《矿井安全监测系统》PPT幻灯片

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1、1,矿井安全监控系统主讲:蔡成功Tel:13839136421河 南 理 工 大 学二 O O 五 年 一 月,2,1.1 矿井安全监控系 统作用 保证安全生产； 实现煤炭高产、高效。 1.2 矿井安全监控系统一般用途 安全环境、轨道运输、胶带运输、提升运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、机电设备状态等。,矿 井 安 全 监 控 系 统1 绪 论,3,1.3 矿井监测特点 瓦斯（甲烷）等易燃、易爆性; 硫化氢等腐蚀性气体; 淋雨、潮湿; 空间狭小; 矿尘大; 电磁干扰严重; 电网电压波动大; 工作场所分散且距离远。,矿 井 安 全 监 控 系 统1 绪 论,4,1.4 矿井安

2、全监控系 统与一般监控的区别 电气防爆； 传输距离远； 采用树形结构； 监控对象变化缓慢。 一般工业监控原理和技术难与适合矿井监测。,矿 井 安 全 监 控 系 统1 绪 论,5,2.1 矿井监测系统的发展 矿井监控系统是由单一甲烷监测和就地断电控制的瓦斯遥测系统和简单的开关量监测模拟盘调度系统发展而来的。系统监测参数单一，监测容量小，电缆用量大、系统性能价格比低，难以满足煤矿安全生产的需要。 随着传感器技术、电子技术、计算机 技术和信息传输技术的发展和在煤矿的应用，矿井监控系统已由早期的单一参数的监测系统，发展为多参数单方面监控系统（例如环境安全、轨道运输、胶带运输、提升运输、供电、排水、矿

3、山压力、火灾、等监控系统）。 存在着硬件不通用、软件不兼容、信道不共享、信息不共享等问题。因此，矿井监控系统将综合组态软件、现场总线、可编程控制器、多媒体、计算机网络和智能传感器等技术，向着硬件通用、软件兼容、信道共享、信息共享、多参数、多功能、多媒体全矿井综合监控系统的方向发展。,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,6,2.2 早期的矿井监控系统 作用及功能：用来监控井下环境中甲烷度的监测系统，并具有瓦斯超限声光报警和断电功能。,矿井监控系统是由瓦斯遥测系统发展而来的。瓦斯遥测系统是用来监控井下环境中甲烷浓度的监控系统，并具有瓦斯超限声光报警和断电功能。,组成: 甲烷

4、传感器 断电仪 遥测仪 记录仪,传感器 传感器将模拟信号转换为电信号送断电仪，并具有甲烷浓度显示和甲烷浓度超过报警门限后声光报警功能。,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芯矿用信号电缆远距离传送至位于地面的遥测仪。,遥测仪 对接收到的调制信号解调后显示，并进行报警判别，当甲烷浓度超过报警门限时，发出声光报警信号。,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,记录仪 将甲烷浓度实时记录下来。,7,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,2.3 矿井安全监控系统分类 按监控目的分为环境安全、轨道运输、胶带运输、提升运输、供电、排水

5、、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统。 按使用环境分为防爆型、矿用一般型、地面普通型和复合型系统。 按复用方式可分为频分制、时分制、码分制和复合复用方式(同时采用频分制、时分制、码分制中两种或两种以上)系统。 按采用的网络结构不同可分为星形、环形、树形、总线形和复合形(同时采用星形、环形、树形、总线形中两种或两种以上)系统。 按信号传输方向不同可分为单向、单工和双工系统。 按所传输的信号不同可分为模拟传输系统和数字传输系统。 按调制方式不同可分为基带、调幅、调频和调相等系统。 按同步方式不同可分为同步传输系统和异步传输系统等等。 按监控目的分类便于系统选型，按技

6、术特征分类便于进一步了解系统的技术性能。在实际应用中通常将上述分类方法结合使用。,8,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,2.3 矿井安全监控系统分类 2.3.1 环境安全监控系统 甲烷、氧化碳、二氧化碳、氧气、硫化氢、风速、负压、湿度、温度、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停、工作电压、工作电流等，并实现甲烷超限声光报警、断电和 甲烷风电闭锁控制等。 2.3.2 轨道运输监控系统 信号机状态、电动转撤机状态、机车位置、运行方向、运行速度、车皮数、空（实）车皮数等，并实现信号机、电动转辙机闭锁控制等。,9,2.3.3 胶带运输监控系统 皮带速度、

7、轴温、烟雾、堆煤、横向撕裂、纵向撕裂、电机运行状态、煤仓煤位等，并实现顺煤流启动，逆煤流停止闭锁控制和安全保护等。 2.3.4 提升运输监控系统 罐笼位置、提升速度、安全门状态等。 2.3.5 供电监控系统 电网电压、电流、功率、功率因数、馈电开关状态、电网绝缘等，漏电保护等 2.3.6 排水监控系统 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、水泵开停控制等。,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,10,2.3.7 火灾监控系统 一氧化碳、二氧化碳、氧气浓度等。 2.3.8 矿山压力监控系统 地音、顶板位移、位移速度、位移加

