矿井安全监控系统_第2讲

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1、2矿井监控系统通用要求,2.1信息传输要求,总要求：硬件通用、软件兼容、信道共享、信息共享，促进产品标准化、提高产品质量。,传输介质：矿井监控系统一般都采用价格低廉、便于安装维护矿用双绞线电缆（受环境制约，难以实现无线通信；光缆断后难以接续，光纤的熔接防爆未解决，故少用）。网络结构：因传输电缆须沿巷道敷设挂巷道壁上，为便于安装维护、节约电缆、降低成本，宜采用树形网络结构，也可采用环形、总线形、星形或其它网络结构。,工作方式：现多用主从工作方式。与无主工作方式比，抗故障能力差。考虑环境安全及运输等单方面集中监控需要，宜采用多主或无主、主从等其它工作方式。连接方式：为满足环境安全运输等就地监控需要

2、，宜灵活多样，可单层亦可多层连接。传输方向：因单向传输仅适用于监测系统，全双工传输使用传输通道较多。故宜采用半双工传输，亦可采用全双工传输。复用方式：常用频分、时分、码分制。比较见表2.1。矿井监控系统宜采用时分制。,表2.1频分制、时分制、码分制对比,信号：表示模拟量的信号可是模拟信号和数字信号。传感器及执行机构至分站间，分站至主站间均宜采用数字信号传输。因数字信号抗干扰力强；传输质量高，差错可控制；可传递各种消息，灵活通用；便于计算机存储、处理、传输；便于本质安全防爆隔离。又因在同样速率下不归零信号比归零信号脉冲持续时间长、抗干扰能力强、传输距离远；矩形信号较其它波形信号设备简单，故实宜用

3、不归零矩形脉冲数字信号传输。同步方式：根据井下控点分散特点，每一分站、传感器（或执行机构）每次需发送或接收,数据（或状态）较少，信号变化缓慢，宜用低速、小容量、设备简单的串行异步传输方式。调制方式：因基带传输比频带传输设备简单、成本低、便于本质安全防爆、树状系统使用；调频调相抗干扰能力强。故宜用基带、调频和调相传输。字符：系统字符长度为8位。由1位逻辑“0”表开始，1位逻辑“1”表停止，任意长度逻辑“1”表空闲。最高位与停止位间设1位地址/数据标志位，该位为逻辑“1”表该字符为地址字符，该位为逻辑“0”表该字符为数据字符。最高位与停止位间亦可设1位奇偶校验位，宜采用奇校验。,帧格式：为标明一帧

4、信息的接收地址、长度和类别，并保证可靠的传输，在一帧中通常包括地址场、控制场、数据场和校验场。根据煤矿特点，矿井监控系统宜采用CRC-CCITT。传输速率：宜在1200bps、2400bps、4800bps等中选取。误码率：用于监测的矿井监控系统应不大于10-6，用于监控的矿井监控系统应不大于10-8。传输处理误差：应不大于0.5%。,最大巡检周期：由于矿井监控信号变化缓慢，其最大巡检周期应不大于30s。当然越短越好。最大传输距离：矿井监控系统不宜采用中继器来延长传输距离；分站至主站之间，分站至分站之间，最大传输距离应不小于10km；传感器及执行机构至分站之间最大传输距离应不小于2km。最大节

5、点容量：宜在8、16、32、64、128中选取，除考虑物理层外，还须便于2进制编码。,2.2性能要求,应具有模拟量开关量和累计量监测功能。应具有声光报警、模拟量和开关量手动（含远程地面）与自动控制功能。具有备用电源。电网停电后系统对主要监控量继续监控时间不小于2h。具有自检功能。当传感器、分站、主站、传输电缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间，故障设备以供查询及打印。,系统主机应双机备份，并具有手动切换功能。当工作主机出现故障备份主机投入工作。应具有实时存储功能。（存储包括）重要监测点模拟量实时监测值和输出值存盘记录应保持24h，其余应保存3m以上。应具有列表显示功能。模拟量及相关显示地点、

