煤矿安全-----监测监控系统
煤矿安全-----监测监控系统
院系：电气与控制工程学院
班级：自动化0702班
姓 名：雷云
学 号：0706050209
日期：2010.10.10
目录
1.引言…………………………………………………………………………………4
2.煤矿监测监控技术的发展…………………………………………………………4
2.1国外煤矿监测监控技术的发展 …………………………………………………5
2.2我国煤矿监测监控技术的发展………………………………………… …… …6
3.煤矿安全监测监控系统的内涵和作用………………………………… …… ……7
4.安全监测监控系统目前存在的问题 ……………………………………… …… …7 4.1传感器质量和性能差………………………………………………………………8
4.2通信协议不规范，可集成性差……………………………………………………8
4.3诊断功能有待加强，系统的可维护性低…………………………………………8
4.4现场管理和维护水平欠缺…………………………………………………………8
5.煤矿安全环境监测监控系统组成……………………………………………………9
6.煤矿安全环境监测监控系统技术指标………………………………………………9
7. 煤矿安全监控系统的发展趋势……………………………………………………9
8．参考文献……………………………………………………………………………10
摘要
监测监控系统是融计算机技术、通信技术、控制技术和电子技术为一体的综合自动化产品，当将其作为一种安全预防技术设施应用到工业生产和社会生活中时，就称其为安全监测监控系统。在我国的工业安全事故中，煤炭工业的安全事故较为频发且性质严重，尤其以生产矿井瓦斯爆炸事故最为突出。为此，国家有关安全生产监督管理部门专门制定了“先抽后采，监测监控，以风定产”的十二字指导方针，由此可见，煤矿安全环境监测监控系统在煤矿安全生产中的重要地位。
关键词：监测监控系统、自动化、煤矿、安全
Abstract
Financial monitoring and control system is computer technology, communication technology, control technology and electronic technology for the integrated automation products, as its technology infrastructure as a safety precaution applied to industrial production and social life, it called for security monitoring and control system. Industrial safety accidents in China, the coal industry accidents are more frequent and serious nature, particularly in the production of coal mine gas explosion is most prominent. To this end, the state department of safety supervision and management of specially formulated "first pumping after the adoption, monitoring and control to the wind production quotas," the second word guidelines, we can see that environmental monitoring and control system of mine safety in the coal mine safety production important position.
Keywords：Monitoring and Control System、Automation、Coal、Security
1.引言
我国煤炭资源丰富，但开采条件复杂，自然灾害严重，47%的矿井属于高瓦斯或瓦斯突出矿井。在当前煤炭市场需求旺盛的推动下，部分煤矿存在突击生产或盲目超产现象，造成近几年矿井安全事故发生率居高不下。为保障煤矿的安全生产，除进一步加强煤矿安全管理意识外，关键是建立煤矿井下安全监测监控系统，形成煤矿井上、井下可靠的安全预警机制和管理决策信息通道。所以当前 现代 化矿井的生产不仅要解决煤矿生产过程中存在的安全问题、生产自动化的问题、又要了解各种与生产经营相关的信息。建立安全生产、调度和管理 网络 系统，对井上、井下安全生产全面了解，靠及时准确的信息指挥生产和防止各种事故的发生，已成为煤矿设计工作必须解决的问题。
2.煤矿监测监控技术的发展
2.1国外煤矿监测监控技术的发展
