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1、第二届徐州科技论坛暨徐州市第五届青年学术年会论文集(下册) 179煤矿安全生产综合监控系统设计张伟忠(中国矿业大学信息与电气工程学院221008)摘 要 文章主要讨论矿井综合自动化监控系统的井下部分，重点介绍了监控系统在井下通信，以及抗干扰措施和一种特殊的电源：本安电源。关键词 自动化 煤矿 计算机安全监控系统一、引言随着科学技术的不断进步，矿井安全生产综合监控系统技术水平不断提高，功能日益完善，监控系统在我国的各大、中型煤矿已普遍采用。由于监控系统具有连续监测，能实现风电自动闭锁、瓦斯超限自动断电、闭锁，给地面调度，指挥中心提供连续实时的瓦斯、一氧化碳、风量等数据，增强了矿井的灾害预报预防能
2、力。矿井安全生产综合监控系统是保障煤矿安全生产的重要装备，它在预防矿井灾害、瓦斯事故中发挥了重要作用，因此，科学地应用和管理好、维护好监控系统对煤矿安全生产具有重要的意义。二、煤矿监控系统的组成和功能煤矿综合自动化监控系统包括：工业电视监视系统，生产调度通讯系统，煤矿安全生产集中监控系统。这三个系统在煤矿的生产管理中既相互独立又互为补充，它们分别为煤矿的生产管理提供语音、数据、图像三种类型信息，生产管理人员可通过现场图像对话交流、实时数据三种方式了解生产作业情况，是科学地进行生产管理和指挥调度的保证。(一)工业电视多媒体监视监控工业电视部分采用一根电缆传送所有摄像图像，中心站软件实现摄像文字提
3、示，由软件建立摄像机地图，每台多媒体工作站均可在多窗口方式下实现独立选台，摄像机遥控和图像显示。1多屏多画面与动态模拟显示生产环节监测监控系统能提供功能强大的图形及动域制作软件，借助键盘和鼠标可简单、方便地绘制用户所需的各种图形。图形可在多屏幕显示屏上组合显示，通过网络可以共享图形；系统中心站计算机直接向模拟盘发送系统采集到的信息和控制模拟盘上的各种显示。以模拟图的形式把生产的各个环节动态地显示出来。2与地面其他工业自动化系统联网系统地面中心站可连接其他工业自动化系统入网，且具有与上级单位联网的功能，能把各种图形、数据实时传送到上级单位的网络中。监测监控系统收集了各种与生产经营有关的信息，建立
4、了有助于安全、生产、调度和管理的网络系统，对井上、井下安全生产进行监测监控，为煤矿领导和调度指挥中心提供及时准确的信息来指挥生产和经营效益决策，并有效防止瓦斯爆炸等各种矿井灾害事故，为煤矿的高产高效、安全文明生产起到保驾护航的重要作用。(二)煤矿生产调度通信系统煤矿生产调度通信系统是煤矿生产管理的核心子系统。它能实时监测井下各采煤、掘进队的生产情况，监视井下各环节的运转和安全情况，是煤矿生产的指挥和指令中心。它不断获取煤矿生产过程中产生的各种信息，并将这些信息与作业规程和其他标准定额进行比较，一旦发现偏差与异常情况，就及时发出调度指令进行调节，以保证生产系统连续、有效、安全地运行。传统方式下，
5、生产调度系统采用打电话方式获取生产信息和手工统计汇总生产日报等统计报表，存在着工作繁琐、信息传递速度慢、覆盖面窄、误差大，许多信息以电话方式交换，不规范，无记录，难以调查某些由于管理失误而引起的责任事故等弊端。为规范化调度管理，减轻工作负担，提高工作效率和精确度，煤矿生产调度管理信息系统可快速、准确地传递矿井生产的有关信息，通过网络把信息传送到各科室和部门，信息覆盖面大，减少了数据误差，对矿井规范化管理起到了积极作用。(三)煤矿生产集中监控系统煤矿安全生产集中监控系统主要作用是将在180 树立科学发展观快速崛起东陇海煤矿生产中已经独立运行的各自动化监测监控系统(如：井下胶带机、水泵PLC自动控
6、制；选煤厂PLC集中控制；主井、副井提升信号；变电站微机综合保护；通风机微机监测；煤矿安全监测等)通过监控网络(现场总线)将各系统连成一个完整的煤矿生产安全集中监控系统，从而使各系统的监控信息通过监控网络汇总到调度室的集中监控中心，使调度监控中心的值班人员可以及时了解生产现场的安全生产数据，并结合工业电视监视系统和生产调度通讯系统进行科学指挥生产。矿井综合自动化监控系统在设计和实施时充分利用了煤矿原有的系统资源，在保障生产正常进行的同时完成了工程，极大程度地提高了劳动生产效率和煤矿现代化管理水平。本论文主要讨论矿井综合自动化监控系统的井下部分，重点介绍了监控系统在井下通信，以及煤矿监控系统的抗
7、干扰措施和一种特殊的电源：本安电源。三、矿井井下移动通信矿井通信担负着生产指挥、监测监控、处理事故、抢险救灾、传递信息的任务，对于保障人身安全和矿井安全及高效生产起着重要作用。随着新技术的不断涌现，矿井移动通信技术将得到不断发展和完善，即向着大容量、多信道、多功能方向发展，除实现语音全双工通信外，还可以传输数据、图像等，真正形成一个全矿井移动通信网。(一)矿井移动通信的特殊性随着采煤机械化程度的提高和煤炭高产、高效、安全生产的需要，矿井移动通信系统已成为矿井生产调度和抢险救灾的重要工具。煤矿井下是一个特殊的工作环境，因此矿井移动通信系统不同于一般地面移动通信系统，具有：电气防爆、传输衰耗大、设
