【文章內(nèi)容簡介】 4 我國煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)是以礦山井上，井下各主要生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的作業(yè)環(huán)境條件和作業(yè)狀況為監(jiān)控對象，并以各種類型傳感器為參數(shù)數(shù)據(jù)收集元件，以數(shù)字信息處理為技術(shù)基礎(chǔ)，用計算機進行信息處理的 .一種實現(xiàn)分散和集中監(jiān)測，控制的自動化系統(tǒng)。它是礦山實現(xiàn)遙測，遙訊，遙控和全面自動化的一個及其重要的組成部分。 目前，安全監(jiān)測系統(tǒng)主要側(cè)重與環(huán)境參數(shù)的集中監(jiān)測，如 :檢測氧，甲烷 (沼氣 )，一氧化碳，煙塵，溫度及通訊網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等，同時 .部分設(shè)備的工況監(jiān)測也開始納入礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)之中。 本世紀 70 年代末國際上開始應(yīng)用礦井監(jiān)測系統(tǒng)，進入 80 年代初期，日本，美國，波蘭，法國，德國等國家先后研制并使用了十余種安全監(jiān)測系統(tǒng)，在這些早期研制的系統(tǒng)中已開始使用小型機和微型計算機進行數(shù)據(jù)處理 .在信息傳輸方式上，有時分，頻分，基帶，脈碼，編碼以及移頻鍵控，調(diào)幅等多種方式，傳輸速度從 50bit/s 到 500bit/s，分站容量有大有小，礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)有了很大發(fā)展。這一時期的特點是 :用戶系統(tǒng)圍繞中央小型計算機配置，軟件用高級語言編寫，輸入輸出裝置由實驗型硬件組成 .井下傳感器與中央計算機之間的通信協(xié)議通常以串行數(shù)據(jù)格式的電壓表示，該協(xié)議仍受礦井環(huán)境影響，系統(tǒng)程序是計算機順利工作的保證，一般由生產(chǎn)單位提供。 我國最早自行研制的 WDJ1 與 MJC100A， AW80 等系統(tǒng)同屬于第一代計算機集中監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn) 已基本淘汰。 進入 80 年代中后期，礦井監(jiān)測系統(tǒng)通常以微型機為基礎(chǔ)，程序軟件填補結(jié)構(gòu)風格空白，由生產(chǎn)部門提供輸入，輸出硬件，而使各種輸入，輸出功能均可使用，井下傳感器與中央計算機之間的通信協(xié)議已不受礦井環(huán)境的干擾 .另外，采用錯誤校驗和數(shù)據(jù)傳輸中串行數(shù)據(jù)楨頻技術(shù)的抗干擾方法，人機接口由彩色顯示屏，圖形顯示器，打印機，多線文本顯示器及燈光模擬盤提供，操作員接口可以在多處設(shè)置，傳感器均按礦井工作環(huán)境需要而制造等，比早期系統(tǒng)在可靠性和有效性方面有了較大提高 . 我國 80 年代后期研制與仿制的監(jiān)控系統(tǒng)，其技術(shù)水平已相當于國 際 80 年代中期水平，近幾年已在國內(nèi)廣泛使用 . 今后礦井監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，主要應(yīng)以工業(yè)主計算機為主，配合多臺微型計算機和大量的微處理機，構(gòu)成模塊化，功能化的計算機局網(wǎng)分布處理系統(tǒng)，這種系統(tǒng)中計算機處理能力更加完善 .例如 :分站內(nèi)配置的局部微處理機具有獨立報警斷電和通過操作顯示器與其余分站保持相互聯(lián)系，也與區(qū)域性管理的主計算機聯(lián)絡(luò)的功能 .而區(qū)域主計算機可為監(jiān)控系統(tǒng)的一個構(gòu)成部分，并與地面的上級主計算機聯(lián)絡(luò)，從而形成以計算機為骨架的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò) . 在系統(tǒng)軟件方面，則應(yīng)包括多種布置方案，編輯程序以及為用戶編程用的輔助程 序，且使監(jiān)測系統(tǒng)軟件可在工業(yè)型主計算機軟件系統(tǒng)的任意一個部分中運行，使礦井監(jiān)測系煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計 5 統(tǒng)在礦井計算機系統(tǒng)之間起著一個公用通道的作用 .監(jiān)測系統(tǒng)要能支持多臺輸入輸出設(shè)備，要有較強的抗干擾能力和錯誤校正和補償能力 .總之，到那時，監(jiān)測系統(tǒng)將對煤礦安全提供更有價值的幫助了 . 