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1、煤矿综合安全监控系统 立项报告一、 立项依据矿井监控系统是煤炭企业高产、高效、安全生产的重要保证。煤矿井下是一个特殊的工作环境,有瓦斯等易燃、易爆气体,有硫化氢等腐蚀性气体,有水温、温度等环境参数及设备的运行状态需要监测;还要对井下的非安本性设备进行控制。目前而言,从系统集成的角度来看,煤矿生产、管理的自动化与信息化水平相对不高,特别是煤矿安全生产监测监控系统尚没有行业标准、各厂家都是自行制定传输协议和接口标准,系统之间不能互通和兼容,存在“信息孤岛”现象。信息资源难于共享,监测系统、控制系统和管理系统不能实现联动。煤矿综合安全监控系统本着煤矿“装备现代化、系统自动化、管理信息化”要求,以煤矿
2、的安全生产为前提,通过实现“三化”,达到减员、高效的目的。通过集中监测监控,减少值班人员、提高生产调度效率,实现安全生产、设备监控、集中调度的一体化管理环境。通过视频、监、测、控的有机结合,实现统一调度、统一监控的完美整合。实现对矿井人员、安全、设备、计划、报表等进行高效管理,帮助领导进行辅助决策。1 国内外现状、水平和发展趋势监控子系统之间,监控系统与生产管理以及与生产调度系统之间存在数字鸿沟,即信息互不相通,导致无法将管理与生产监测信息紧密结合起来。从系统集成的角度来看,煤矿生产、管理的自动化与信息化水平相对较低,特别是煤矿安全生产监测监控系统尚没有行业标准,各厂家都是自行制定传输协议和接
3、口标准,各子系统之间不能互通和兼容,存在“信息孤岛”现象,信息资源难于共享,监测系统、控制系统和管理系统不能实现联动。2 项目研究开发目的和意义 煤矿综合安全监控系统是各矿在生产、安全及管理方面的一个实时监测监控系统,对于煤矿的生产运行状况、安全水平、预测预报具有重要的作用。为了加强对公司下辖各矿的安全生产进行管理,利用现有网络了解各矿的安全生产情况,将各矿的各种监测数据、各矿调度信息以及各矿的调度信息系统成在公司调度室,组建为一监控子网,使公司各个部门及领导可在网上浏览各自所需的信息。并将各矿的安全监测信息系统与管理信息系统有机结合,加强企业内部协作与通信,提高生产和管理效率,增强企业的市场
4、竞争力,使煤矿企业的信息化进程实质性的跨上一个新台阶。3 项目达到的技术水平及市场前景 发展安全高效煤矿,推进煤炭资源整合,是国务院“十二五”规划纲要对煤炭行业的要求。煤矿安全生产“十二五”规划,更是提出了,煤矿井下安全避险“六大系统”工程,煤矿瓦斯综合治理示范工程,煤层气地面开发利用示范工程,供电、井下运输、排水、提升等系统安全技术及防灭火工程,矿井水害治理工程,小煤矿安全改造工程这6个煤矿安全生产水平提升工程。综合安全监控系统研制成功后,将是目前矿山安全领域的先进产品,有着旷阔的市场前景二、 研究开发内容和目标1 项目主要内容及关键技术综合安全监控系统的组网如图所示: 如上图所示,本系统由
5、煤矿环境监测系统、生产设备检测系统、生产人员监测管理系统、煤矿现场管理安全排查系统组成,其中煤矿环境监测系统包含:瓦斯监控、顶板监测(离层、压力)、火灾监测(CH4、氧气、烃类、烯类、温度),水位监测。生产设备检测系统包含:胶带温度监测、电缆温度监测、设备振动监测。生产人员监测管理系统包含:人员定位系统等系统。煤矿现场管理安全排查系统包含:无线视频、无线电话、无线PDA。项目主要开发内容:1、 煤矿综合安全监控系统由灾害预警综合信息平台,专用监控平台、64台综合分站系统组成,综合分站系统由分站和隔爆兼本安电源电池箱组成2、 综合分站进一步包含分站主板3、 综合分站进一步包含电话调度子系统4、
6、综合分站进一步包含视频监控子系统5、 综合分站进一步包含工业现场总线子系统6、 综合分站进一步包含工业以太网子系统7、 综合分站进一步包含数据采集子系统8、 综合分站进一步包含WiFi通讯子系统9、 综合分站进一步包含人员定子系统10、 隔爆兼本安电源电池箱11、 隔爆兼本安电源电池箱进一步包含电源管理模块12、 隔爆兼本安电源电池箱进一步包含电源管理模块13、 隔爆兼本安电源电池箱进一步包含电池充电管理模块14、 隔爆兼本安电源电池箱进一步包含12V本安电源模块15、 隔爆兼本安电源电池箱进一步包含21V本安电源模块16、 专用监控平台进一步包含瓦斯监控平台17、 专用监控平台进一步包含顶板
7、检测平台18、 专用监控平台进一步包含火灾检测19、 专用监控平台进一步包含水位检测20、 专用监控平台进一步包含胶带、电缆温度检测21、 专用监控平台进一步包含设备震动检测22、 专用监控平台进一步包含人员定位系统平台23、 专用监控平台进一步包含无线通讯平台24、 灾害预警综合信息平台包含系统联动预案处理、事故抢修、应急指挥、预警预案研究和事件评估项目关键技术如下:1) 使用百兆以太网接口作为成帧器,实现64个分站与地面通讯控制器组成光纤自愈环网。环网保护倒换条件参照SDH的保护原理,故障恢复时间在50ms之内。2) 分站间的通讯,采用定时的以太网帧,使得传统的TDM业务同IP/以太网数据
