1、矿井安全监控系统,主讲：何廷山2007/06/28-2007/06/29,1绪论,是煤炭高产、高效、安全生产的保证；推广应用，保障了煤矿的安全生产和矿工生命安全；改善了作业环境，吸引人才降低了误操作及违章作业概率；一般工业监控原理和技术难以直接运用。,1.1矿井监控系统组成,现有问题：硬件不通用、软件不兼容、信道不共享、信息不共享、以监测为主，控制功能、尤其远程控制功能不强、灾害预报功能弱等问题。发展方向：组态软件、现场总线、可编程控制器、多媒体、计算机网络、GIS和智能传感器等技术，向着监测与控制并重、就地自动控制、远程人为控制、灾害预报、,硬件通用、软件兼容、信道共享、信息共享、多参数、多
2、功能、多媒体全矿井综合监控。,1.1.1早期的矿井监控系统,由瓦斯遥测系统发展而来。瓦斯遥测系统具有甲烷超限声光报警和断电功能。技术特征：单一甲烷监测、就地断电控制、声光报警、数码管或模拟表头显示、多笔记录仪记录、频分多路复用、单向模拟传输、树形网络结构、采用分立组件或中、小规模集成电路。,瓦斯遥测系统一般组成如下图：,遥测仪,记录仪,断电仪,断电仪,甲烷传感器,甲烷传感器,被控开关,被控开关,交流电,交流电,工作原理：传感器将被测甲烷浓度转换为电信号送断电仪（最大传输1KM），并具有浓度显示和浓度超过报警浓度后声光报警功能（也有将声光报警箱与传感器分离的）。用3芯或4芯矿用信号电缆，模拟基带
3、信号传输。断电仪对甲烷传感器送来的甲烷浓度信号进行调制，将调制后的信号经2芯矿用信号电缆传至地面遥测仪（可达10KM），为减少电缆，此段可采用频分多路复用（510路）。断电仪同时对甲烷浓度判别，若超断电浓度，则通过继电器切断被控区域动力电源，并闭锁。,断电仪还兼作电源，将井下电网的交流电转换为断电仪和传感器所需的本质安全型直流电源。遥测仪对接收到的调制信号解调后显示，并进行报警判别，超过报警浓度时发出声光报警信号，同时记录仪记下甲烷浓度。,主要技术特征：单一甲烷监测、就地断电控制、声光报警、数码管或模拟表头显示、多笔记录仪记录、频分多路复用、单向模拟传输、树形网络结构、采用分立组件或中、小规模
4、集成电路。在发展甲烷遥测系统同时，为了保证运输系统（轨道、提升、胶带等）安全、提高生产率和设备利用率，推广应用了模拟盘调度系统。,1.1.2矿井监控系统组成,随着技术（传感器、电子、计算机、信息传输）发展和要求提高，发展为多参数单方面监控系统（针对某一方面的多参数监控）。包括：环境安全、轨道运输、胶带运输、提升运输、供电、排水、矿山压力、火灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统。,环境安全监控系统CH4、CO、CO2、O2、H2S、风速、负压、湿度、温度、风门状态、风窗状态、风筒状态、局扇开停、主扇开停及工作电压电流等监测，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。轨道运输监
5、控系统监测信号机电动转辙机状态、机车位置、机车编号、运行方向、运行速度、车皮数、空（实）车皮数等，并实现信号电动转辙机闭锁控制，地面远程调度与控制等。,胶带运输监控系统对皮带速度、轴温、烟雾、堆煤、横向撕裂、纵向撕裂、跑偏、打滑、电机运行状态、煤仓煤位等监测，并实现顺煤流启动、逆煤流停止闭锁控制和安全保护、地面远程调度与控制、皮带火灾监测与控制等。提升运输监控系统对罐笼位置、速度、安全门状态、摇台状态、阻车器状态等，并实现推车、补车、提升闭锁控制等监测。,供电监控系统监测电网电压、电流、功率、功率因数、馈电开关状态、电网绝缘状态等，并实现漏电保护、馈电开关闭锁控制、地面远程控制等。排水监控系统
6、监测水仓水位、水泵开停、水泵工作电压、电流、功率、阀门状态、流量、压力等，并实现阀门开关、水泵开停控制、地面远程控制等。,火灾监控系统监测CO、CO2、O2、温度、压差、烟雾等，并通过风门风窗控制，实现均压灭火控制、制氮与注氮控制等。矿山压力监控系统监测地音、顶板位移、位移速度、位移加速度、红外发射、电磁发射等，并实现矿山压力预报。,煤与瓦斯突出监控系统监测煤岩体声发射、瓦斯涌出量、工作面煤壁温度、红外发射、电磁发射等，并实现煤与瓦斯突出预报。大型机电设备健康状况监控系统监测机械振动、油质量污染等，并实现故障诊断。,矿井监控系统一般组成：,传感器；执行机构；分站；电源箱（或电控箱）；主站（或传