6、名称、单位、报警门限、控制门限、监测值、最大值、最小值、平均值、传感器故障、封锁与解锁等；开关量显示地点、名称、动作时刻、状态、动作次数、传感器状态、封锁与解锁等。累计量显示地点、名称、单位、累计量值等。应具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能。在同一坐标上用不同颜色显示最大值平均值最小值曲线。,具有柱状图显示功能。包括地点、名称、最后一次开/停时刻和状态、工作时间、开机率、开/停次数、传感器状态、封锁与解锁等。应具有模拟动画显示功能。包括工艺流程模拟图、相应设备开停状态、相应模拟量数值等应具有系统设备布置图显示功能。包括传感器、执行机构、分站、电控箱、主站和电缆等设备的名称、位置、运行状态等。

7、应具有报表、曲线、柱状图、模拟图、初始化参数等召唤打印功能（定时打印可选）。,应具有人机对话功能。便于系统生成、修改参数、功能调用、控制命令输入。应具有防雷措施。防止雷电击毁设备引起井下瓦斯爆炸。应具有抗干扰措施。防止架线电机车火花、大型机电设备启停等电磁干扰系统正常工作。系统分站应具有初始化参数掉电保护功能。以防分站停电后初始化参数丢失。宜具有工业电视图像等多媒体功能，便于提高信息的利用率。,宜具有网络通信功能。便于矿领导及上级主管部门对监控信息的利用。地面设备应具有防静电措施。系统应工作稳定、性能可靠，出厂前要进行连续7天的稳定性试验，系统软件死机率应小于1次/720h。(21)系统调出整

8、幅实时数据画面的响应时间应小于5s。(22)电源波动适应范围：地面为90110%，井下为75110%。,2.3软件要求,2.3.1性能要求实时性。监控软件的监测、数据计算、判断、处理、传输、控制等应能周期地循环运行而不中断。数据处理精度。各种运算处理误差应小于0.5%。死机率。在连续运行过程中，软件引起的死机率应小于1次/720h。键盘响应。在连续运行过程中，要求从键盘,输入到执行该条命令的最长间隔时间小于30s。中文功能。汉字显示自检功能。对接入系统的传感器、分站的工作状态、传输电缆故障位置有自检功能。信息输出和存储功能。应有显示打印报警和存储功能。生成功能。应有在不中断正常监控功能的条件下

9、由用户随时生成、修改各种参数及表格的功能。,2.3.2单位、格式、时间、色标、符号及字符长度,2.3.2.1单位所有计量单位必须符合法定计量单位。2.3.2.2表示格式模拟量值一般采用三位有效数字表示。开关量状态可用汉字（开/停），字符（on/off）、图形颜色（红停绿开），或其它方式（如模拟旋转表示工作等）表示。累计量值表示可自行规定。,2.3.2.3时间系列在计算、显示、打印、存储等功能中凡涉及时间期限时，宜选用表2.3所列的系列值。2.3.2.4色标红色超限报警、设备故障、停止运行、电力网有电。黄色设备维修不用、测点不巡检、接收不到信号、电力网无电。绿色正常运转、工作。,2.3.2.5符

10、号用符号代替汉字时，应取该汉字表示的英文词组首字母为符号、有约定成俗的除外。常用符号如表2.4所示。2.3.2.6字符长度显示或打印汉字名称长度应不超过8个汉字长度。,2.3.3显示,2.3.3.1模拟量数据表格显示传感器设置地点。初始化时人机对话输入。如：1号采煤工作面回风巷等。传感器所测物理量。初始化时人机对话输入。如：甲烷等。单位。初始化时人机对话输入。如：%CH4报警浓度。初始化时人机对话输入。如：1.00%CH4等。断电浓度。初始化时人机对话输入。如：1.50%CH4等。,复电浓度。初始化时人机对话输入。如：1.00%CH4等。断电范围。初始化时人机对话输入。如：工作面和回风巷等。监

