【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 4 我國(guó)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(duì)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(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的 .一種實(shí)現(xiàn)分散和集中監(jiān)測(cè)，控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。它是礦山實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，遙訊，遙控和全面自動(dòng)化的一個(gè)及其重要的組成部分。 目前，安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要側(cè)重與環(huán)境參數(shù)的集中監(jiān)測(cè)，如 :檢測(cè)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(shí) .部分設(shè)備的工況監(jiān)測(cè)也開(kāi)始納入礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之中。 本世紀(jì) 70 年代末國(guó)際上開(kāi)始應(yīng)用礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)入 80 年代初期，日本，美國(guó)，波蘭，法國(guó)，德國(guó)等國(guó)家先后研制并使用了十余種安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在這些早期研制的系統(tǒng)中已開(kāi)始使用小型機(jī)和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 .在信息傳輸方式上，有時(shí)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(cè)系統(tǒng)有了很大發(fā)展。這一時(shí)期的特點(diǎn)是 :用戶系統(tǒng)圍繞中央小型計(jì)算機(jī)配置，軟件用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，輸入輸出裝置由實(shí)驗(yàn)型硬件組成 .井下傳感器與中央計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)順利工作的保證，一般由生產(chǎn)單位提供。 我國(guó)最早自行研制的 WDJ1 與 MJC100A， AW80 等系統(tǒng)同屬于第一代計(jì)算機(jī)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，現(xiàn) 已基本淘汰。 進(jìn)入 80 年代中后期，礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常以微型機(jī)為基礎(chǔ)，程序軟件填補(bǔ)結(jié)構(gòu)風(fēng)格空白，由生產(chǎn)部門(mén)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(jì)算機(jī)之間的通信協(xié)議已不受礦井環(huán)境的干擾 .另外，采用錯(cuò)誤校驗(yàn)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(jī)接口由彩色顯示屏，圖形顯示器，打印機(jī)，多線文本顯示器及燈光模擬盤(pán)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(guó) 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(dāng)于國(guó) 際 80 年代中期水平，近幾年已在國(guó)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(jì)算機(jī)為主，配合多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)和大量的微處理機(jī)，構(gòu)成模塊化，功能化的計(jì)算機(jī)局網(wǎng)分布處理系統(tǒng)，這種系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)處理能力更加完善 .例如 :分站內(nèi)配置的局部微處理機(jī)具有獨(dú)立報(bào)警斷電和通過(guò)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(jì)算機(jī)聯(lián)絡(luò)的功能 .而區(qū)域主計(jì)算機(jī)可為監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成部分，并與地面的上級(jí)主計(jì)算機(jī)聯(lián)絡(luò)，從而形成以計(jì)算機(jī)為骨架的監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)軟件可在工業(yè)型主計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的任意一個(gè)部分中運(yùn)行，使礦井監(jiān)測(cè)系煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計(jì) 5 統(tǒng)在礦井計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間起著一個(gè)公用通道的作用 .監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要能支持多臺(tái)輸入輸出設(shè)備，要有較強(qiáng)的抗干擾能力和錯(cuò)誤校正和補(bǔ)償能力 .總之，到那時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將對(duì)煤礦安全提供更有價(jià)值的幫助了 . 目前存在問(wèn)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(gè)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(tuán)公司、礦井進(jìn)一步補(bǔ)套和擴(kuò)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(hào)、價(jià)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(bǔ)套以及服務(wù)等方面，就別無(wú)選擇地依賴于這個(gè)廠家。