目前存在問題 通信協(xié)議不規(guī)范 由于現(xiàn)有廠家的監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都采用各自專用通信協(xié)議，所以，很難找到兩個相互兼容的系統(tǒng)。目前，信息傳輸系統(tǒng)的兼容性已成為裝備監(jiān)控系統(tǒng)的各集團公司、礦井進一步補套和擴充系統(tǒng)功能的制約因素，主要是用戶在裝備了 某廠家的系統(tǒng)后，在眾多型號、價格不同、功能各具特色的監(jiān)控系統(tǒng)的軟件、硬件（如分站）的補套以及服務(wù)等方面，就別無選擇地依賴于這個廠家。有些礦井為了安全生產(chǎn)的需要，在系統(tǒng)存在嚴重問題和得不到技術(shù)服務(wù)的條件下，不得不廢棄原有系統(tǒng)而另選擇其他的系統(tǒng)。因此，通信協(xié)議不規(guī)范的后果是造成設(shè)備重復購置、系統(tǒng)補套受制于人和不能隨意進行軟硬件升級改造。 井下信息傳輸設(shè)備物理接口協(xié)議不規(guī)范也是制約用戶進一步補套和擴充系統(tǒng)功能的關(guān)鍵因素。如 KJF2020 和 KJ4/KJ2020 系統(tǒng)，盡管 兩種系統(tǒng)均采用 FSK 技術(shù)，以及信息傳輸波特率均為 1200bps 或 2400bps，但其傳輸信息的調(diào)制頻率不同和傳輸信息的收發(fā)電壓幅值不同也造成這兩種系統(tǒng)的分站不能兼容。 傳感器等質(zhì)量不過關(guān) 與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)配接的甲烷傳感器已成為礦井瓦斯綜合治理和災(zāi)害預測的關(guān)鍵技術(shù)裝備，并越來越受到使用單位和研究人員的普遍重視。 據(jù)統(tǒng)計，國產(chǎn)安全檢測用甲烷傳感器幾乎全部采用載體催化元件，然而，長期以來我國載體催化元件一直存在使用壽命短、工作穩(wěn)定性差和調(diào)校期頻繁的缺點，嚴重制約著礦井瓦斯的正常檢測，與國外同類傳感 器比較差距較大。 主要問題是： 1) 抗高濃沖擊性能差。在巷道瓦斯涌出量大的情況下元件激活。反復作用的結(jié)果造成零點漂移并使其催化性能下降，抗高濃沖擊性能差是造成元件使用壽命低、穩(wěn)定性差的主要原因。 2) 對過分追求低功耗的元件，在礦井高濕度環(huán)境條件下， CH4 在元件表面燃燒生成的水蒸氣易于凝結(jié)在元件表面，降低元件使用壽命。 3) 抗中毒性能差； 煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計 6 4) 載體催化元件制作工藝水低，元件一致性差。 盡管國家和各省、地、市煤炭管理部門強制性要求各大、中、小 煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并加大了對礦井安全生產(chǎn)的管理力度，但一些地方國有煤礦，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦，多數(shù)由于缺乏專業(yè)技術(shù)人員而不能正常使用和維護已裝備的系統(tǒng)，甚至對系統(tǒng)配接的傳感器根本不 進行調(diào)校。 煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計 7 2 系統(tǒng)的整體基本狀況 井下分站在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的作用 分站是監(jiān)測系統(tǒng)的獨立單元，負責接受中心站的各種指令，并根據(jù)中心站定義及所采集的模擬量值的大小和開關(guān)量的狀態(tài)，可自行實施對外控制，對開關(guān)量的采集具有記時累加和記次累加的功能。 本次設(shè)計的分站以 PLC 為核心，負責接受傳感器信號并將其經(jīng)過處理后送往地面中心站，地面中心站接收到信號后進行相應(yīng)的處理，在對分站進行相應(yīng)的控制，如斷電、報警等。分站本身是個智能型的裝置，它除受中心站控制之外，其本身也能完成相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)和控制功能，也可以稱為一個子系統(tǒng)。 設(shè)計要求及特點 監(jiān)測信號種類 要求各礦能夠監(jiān)測的信號種類為： 氫氣、一氧化碳、 瓦斯、風速、開停、風門等信號。 控制內(nèi)容 要求能在判斷有事故發(fā)生后能夠及時報警并將數(shù)據(jù)傳送給中心站，接收中心站的指令。 