11、测值。是系统实时监测到的模拟量数值。如1.00%CH4等。平均值。是对单位时间内多次监测值取平均值。时间间隔一般为5min、10min、1h、8h、24h、10d、30d、3m、6m、12m。若模拟量为x采样次数为N，则平均值为X=（x1+x2+xN）/N,最大值。对单位时间内多次监测值取最大值最小值。对单位时间内多次监测值取最大值报警及解除报警状态及时刻。将模拟量报警及解除报警状态及时刻显示并记录下来。断电、复电命令及时刻。当模拟量大于或等于断电浓度时发出断电命令及时刻；当模拟量小于复电浓度时发出复电命令及时刻。馈电状态及时刻。即系统监测到的被控电源的馈电状态及时刻；不馈电状态及时刻。,断电

12、命令与馈电状态对应状态及时刻。模拟量超过断电浓度，系统发出断电命令或模拟量低于复电浓度，系统发出复电命令；系统监测到被控电源的馈电状态是否与断电命令一致，以及不一致的起始时间。实时时钟。是当前的年、月、日、时、分、秒信息。该信息应在各种显示型式中输出。,模拟量数据表格显示形式有：分类显示。按所监测物理量的所属类别显示，分通风类、供电类、每一大类又可细分。如通风类分甲烷、一氧化碳、风速类调用显示。即根据需要选择所关心的模拟量显示。内容包括地点、名称、单位、报警断电复电浓度报警显示。当模拟量超限自动将超限时刻及当前数值在屏幕上列表显示。格式同调用显示。区别在于报警记录查询显示。根据需要将某一时间内

13、报警的模拟量的报警和解除报警时刻、累计报警次数、累计报警时间、报警期间最大值和每次报警期间最大,值等记录调出。断电显示。当模拟量超过断电浓度时自动将当前数值、断电命令及时刻、断电区域、馈电状态与断电命令是否相符及时刻在屏幕上列表显示。断电记录查询显示。根据需要将某一时间内模拟量的断电和复电命令及时刻、断电区域、馈电状态与断电命令是否相符及时刻、累计断电次数、累计断电时间、断电期间最大值和每次断电期间最大值调出，并列表显示。,统计值记录查询显示。根据需要将某一段时间内模拟量的平均值、最大值调出，并列表显示。模拟量断电命令与馈电状态不符显示。当模拟量断电命令与馈电状态不一致时，自动显示地点、名称、

14、断电与复电命令时刻、断电区域、断电命令与馈电状态不符时刻。模拟量断电命令与馈电状态不符记录查询显示。就是将显示某一段时间内的模拟量断电命令与馈电状态不符记录次数、累计时间、每次起止时间调出并显示。,2.3.3.2开关量状态表格显示,所监测设备地点。在系统初始化时通过人机对话输入。如：1号掘进工作面。所监测设备名称。在系统初始化时通过人机对话输入。如：局部通风机。报警状态。在系统初始化时通过人机对话输入。如：停。断电状态。在系统初始化时通过人机对话输入。如：停。断电范围。在系统初始化时通过人机对话输入。如：掘进苍道。,当前状态。是系统实时监测到的开关量状态。如：开。状态变动时刻。是系统通过对开关

15、量状态变动的实时监测，而给出变动时刻信息。如：01-16/15:40等。报警及解除报警时刻。就是将开关量状态报警及解除报警时刻记录下来。断电及复电时刻。就是将断电命令及复电命令时刻记录并显示。,馈电状态及时刻。就是将监测到的被控开关的状态及时刻显示并记录。断电命令与馈电状态比较及时刻。当断电命令与监测到的馈电状态不符时，报警显示，并记录时刻及状态。开关量状态表格显示分有：分类显示。按所监测设备的所属类别显示，一般分通风类、供电类、运输类、采掘类、排水类等大类。调用显示。就是选择所关心的开关量的状态显示。如表2.13所示。,报警与断电显示。当开关量为报警与断电状态时，自动将报警与断电时刻和状态、