8、的转换方便可靠,并使传统的TDM业务与IP/以太网业务可以在一个统一的平台上传输和交叉连接,实现监控数据、工业视频、调度电话综合传输3) 设计通用背板总线,实现语音、视频、数据采集和检测控制各子系统同的自由组合。4) 设计精准的授时系统,使授时精度达到1ms,系统的同步信号精度为15.6us,可实现检测数据大范围的同步采集5) 分站及传感器全面实现了智能化和红外遥控调校、设置。分站模拟量和开关量端口可任意互换,并支持多种信号制,有实时数据存储能力。6) 具有自检功能,可对分站、电源、传感器、电缆等设备进行诊断,能报警和记录并自动切断故障支路。有完善的多级口令保护功能。7) 系统可监测瓦斯、风速
9、、一氧化碳、烟雾、温度、风门开关等环境参数,也可监测煤仓煤位、水仓水位、压风机风压、箕斗计数、各种机电设备开停等生产参数和电压、电流、功率、电度等电量参数,以及胶带跑偏、胶带速度、轴承温度、机头堆煤等各种机电设备的运行情况。8) 传输系统故障时,井下分站可继续独立工作,并可以保存12小时监测数据,等传输通道恢复后,再将历史数据上传9) 设计1路12V/1.5A和5路21V/0.6A的隔爆兼本安电池电源箱,以满足综合分站的用电要求10)2 技术创新点(国家有关部门、全国(世界)性行业协会等具备相应资质的机构若颁布相关技术参数或标准,应提供。)1、 综合实时通讯及多系统综合监控分站综合分站采用实时
10、通讯系统,可以综合实现生产安全监测、工业电视、调度电话接入、工业以太网、工业现场总线数据等多种信号的传输。系统由煤矿环境监测系统、生产设备检测系统、生产人员监测管理系统、煤矿现场管理安全排查系统组成,其中煤矿环境监测系统包含:瓦斯监控、顶板监测(离层、压力)、火灾监测(CH4、氧气、烃类、烯类、温度),水位监测。生产设备检测系统包含:胶带温度监测、电缆温度监测、设备振动监测。生产人员监测管理系统包含:人员定位系统等系统。煤矿现场管理安全排查系统包含:无线视频、无线电话、无线PDA。2、 分布式高速同步采集系统 分站间的数据传输通过定时发送以太网帧实现,百兆帧的每个bit的承载带宽与传统的TDM
11、业务每bit的承载带宽相同,都是512K,使得传统的TDM业务(话音、视频),同IP/以太网数据的转换方便可靠,并使传统的TDM业务与IP/以太网业务可以在一个统一的平台上传输和交叉连接。这种高效的实时协议,使得端到端的延时为15.6us,在此基础上的实时授时系统,其精度可以在100us以内。通过这个授时系统,可以使128分站的2048个数采通道“同时”采集数据,时间误差在100us以内3、 同步以太网背板总线使用百兆以太网时钟同步技术,实现主板MB与各业务板的时钟同步和数据传输。MB板与业务板通过100M以太网PHY连接,业务板提取线路收时钟(RXC)和接收有效信号(RXDV),将这两个信号
12、作为业务板的发送时钟(TXC)和发送有效信号(TXDV),这样业务板就与主板实现收发数据同步,原理如图所示4、 多通道实时报警由于分站间采用了多通道传输技术,系统除了传统的巡检方式外,还增加了配置下发数据通道,历史数据上传通道和告警数据上传通道,告警通道是分站与通讯服务之间建立的“点到点”链接,使得系统的告警时间大为缩短,在128个分站的最大配置情况下,异地断电的完成时间为600ms3 主要技术指标系统容量:系统可以支持128个分站,人员识别卡16384个。光传输规格:波长:1310nm/1550nm速率:100Mbit/s发光功率:-4-8dbm(1310nm),05dbm(1550nm)接
13、收灵敏度:-28dbm提供物理层及业务层的保护功能,保护倒换时间600 ;FXS 1.8K环路电流:23mA收铃灵敏度:100mVA保护特性:YDN 0651997标准音频特性:3003400Hz音频阻抗:600模拟视频规格:信号制式: PAL/NTSC制可选;信号输出电平: 1Vp-p信号输出接口及阻抗:BNC接头,75阻抗视频通道: 压缩 H.264速度: 每秒1-30幅(可编程)带宽 4Mb/s可调本安参数规格:Ui:12.1V,Ii:910mA,Ci:0.2nF,Li:0mH。模拟量规格:电流型信号范围:1mA5mA。频率型信号范围:200Hz1000Hz,输入高电平时应不小于3V(输
14、出电流为2mA时),输入低电平时应不大于0.5V(输出电流为2mA时),其正脉冲和负脉冲宽度均不得小于0.3ms。开关量规格:无源接点信号:截止状态输入时,漏电阻应不小于100k;导通状态输入时,电压降应不大于0.5V(电流为2mA时)。截止状态表示停;导通状态表示开。直流电流信号:0mA、+5mA(+5mA表示开;0mA表示停)。直流电流信号:+5mA、0mA、-5mA(+5mA表示停;0mA表示断;-5mA表示开)。控制量规格电平型信号:输出高电平时应不小于3V(输出电流为2mA时),输出低电平时应不大于0.5V(输出电流为2mA时)。无源接点信号:截止状态输出时,漏电阻应不小于100k;导通状态输出时,电压降应不大于0.5V(电流为2mA时)。累计量规格:输入高电平时应不小于3V(输出电流为2mA时),输入低电平时应不