設(shè)計要求 各礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計指標不得低于《煤礦監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計規(guī)范》和《煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中心站軟件開發(fā)規(guī)范》規(guī)定的各項指標；各礦能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測參數(shù)超限、開關(guān)設(shè)備停運，為煤管局主動調(diào)閱各礦數(shù)據(jù)預留接口。 設(shè)計特點 1) 系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了監(jiān)測監(jiān)控，而且能根據(jù)被監(jiān)測環(huán)境地點的參數(shù)進行有效的危險性判別、分析和提出專家決策方案。系統(tǒng)實現(xiàn)了全面的網(wǎng)絡(luò)化，按統(tǒng)一的格式向外提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。 2) 針對通信協(xié)議不規(guī)范和傳輸設(shè)備物理層協(xié)議不規(guī)范盡，提供了一套完整的解決系統(tǒng)兼容性的方案，為礦井補套和擴充系統(tǒng)提供了方便。 3) 系統(tǒng)采用 一箱式 結(jié)構(gòu)，配置靈活，可滿足大、中、小型煤礦的不同情況的需要?？筛鶕?jù)各煤礦的實際情況進行拆分和集成，選擇不同的傳感器和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 4) 系統(tǒng)軟件采用模塊化管理，通過一體化平臺框架進行集成。各功能模塊具有很強煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計 8 的獨立性，同時通過一體化平臺框架相互結(jié)合在一起，成為有機整體?？煞奖愕馗髅旱V的實際需求，選擇相應(yīng)的模塊進行配置，組成完整的系統(tǒng)。 5) 采用高可靠性、及最新的傳感器。 系統(tǒng)構(gòu)成 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)由早期的地面單微機監(jiān)測監(jiān)控已發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測監(jiān)控以及不同監(jiān)測監(jiān)控系 統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測。其主要由監(jiān)測終端、監(jiān)控中心站、通信接口裝置、井下分站、傳感器組成 。 煤礦監(jiān)控系統(tǒng)是將計算機網(wǎng)絡(luò)、礦井安全和生產(chǎn)實時監(jiān)測、電力監(jiān)測、工作面綜合監(jiān)測等系統(tǒng)綜合在一起，形成一個完整的、實用的礦井監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)需要各部分既可以集成在一起，又可以單獨使用，以滿足礦井的不同需求。 本設(shè)計的井下分站 系統(tǒng)是 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要部分，負責接受傳感器信號并將其經(jīng)過處理后送往地面中心站，地面中心站接收到信號后進行相應(yīng)的處理，在對分站進行相應(yīng)的控制，如斷電、報警等。分站本身是個智能型的裝置，它除受中心站控制之外，其本 身也能完成相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)和控制功能，也可以稱為一個子系統(tǒng)。它由主板、顯示板、電阻板和通訊板，為減小分站體積，采用盡可能緊湊的方式連接成一體的結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)中心站 系統(tǒng)提供了全面的監(jiān)控能力，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的智能分析，提供了完整的專家決策解決方案。 環(huán)境監(jiān)測：主要監(jiān)測煤礦井下各種有毒有害氣體及工作面的作業(yè)條件，如高濃度甲烷氣體、低濃度甲烷氣體、一氧化碳、氧氣濃度、風速、負壓、溫度、巖煤溫度、頂板壓力、煙霧等。 生產(chǎn)監(jiān)控：主要監(jiān)控井上、下主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各種生產(chǎn)參數(shù)和重要設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù)，如煤倉 煤位、水倉水位、供電電壓、供電電流、功率等模擬量；水泵、提升機、局扇、主扇、膠帶機、采煤機、開關(guān)、磁力起動器運行狀態(tài)和參數(shù)等。 