7、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；接线盒等。结构见图1.3。,工作原理：传感器将被测物理量转换为电信号，经3芯或4芯矿用电缆（1芯地线，1芯信号线，1芯分站向传感器供电）与分站相连，并具有显示和声光报警（有些没显示或声光报警）。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，用矿用电缆与分站相连。分站接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式（时分制或频分制）远距离传送,给主站（或传输接口），同时接收来自主站（或传输接口）多路复用信号。分站具有线性校正、超限判别、逻辑运算等简单数据处理能力、对传感器输入的信号和主站传输来的信
8、号进行处理，控制执行机构工作。传感器及执行机构距分站的最大传输距离一般不大于2KM。故一般采用星形网络结构（1个传感器或1个执行机构使用1根电缆与分站相连）单向模拟传输。电源箱将井下交流电网电源转换为系统所需的本质安全型直流电源，并维持电网停电后正常供电不小于2h的蓄电池。,主站（或传输接口）接收分站远距离发送的信号，并送主机处理：接收主机信号、并送相应分站。主站（或传输接口）主要完成地面非本质安全型电气设备与井下本质安全型电气设备的隔离，主站还具有控制分站的发送与接收，多路复用信号的调制与解调，系统自检等功能。主机选用工控微型机或普通台式微型机、双机或多机备份。主机主要用来接收监测信号、校正
9、、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、与管理网络联接等。,投影仪、模拟盘、大屏幕、多屏幕、电视墙等用来扩大显示面积，便于在调度室远距离观察。管理工作站或远程终端一般设在矿长或总工办公室，以便随时了解矿井安全及生产状况。数据服务器是主机与管理工作站及网络其它用户交换监控信息集散地。路由器用于企业网与广域网及电话线入网等协议转换、安全防范等。,技术特征：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；分站至主站间采用树形、环形或树形与星形混合网络结构；采用微机（含单片机）、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、
10、多屏幕、电视墙等，具有彩显、磁盘记录、打印报表、联网等功能。,单方面多参数监控系统解决了机械化采煤的急需，但系统存有控制功能差、通用性差、性能价格比低等问题。这既不符合监测与控制并重、硬件通用、软件组态、现场总线监控与多媒体的发展趋势，又难于满足煤炭高产、高效、安全生产的需要。其主要表现见教材。,1.2全矿井综合监控系统,这是矿井监控系统发展方向。既可用于前述的环境安全、运输等多方面的综合监控，又可实现某些或某个方面监控的多参数、多功能监测与控制并重、就地自动控制与地面人为远动控制结合的系统。由智能传感器、智能监控站、调度管理网络等组成。见书P8图1.6。,1.2.1智能传感器,电路通用可配接
11、各种不同的传感组件，被测不同物理量时只需更换传感组件，且同一传感器还可同时接入多个传感组件构成多参数传感器。便于用户维护；备品备件少，便于配备，大大提高产品质量和生产的批量；便于维护人员集中精力、深入细致地掌握电路原理，及时处理故障，保证系统正常运行。,数字信号传输与多路复用智能传感器采用数字信号传输，多台传感器共享一根多芯电缆接成树形结构与智能监控站相连，若传感器远离智能监控站而靠近系统传输电缆时，智能传感器可直接接系统电缆。就地控制传感器能直接控制执行机构，比经分站控制执行机构执行速度快、可靠性高。当分站发生故障时，仍可执行一些基本的控制。,1.2.2智能监控站,具有信号采集、控制、与主站
12、（或上级智能控制站）双向数据传输等功能。与传感器（含执行机构）信号传输采用数字传输；采用组态软件技术，解决了分站通用问题。采用现场总线技术，解决通信协议不通用、不同分站难以接入同一系统。,1.2.3调度管理网站,调度管理人员通过它与系统进行信息交换，其功能体现为：采用计算机网络将工作在生产调度室、通风调度室矿长办公室和总工办公室等许多工作站联系在一起，工作站可利用网上的生产、安全、销售、财会等多方面信息。通过授权限制资源利用。采用组态软件技术解决中心站软件通用问题。,网络设备由工作站（含多屏幕工作站、多媒体工作站）和服务器等组成。一般采用以太网。1.2.4现场总线与组态软件技术,1.3矿井监控系统特点与分类,1.3.1矿井监控系统特点电气防爆。传输距离远。网络结构宜采用树形结构。监控对象变化缓慢。电网电压波动大。工作环境恶劣。传感器（或执行机构）宜采用远程供电。不宜采用中继器。,1.3.2矿井监控系统的分类,按监控目的分：环境安全、轨道运输按使用环境分：防爆型、矿用一般型、地面普通型和复合型。按复用方式分：频分制、时分制、码分制和复合复用方式。按网络结构分：星形、环形、树形总线形和复合形。按信号传输方向分：单向、单工和双工。按传输信号分：模拟传输、数字传输。按调剂方式分：基带、调幅、调频和调相。按同步方式分：同步传输、异步传输系统。,