有些礦井為了安全生產(chǎn)的需要，在系統(tǒng)存在嚴(yán)重問(wèn)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(fù)購(gòu)置、系統(tǒng)補(bǔ)套受制于人和不能隨意進(jìn)行軟硬件升級(jí)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(jìn)一步補(bǔ)套和擴(kuò)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(guò)關(guān) 與監(jiān)測(cè)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(yù)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)裝備，并越來(lái)越受到使用單位和研究人員的普遍重視。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)產(chǎn)安全檢測(cè)用甲烷傳感器幾乎全部采用載體催化元件，然而，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)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(diǎn)，嚴(yán)重制約著礦井瓦斯的正常檢測(cè)，與國(guó)外同類傳感 器比較差距較大。 主要問(wèn)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(fù)作用的結(jié)果造成零點(diǎn)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(duì)過(guò)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(jì) 6 4) 載體催化元件制作工藝水低，元件一致性差。 盡管國(guó)家和各省、地、市煤炭管理部門(mén)強(qiáng)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，并加大了對(duì)礦井安全生產(chǎn)的管理力度，但一些地方國(guó)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(hù)已裝備的系統(tǒng)，甚至對(duì)系統(tǒng)配接的傳感器根本不 進(jìn)行調(diào)校。 煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計(jì) 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(cè)系統(tǒng)的獨(dú)立單元，負(fù)責(zé)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(kāi)關(guān)量的狀態(tài)，可自行實(shí)施對(duì)外控制，對(duì)開(kāi)關(guān)量的采集具有記時(shí)累加和記次累加的功能。 本次設(shè)計(jì)的分站以 PLC 為核心，負(fù)責(zé)接受傳感器信號(hào)并將其經(jīng)過(guò)處理后送往地面中心站，地面中心站接收到信號(hào)后進(jìn)行相應(yīng)的處理，在對(duì)分站進(jìn)行相應(yīng)的控制，如斷電、報(bào)警等。分站本身是個(gè)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(gè)子系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)要求及特點(diǎn) 監(jiān)測(cè)信號(hào)種類 要求各礦能夠監(jiān)測(cè)的信號(hào)種類為： 氫氣、一氧化碳、 瓦斯、風(fēng)速、開(kāi)停、風(fēng)門(mén)等信號(hào)。 控制內(nèi)容 要求能在判斷有事故發(fā)生后能夠及時(shí)報(bào)警并將數(shù)據(jù)傳送給中心站，接收中心站的指令。 設(shè)計(jì)要求 各礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)不得低于《煤礦監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)規(guī)范》和《煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中心站軟件開(kāi)發(fā)規(guī)范》規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)；各礦能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)參數(shù)超限、開(kāi)關(guān)設(shè)備停運(yùn)，為煤管局主動(dòng)調(diào)閱各礦數(shù)據(jù)預(yù)留接口。 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1) 系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)監(jiān)控，而且能根據(jù)被監(jiān)測(cè)環(huán)境地點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行有效的危險(xiǎn)性判別、分析和提出專家決策方案。系統(tǒng)實(shí)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(cè)數(shù)據(jù)。 2) 針對(duì)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(bǔ)套和擴(kuò)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(shí)際情況進(jìn)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(guò)一體化平臺(tái)框架進(jìn)行集成。各功能模塊具有很強(qiáng)煤礦安全監(jiān)控分站的 PLC 設(shè)計(jì) 8 的獨(dú)立性，同時(shí)通過(guò)一體化平臺(tái)框架相互結(jié)合在一起，成為有機(jī)整體?？煞奖愕馗髅旱V的實(shí)際需求，選擇相應(yīng)的模塊進(jìn)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(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控已發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控以及不同監(jiān)測(cè)監(jiān)控系 統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)。其主要由監(jiān)測(cè)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、礦井安全和生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電力監(jiān)測(cè)、工作面綜合監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)綜合在一起，形成一個(gè)完整的、實(shí)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(dú)使用，以滿足礦井的不同需求。 本設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)接受傳感器信號(hào)并將其經(jīng)過(guò)處理后送往地面中心站，地面中心站接收到信號(hào)后進(jìn)行相應(yīng)的處理，在對(duì)分站進(jìn)行相應(yīng)的控制，如斷電、報(bào)警等。