診斷功能：系統(tǒng)提供多種診斷功能，包括系統(tǒng)的傳輸效驗、誤碼率測試、傳感器故障統(tǒng)計、分站故障統(tǒng)計等等監(jiān)測系統(tǒng)的自身診斷，還可以通過 Modem 進行遠程診斷，并根據(jù)情況進行修復或提供更新的軟件版本升級。中心站可設(shè)調(diào)試電話主機一臺與傳輸接口相連，可配 3～ 5 個電話副機，電話副機可隨身攜帶，需通電話時插入電話插孔即可與地面通話，分站、接線盒、傳感器等設(shè)備上都設(shè)有電話插孔，因而可實現(xiàn)全系統(tǒng)范 圍內(nèi)的聯(lián)絡(luò)通信，為整個監(jiān)測系統(tǒng)的檢修調(diào)試提供了極大的方便。 專家決策系統(tǒng)：具有測點定義功能；具有顯示測量參數(shù)、數(shù)據(jù)報表、曲線顯示、圖形生成、數(shù)據(jù)存儲、故障統(tǒng)計和報表、報告打印功能；可分析利潤、成本等。并采用國際通用的 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)終端與中心站之間實時通信和實時數(shù)據(jù)查詢。 本系統(tǒng)中心站應(yīng)用軟件的操作界面實現(xiàn)了全面的可視化和圖形化，界面友好、操作方煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計 9 便。提供了完善的用戶及權(quán)限管理，保障數(shù)據(jù)的安全，面向用戶提供個性化服務(wù)。提供了完整的幫助系統(tǒng)，保障用戶對系統(tǒng)的正確使用。 局域網(wǎng) 絡(luò) 本系統(tǒng)利用 Web GIS 技術(shù)使得大到省煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局、礦業(yè)集團公司所轄各礦井分布位置，小到各礦采區(qū)工作面實際尺寸及設(shè)備實際使用位置，以任意無級縮小或無級放大圖形的形式達到圖形和數(shù)據(jù)的無縫集成和瀏覽；提供完備的安全監(jiān)測與安全信息管理和監(jiān)管功能；建立煤礦基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、對主要圖紙（通風系統(tǒng)圖、采掘工程平面圖、井下運輸系統(tǒng)、抽排水管路系統(tǒng)圖、電氣系統(tǒng)布線圖等）實現(xiàn)動態(tài)瀏覽；實現(xiàn)安全信息的共享和設(shè)備隱患排查；安全信息的網(wǎng)上公開（公司內(nèi)部）；安全隱患排查及信息發(fā)布（如對各礦下達整改通知）等。實現(xiàn)了對礦井通風系 統(tǒng)安全性分析、診斷、評價、管理及通風網(wǎng)絡(luò)調(diào)整的科學決策 . 井下分站功能 井下分站采用智能化設(shè)計，基本 功能 如下： 1) 可以檢測高、地濃度的 CH CO、風速、溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)； 2) 可以監(jiān)測風門開關(guān)、設(shè)備開 /停狀態(tài)等各種開關(guān)參數(shù)； 3) 可以完成對 16 路輸入信號的監(jiān)測，并且可以將模擬量和開關(guān)量傳感器混裝使用，即對某一路輸入來說，既可以接 200HZ1000HZ 頻率型模擬量傳感器，也可以接開停量傳感器，完全由中心站進行定義； 4) 適合礦井環(huán)境需要，耐壓、耐腐蝕、防潮、密封； 5) 能自檢 12V 電源掉電與否以及分站電源是否欠壓； 6) 具有死機復位功能； 7) 分站停電后初始化 信息不丟失，可以按掉電前的監(jiān)控參數(shù)獨立工作； 8) 通過液晶顯示塊顯示傳感器實值、通訊及供電狀況； 9) 對模擬信號的瞬時高值和瞬時低值具有一定的抑制作用； 10) 8 路繼電器輸出即可選擇常開觸電輸出，也可以選擇常閉觸電輸出； 11) 可擴展一個 RS485 通訊接口； 12) 可以擴展使用兩線制頻率型傳感器。 系統(tǒng)配接的各種傳感器控制器 傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能正確反映被測環(huán)境和設(shè)備參數(shù)的關(guān)鍵技 術(shù)和產(chǎn)品。目前國內(nèi)生產(chǎn)和用于煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器主要有瓦斯、一氧化碳、風速、負壓、溫度、煤倉煤位、水倉水位、電流、電壓和有功功率等模擬量傳感器，機電設(shè)備開停、機電設(shè)備饋電狀態(tài)、風門開關(guān)狀態(tài)等開關(guān)量傳感器，以及監(jiān)控塌方和水災(zāi)煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計 10 的光纖傳感器。以上傳感器的