16、断电命令与馈电状态相符与否及时刻列表显示。断电命令与馈电状态不符显示。当开关量断电命令与馈电状态不符时，自动将断电区域、断电命令与馈电状态不符时刻列表显示。状态变动显示。就是将当前状态变化的开关量（由“开”变“停”或由“停”变“开”）的状态变动时刻和状态变动状况显示。,报警记录查询显示。根据需要将某一段时间内开关量累计报警次数、累计报警时间、每次报警及解除报警时间及时刻列表显示。断电记录查询显示。根据需要将某一段时间内开关量累计断电次数、累计断电时间、每次断电时间、每次断电及复电时刻列表显示开关量动作记录查询显示。根据需要将某一段时间内开关量状态变动次数、变动时刻和变动状态调出并列表显示。开关

17、量断电命令与馈电状态不符查询显示。根据需要将某一段时间内的开关量断电命令与馈电状态不符次数、累计时间、每次馈电状态和每次起止时间调出列表显示。,2.3.3.3模拟量曲线显示,就是将模拟量监测值和统计值随时间变化的状况用带坐标和门限值的曲线直观地显示出来。竖轴为监测值和统计值，横轴为时间。用平行于横轴的黄虚线给出报警浓度，红虚线给出断电浓度，兰虚线给出复电浓度。实时监测值、最大值、平均值等用不同颜色表示。屏幕上方标明传感器设置地点、所测物理量名称等。如图2.8所示。,2.3.3.4开关量柱状图显示,就是将开关量单位时间内的开机效率（单位时间内开机时间）用直方图直观显示。坐标竖轴为开机效率，横轴为

18、时间。屏幕上方标明传感器设置地点、所测物理量名称、起始、终止日期和时间、报警状态，为便于读值，应设置游标，游标所到之处应标出对应区间的开机效率、开机时间、开机次数等。如图2.9所示。为获较好的观察效果，时间轴长度应大于屏幕的2/3。时间轴的时间基本单位应按表2.3时间系列值中的规定选择。,2.3.3.5模拟图显示,就是在具有说明巷道、设备布置等背景图上，将实时监测到的开关量状态，用相应的图样在相应的位置模拟显示，同时将实时监测到的模拟量数值在相应位置显示。该显示直观形象。一般按类别显示。有：供电系统；运输系统；采、掘、开系统；排水系统；通风系统；监控系统自检；避灾路线。各显示内容见教材。对于较

19、复杂的系统，模拟图可分总图及局部详图，并具有漫游、弹出详图功能。,2.3.4报警,声音报警当模拟量监测值超限（需要报警或断电）、断电命令与馈电状态不符或开关量状态为报警状态时，报警喇叭或蜂鸣器应发出声响。光报警在表格显示方式中，当模拟量监测值超限（需要报警或断电）或开关量状态为报警状态时，有关该模拟量或开关量的文字和数值闪烁，也可用红色显示，或用红色显示加闪烁。在模拟量模拟曲线显示和图形显示中相应的曲线和图样也如上一样。,2.3.5存储记录,系统存储的监控信息有：统计值记录；模拟量报警记录；模拟量断电记录；断电命令与馈电状态不符记录；开关量状态变动记录；开关量报警及断电记录；开关量断电命令与馈电状态不符记录；监控设备故障记录。,2.3.6打印,系统应具有定时打印和调用打印功能，亦具有报表、模拟量曲线、开关量柱状图、模拟图形或屏幕拷贝功能。所打印表格包括班报、日报和记录查询表等。日（班）报表有：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；模拟量断电命令与馈电状态不符日（班）报表；开关量报警及断电日（班）报表；开关量断电命令与馈电状态不符日（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表。,