8、备体积小、发射功率小、抗干扰能力强、防护性能好、电源电压波动适应能力强、抗故障能力强、移动速度慢等特点。(-)介绍几种井下通信系统1架线机车载波通信系统利用电机车的供电馈线作为载波传输通道，实现井下运输调度室与电机车司机之间的通信联系。此系统是煤矿早期实现电机车移动调度通信的主要手段，近年来此系统已由调幅单工制式发展为调频双工制式。2感应电话通信系统利用井巷架设的专用感应线或巷道内已有的导体作为导波线，利用导波线周围的感应电磁场传递信息，实现固定台和移动台之间的通信。系统可根据井下局部生产环节各自组成单独的感应环路，实现各自环路的通信联系，需要环路闻相互通信联络时可汇接到地面中心站。但由于感应
9、线易受敷设条件和周围物体的影响，使得通信质量不够稳定，维修也不方便；传输频率低，对电气干扰不易克服，噪声较大，影响了通信质量。3漏泄电缆通信系统利用井巷架设的专用漏泄同轴电缆作为导波线，利用导波线周围的漏泄电磁场传递信息，实现基地台和移动台之间的通信。漏泄同轴电缆电气性能良好，辐射能力容易控制，受周围环境影响小，敷设使用较方便；由于电缆敷设时增加了中间设备，若出现故障时，将影响系统的正常通话。此系统综合性能指标较高，因而获得了广泛应用，使得矿井漏泄通信技术本身得到了进一步的发展和完善。四、矿用本质安全电源随着我国煤矿机械化、自动化程度的提高，本质安全(简称本安)型电气设备在井下的监控、通讯、信
10、号、仪表和自动化系统中应用日益广泛。本安电源是指在正常工作和故障状态下，其输出的最高电压、最大电流均具有本安性能的电源。可分为独立电源和外接电源两种基本类型，其限能保护电路方式有限流型、截流型和减流型。本安电源具有以下特点：1独立电源主要用于携带式电气设备，电池或蓄电池串联限流电阻后，用环氧树脂浇封成一组件，是常用最经济的一种安全处理措施。2外接电源主要用于煤矿井下固定式电气设备，但必须经过电源变压器的隔离与降压。3限能保护电路是使电源参数达到本安性能要求和提高电源输出功率的关键性措施，应根据具体负载电路的要求确定采用何种限能保护电路方式。4双重或三重化保护是设计限能保护电路所必须遵循的原则，
11、否则，在故障状态下电路就会失去本安性能。五、煤矿监控系统的抗干扰措施煤矿安全生产监控系统是基于微型计算机及信息传输网络组成的监测与监控系统。由于其工作环境复杂，信号的采集、传输及系统运行的每一个环节都会引入各种各样的干扰。特别是在煤矿强大电力生产环境下，电磁干扰非常严重，造成误码、误动，影响监控精度甚至使系统无法正常工作。(一)煤矿环境的主要干扰源(1)静电感应 静电感应是由于两条支电路第二届徐州科技论坛暨徐州市第五届青年学术年会论文集(下册) 181或元件之间存在着寄生电容，使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去。因此又称电容性耦合。(2)电磁感应 当两个电路之间有互感存在时，一
12、个电路中电流的变化，就会通过磁场耦合到另一个电路。例如：变压器及线圈的漏磁、通电平行导线等。(3)漏电流感应 由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良，特别是井下湿度较大，绝缘体的绝缘电阻下降，漏电电流增加引起干扰。尤其当漏电流流入测量电路的输入级时，其影响就特别严重。(4)射频干扰主要是大型动力设备的启动、停止的操作干扰和高次谐波干扰。如可控硅整流系统的干扰等。(二)煤矿监控系统的抗干扰措施煤矿系统的干扰危害非常严重，轻者影响仪表的测量精度，甚至使仪表无法正常工作，重者影响系统控制精度致使控制失灵，甚至损坏生产设备造成事故。煤矿安全监控系统的抗干扰应从以下
13、3：Y面人手：(1)躲开干扰源，阻止干扰信号引入系统；(2)使引入系统的干扰信号得到最大的衰减或尽量不起作用；(3)最大限度地降低干扰信号强度。1传输系统的抗干扰措施由于煤矿生产设备均属大功率机械，相应的静电场和电磁场干扰很严重，所以传输系统要尽量远离静电场和电磁场，系统内预制电缆和通讯电缆采用屏蔽电缆、同轴电缆、光缆或双绞线以减少干扰。采用双股绞线或屏蔽线作信号传输线并采用隔离和屏蔽等措施抑制差模干扰，高频电缆尽量减小“高频裸露”的长度。双端均采用光电隔离式电磁隔离。对电网浮空或隔离来减少电网干扰。由于工作条件的因素，传输线路还易受到热，化学等干扰，应采取相应措施，如采取热屏蔽或温度补偿。要保证传输线的密封和清洁。采用有效的软件抗干扰措施。2分站及传感器抗干扰措施分站及传感器处在工作现场，工作环境复杂，条件较差，干扰严重，要采取可靠的抗干扰措施。首先还是要尽量消除干扰的来源，采用交流电源滤波器串联在交流电源的输入端，将干扰信号除去。可采用电容型、电感电容型或多节低通滤波器。对输入信号采取平均值测量，抑制对称变化的差模干扰信号。采用双端对称输入，最大限度地消除共模信号。有些传感器直接采用桥式电路检测，也可以消除共模干扰信号。煤矿安全生产综合监控系统设计作者： 张伟忠作者单位： 中国矿业大学信息与电气工程学院 221008本文链接：http:/
