问题:
井下摄像机防护罩的可视窗易被煤尘糊罩,摄像机易受潮。
5监控系统的未来发展趋势
监控系统的发展趋势,是向多媒体化方向发展.具体表现在以下几方面:
5.1主监控机
主监控机的档次和性能越来越高,速度越来越快,网络功能更完善,会有能力处理电视监视图像,将声、像和参数监控融为一体,形成一种既有图文又有声像显示的新型监控系统。
52调度显示器
在未来10a内,会采用大屏幕液晶显示技术,既显示各种表格又显示各种可视图像。
53工作站
随着新器件的出现,必将在智能化程度上有重大变化.它的体积和重量会进一步减少,价格进一步降低。
54传感器
随着新器件的不断出现,传感器的寿命会进一步提高智能化程度的提高,使得传感器的方便性提高、体积和耗电减少.现已出现了传感器本身就是一个易于联网的计算机系统,有可能以后不用工作站。
5.5信号传输技术
随着技术的不断进步,光纤通信会逐渐大规模引人到矿井监控系统中,引入的速度主要取决于以下两个因素.一是光纤焊接机的价格和使用时对环境的要求,二是光纤的任意弯曲问题和价格问题。
最有可能出现的局面是在地面监控系统主信号的传输采用光缆,井下主信号线仍用金属电缆.整个系统遭雷击的可能性会大大降低,并有望得到根除。
5.6网络化方面
现在的状况是只有少数局和矿装配有计算机网络,实现了本矿的资源共享,但多数矿没有,今后的趋势就是各矿和局乃至全国构成计算机网络,实现更大范围的资源共享。
如采用CAN总线技术的监控系统。
5.7预测预报
瓦斯突出的预报方面将会取得一定程度的突破而使得系统更具有智慧性。
6结语
将计算机用于矿井安全、生产监测是一门新兴的学科,除涉及到计算机技术外,还涉及到传感器、光电、电视、光纤通讯等技术.因此,它是一门综合性学科到目前为止随着科学技术的不断进步,它还在不断的完善.计算机矿井安全生产监控系统在矿井的防灾、减灾以及提高生产效率方面发挥着重大作用.而高性能的计算机矿井监控系统应用前景尤为广阔.
第二章监控工作站
监控工作站分为地面和井下两种。
地面工作站主要用于处理绞车信号,井下工作站主要用于监控各种安全参数、设备开/停以及控制断电仪断电。
工作站系统主要包括井下工作站电源、传感器、工作站、断电仪,下面简要介绍。
1传感器
传感器:
将被测物理量变成电信号的部件或装置。
传感器输出信号形式:
电压型、电流型、阻抗型、脉冲频率型。
电压型:
输出电压大小正比于外界物理量。
电流型:
输出电流大小正比于外界物理量。
阻抗型:
输出阻抗大小正比于外界物理量。
频率型:
输出频率大小正比于外界物理量。
1.1对传感器的要求
(1)灵敏度高:
指外界物理量的变化引起输出信号的变化量。
(2)线性度好:
指外界物理量的变化对应输出信号的关系。
(3)重现性好:
指每次启动传感器<即每次断开接通电源),传感器的性能应该一致。
(4)重复性:
在传感器的状态不变的情况下,重复地输入某一相同的输入值时,其输出的一致性。
(5)要有必要的声光报警装置,如:
当瓦斯超限时要进行声光报警。
1.2常见的矿用传感器
瓦斯传感器、风速传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、烟雾传感器、负压传感器、水位传感器、煤位传感器、氧气传感、设备开/停传感器,各种电量传感器等。
1.3传感器组成原理
一般常见传感器的组成如下图:
(1)敏感元件:
将外界物理量变成电信号的器件,如:
黑白元件、压敏型电阻等。
(2)电桥:
惠更斯测量电桥。
(3)放大整形:
完成电信号的放大,使小信号变成所需的较大信号。
(4)变换电路:
将前级信号变成所需的输出信号形式,如:
电压、电流、频率型信号。
1.4矿用传感器输出信号形式
煤炭部行业标准MT209规定:
模拟量输出形式
电流型:
1~5mA4~20mA
频率型∶200~1000Hz5~15Hz
首选频率信号,原因在于频率型信号抗干扰能力强,传输距离远。
开关量输出信号形式
输出控制信号:
0~5mA5v以上
1.5矿用传感器使用电源
矿用传感器使用电源必须是隔爆兼本安型。
传感器生产厂家:
重庆煤科分院、镇江中煤电子研究所。
2断电仪
断电仪是一种执行部件,主要用于控制井下局部用电设备的断电。
从结构上讲一般有两种:
一种是机械继电器型,一种是固体可控硅型。
从使用外部电源讲:
一种不需提供工作电源,只需提供断电信号:
另一种不仅需要提供工作电源,也需要提供断电信号。
生产厂家:
重庆煤科分院<两种均有)、镇江中煤电子研究所<需使用外部电源)。
3井下工作站电源
井下工作站以及传感器的工作运行要靠工作站电源提供能量。
对井下工作站电源的要求:
工作稳定,并在发生掉电情况时以及井下工作站满负荷运行时,能工作2小时。
换句话说,是工作站的UPS电源,即不间断电源。
一般工作站的电源的隔爆形式是隔爆兼本安型,意指的是电源的本身放在隔爆壳内,输出是本安型,多路输出。
例如:
KF1016电源箱的输出参数为12V、0.5A一组,18V、0.5A两组。
4工作站
工作站的任务是采集各种模拟量和开关量信号,并能根据瓦斯浓度的大小输出断电信号。
同时,工作站还应根据使用地点的要求,具有不同的瓦斯断电信号输出能力,如:
0.8、1.0、1.5、3.0。
还应具有风、电、瓦斯闭锁功能,图2.2是一工作站原理框图
图2.2工作站原理框图
光电耦合:
TLP521-4光电隔离电器件,内部结构如图2.3所示。
图2.3光电耦合器结构图图2.4施密特整形器逻辑图
<1)74LS14:
施密特整形器件。
逻辑图如图2.4所示
<2)8155:
计数器/并行接口芯片。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 矿井 监控 系统