分站本身是個(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(cè)：主要監(jiān)測(cè)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(fēng)速、負(fù)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(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，如煤倉(cāng) 煤位、水倉(cāng)水位、供電電壓、供電電流、功率等模擬量；水泵、提升機(jī)、局扇、主扇、膠帶機(jī)、采煤機(jī)、開(kāi)關(guān)、磁力起動(dòng)器運(yùn)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(yàn)、誤碼率測(cè)試、傳感器故障統(tǒng)計(jì)、分站故障統(tǒng)計(jì)等等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自身診斷，還可以通過(guò) Modem 進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，并根據(jù)情況進(jìn)行修復(fù)或提供更新的軟件版本升級(jí)。中心站可設(shè)調(diào)試電話主機(jī)一臺(tái)與傳輸接口相連，可配 3～ 5 個(gè)電話副機(jī)，電話副機(jī)可隨身攜帶，需通電話時(shí)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(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)范 圍內(nèi)的聯(lián)絡(luò)通信，為整個(gè)監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)定義功能；具有顯示測(cè)量參數(shù)、數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線顯示、圖形生成、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障統(tǒng)計(jì)和報(bào)表、報(bào)告打印功能；可分析利潤(rùn)、成本等。并采用國(guó)際通用的 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)終端與中心站之間實(shí)時(shí)通信和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢。 本系統(tǒng)中心站應(yīng)用軟件的操作界面實(shí)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(jì) 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(gè)性化服務(wù)。提供了完整的幫助系統(tǒng)，保障用戶對(duì)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(tuán)公司所轄各礦井分布位置，小到各礦采區(qū)工作面實(shí)際尺寸及設(shè)備實(shí)際使用位置，以任意無(wú)級(jí)縮小或無(wú)級(jí)放大圖形的形式達(dá)到圖形和數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成和瀏覽；提供完備的安全監(jiān)測(cè)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(kù)、對(duì)主要圖紙（通風(fēng)系統(tǒng)圖、采掘工程平面圖、井下運(yùn)輸系統(tǒng)、抽排水管路系統(tǒng)圖、電氣系統(tǒng)布線圖等）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)瀏覽；實(shí)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(kāi)（公司內(nèi)部）；安全隱患排查及信息發(fā)布（如對(duì)各礦下達(dá)整改通知）等。實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井通風(fēng)系 統(tǒng)安全性分析、診斷、評(píng)價(jià)、管理及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整的科學(xué)決策 . 井下分站功能 井下分站采用智能化設(shè)計(jì)，基本 功能 如下： 1) 可以檢測(cè)高、地濃度的 CH CO、風(fēng)速、溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)； 2) 可以監(jiān)測(cè)風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)、設(shè)備開(kāi) /停狀態(tài)等各種開(kāi)關(guān)參數(shù)； 3) 可以完成對(duì) 16 路輸入信號(hào)的監(jiān)測(cè)，并且可以將模擬量和開(kāi)關(guān)量傳感器混裝使用，即對(duì)某一路輸入來(lái)說(shuō)，既可以接 200HZ1000HZ 頻率型模擬量傳感器，也可以接開(kāi)停量傳感器，完全由中心站進(jìn)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(jī)復(fù)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(dú)立工作； 8) 通過(guò)液晶顯示塊顯示傳感器實(shí)值、通訊及供電狀況； 9) 對(duì)模擬信號(hào)的瞬時(shí)高值和瞬時(shí)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(kāi)觸電輸出，也可以選擇常閉觸電輸出； 11) 可擴(kuò)展一個(gè) RS485 通訊接口； 12) 可以擴(kuò)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)能正確反映被測(cè)環(huán)境和設(shè)備參數(shù)的關(guān)鍵技 術(shù)和產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和用于煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器主要有瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、煤倉(cāng)煤位、水倉(cāng)水位、電流、電壓和有功功率等模擬量傳感器，機(jī)電設(shè)備開(kāi)停、機(jī)電設(shè)備饋電狀態(tài)、風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)等開(kāi)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(jì) 10 的光纖傳感器。以上傳感器的