8、速度等。 2.3.9 煤与瓦斯监控系统 煤岩体声发射、瓦斯涌出量等。 2.3.10 机电设备监控系统 机械振动、油质量污染等。,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,11,2.4 矿井监控系统现状 监测参数单一，监测容量小，电缆用量大、系统性能价格比低。因此，难以满足煤矿安全生产的需要，特别是采煤机械化程度的提高，对矿井监控提出了越来越高的要求 矿井监控存在的主要问题: 现有监控系统均针对某一监控对象开发； 在同一水平上重复开发； 均没有将数据、文字、声音、图象等多种媒体结合； 均没有针对矿井机电一体化和移动监控； 通信协议均自我定义，互不兼容； 均采用主从式传输，受地面

9、主站设备和电缆影响大； 均为某一特定系统开发，通用性差，难以满足综合监控； 现有分站均为某一监控目的开发、功能单一、用户难以通过简单地操作实现综合监控的目的。,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,12,2.4 矿井监控系统现状 现有传感器及执行机构，一般采用星形结构与分站连接（除个别系统外），电缆复用率低，需敷设大量的电缆，既增大了系统投资，又不便于系统维护。 现有传感器及执行机构一般需经分站接人系统（除个别外），当个别传感器和执行机构离分站较远，而离系统电缆较近时，就显得十分不合理，不便于系统维护，增加了系统电缆投资。 现有传感器输出信号为模拟信号（频率型、电流型和电

10、压型）和开关量信号，采用模拟信号和开关量信号，很难实现传感器及执行机构的电缆多路复用。 现有传感器的电路均针对某一种传感组件设计、仅能实现标校、显示、声光报警、信号输出等基本功能，不能实现同一电路可配接不同传感组件（如监测甲烷浓度的黑白组件，监测温度的半导体组件等），以便于用户维护。现有传感器也不能实现多参数监测，如甲烷和风速二参数传感器、一氧化碳和温度二参数传感器。,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,13,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,每一个分站分别通过一根传输电缆与中心站相连。,各分站与中心站用一根传输电缆串在一起，形成一个环。,每一

11、个分站使用一根就近连接到系统传输上。,14,2.5 全矿井综合监控系统组成 以太网，指由施乐公司创建并由施乐、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。以太网络使用CSMA/CD （载波监听多路访问及冲突检测技术）技术，并以10 Mbps的速率运行在多种类型的电缆上。 以太网的核心思想是使用共享的公共传输信道。共享数据传输信道的思想来源于夏威夷大学。 所谓现场总线，是指将现场设备（如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等）与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿

12、井监测系统的发展及分类,15,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,2.5.1 智能传感器 (1) 电路通用 智能传感器的电路是通用的，可配接各种不同的传感组件(含敏感组件)，当用于不同被测物理量时，只需更换传感组件。并且同一个传感器还可同时接入多个传感组件构成多参数传感器(如甲烷与风速二参数传感器，一氧化碳与温度二参数传感器等)。通用电路首先方便了用户维护。,16,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,2.5.1 智能传感器 (2) 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，树形结构与智能监控站相连，当传感器远

13、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。,17,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,2.5.1 智能传感器 (3) 就地控制 传感器直接控制执行机构，较接分站控制执行具有执行速度快的特点.,18,2.5.2 智能监控站 是全矿井综合监控系统智能现场设备，其功能类似于现有系统分站，具有信号采集、控制、与主站或上级智能控制站双向数据传输等功能，但又不同于现有系统分站，这主要体现在以下几个方面： (1) 与传感器、执行机构信号传输采用数字传输，多路复用，解决了模拟量输入输出、开关量输入输出4种监控量互换的问题。 (2) 采用组态软件技术，解决了分站软件通

14、用问题。 (3) 采用现场总线技术，解决通信协议不通用、不同的分站难以接入同一系统，主从式通信等问题，提高系统的可靠性。,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,19,2.5.3 调度管理网络 - 调度和管理人员是通过调度管理网络与系统进行信息交换的，其功能类似于现有系统的中心站和远程终端，具有系统初始化、显示、打印、存储、控制干预等功能，但又不同于现有中心站与远程终端，这主要体现在以下几个方面： (1) 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。也可通过授权限制某些用户对信息资源的利用。 (2) 采用组态软件技术，解决了中

15、心站软件通用问题。 (3) 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、快速以太网、交换式以太网和ATM。,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,20,2.5.4 现场总线与组态软件技术 现场总线:连接智能现场设备和自动化的多节点，数字式，双向传输的通信网络。 组态软件:通用的监控软件，用户不需要学习任何语言和编成方法，利用组态软件提供的生产工具就可以生产具有通信，控制，显示，储存，打印，报警等多种功能各种应用软件。,矿 井 安 全 监 控 系 统2 矿井监测系统的发展及分类,21,3.1 矿井监控的特点矿井监控的特点 (1) 电气防爆

16、。 (2) 传输距离远。一般工业监控对系统的传输距离要求不高，仅为几千米，甚至几百米，而矿井监控系统的传输距离至少要达到10千米。 (3) 网络结构宜采用树形结构。矿井监控系统的传输电缆必须沿巷道敷设，挂在巷道壁上。由于巷道为分支结构，并且分支长度可达数千米。 (4) 监控对象变化缓慢。监控对象主要为缓变量，因此，在同样监控容量下，对系统的传输速率要求不高。 (5) 电网电压波动大，电磁干扰严重。由于煤矿井下空间小，大型设备启停和架线电机车火花等造成电磁干扰严重。 (6) 工作环境恶劣。 (7) 传感器(或执行机构)宜采用远程供电。由于传感器及执行机构往往设置在工作面等恶劣环境，因此，不宜就地供电。现有矿井监控系统多采用分站远距离供电。 (8) 不宜采用中继器