国外煤矿监测监控技术是20世纪60年代开始发展起来的,至今已经有4代产品,基本上5~10 a更新一代产品。从技术特性来看,主要是从信息传输发生的进步来划分监控系统发展阶段。第一阶段,煤矿安全监控系统主要采用空分制信号传输方式。60年代中期英国煤矿的运输机控制、日本煤矿中的固定设备控制大都采用这种技术。典型系统有法国的CTT63/40煤矿监测系统,它可测瓦斯、一氧化碳、风速、温度等参数,最多可测40个测点。波兰的CMM-20系统,最多可测20个测点以及CMC-1系统,最多可测128个测点。第二阶段,随着以晶体管电路为主的信息传输技术的发展,煤矿安全监控系统主要采用频率区分信道的频分制信号传输方式,由于采用频分制,传输信道的电缆芯数大大减少,很快就取代了空分制系统。英美等国的煤矿在60年代后期就已大量采用频分制技术。其中最具代表性且至今仍有影响的是西德Siemens公司的TST系统和F+H公司的TF200(早期是TF24)系统,这些都是音频传输系统。第三阶段,集成电路的出现推动了时分制系统的发展,从而产生以时分制为基础的第三代煤矿监控系统,其通信规程比较严格、抗干扰能力强、传输电缆与测试点数无关、结构简单、配置灵活。其中发展较快的是英国。英国煤炭研究院于1976年推出以时分制为基础的MINOS煤矿监控系统。开创了煤矿自动化技术和煤矿监控技术发展的新局面,直到今日,国内外各种监控系统尽管在功能性和产品的技术先进性上都有较大的提高,但系统的整体结构仍没有太大的变化。在此阶段典型系统有英国的MINOS系统、美国的DAN6400系统、西德的GEA-MATIC-2000全矿井监控系统等。第四阶段,随着计算机技术、大规模集成电路技术、数据通信技术等现代高新科技的迅速发展,形成了以分布式微处理机为基础,以开发性、集成性和网络化为特征的第四代煤矿监控系统。其信号的传输方式还是属于时分制范畴,但用原来的一般时分制的概念已不足反映这一高新技术的特点。其中有代表性的是美国MSA公司DAN6400系统,加拿大参透里昂600型系统。现代煤矿监测监控系统(图1)由4部分组成:监控主机、计算机网络及监控软件;传输接口和传输通道;井下数据采集分站;各种传感器及执行器。
图1- 现代煤矿监测监控系统
2.2我国煤矿监测监控技术的发展
我国监测监控技术应用较晚, 20世纪80年代初,原煤炭部组织了对国外煤矿监控技术进行大规模的考察和引进工作,大大促进了国内监控技术的发展。从波兰、法国、德国、英国和美国等(如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200)引进了一批安全监控系统,装备了部分煤矿。在引进的同时,通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况,先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38等监控系统,在我国煤矿已大量使用。这一时期的系统结构多为分布式,多采用时分制频带传输或基带传输,传感器数据经分站进入地面主机。特点是容量较大,多达数百个测点,功能较强,可接入数十种传感器,如瓦斯、风速、一氧化碳、温度等环境参数;各种机电设备开停等生产参数;电压、电流、功率等电量参数,各种机电设备的保护信号等。90年代以来,紧跟世界监测监控系统的发展潮流,随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要,国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了KJ66、KJ75、KJ80、KJ92、KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等监控系统,以及MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。其主要特点是:测控分站的智能化水平进一步提高,具有网络连接功能,系统软件采用了Windows操作系统。实践表明,安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。
3.煤矿安全监测监控系统的内涵和作用
矿井安全监测监控系统是传感器技术、信息传输技术、 计算 机应用技术、电气防爆技术和控制技术等多种技术在矿井安全生产监控领域应用的产物，对保障煤矿安全生产，提高生产效率和机电设备的利用率都具有十分重要的作用。矿井安全监控系统一般由三部分组成:①中心站(包括应用软件、计算机及外围设备)；②信息传输装置(包括传输接口、分站、传输线、接线盒等)；③传感器和执行装置。具体来讲，煤矿安全监控系统是指对煤矿的瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温度等环境参数和矿井生产、运输、提升、排水等环节的机电设备工作状态进行监测和控制，用计算机分析处理并取得数据的一种系统。安全监控系统可以为各级生产指挥者和业务部门提供环境安全参数动态信息，为指挥生产提供及时的现场资料和信息，便于提前采取防范措施。另外通过对被测参数的比较和分析，系统可以实现自动报警、断电和闭锁，便于制止事故的发生或扩大；在发生事故的情况下，能及时指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材，提供决策信息。
4.安全监测监控系统目前存在的问题 4.1传感器质量和性能差 与安全监测监控系统配接的甲烷传感器和CO传感器已成为矿井瓦斯综合治理和监测煤炭自燃发火灾害预测的关键技术装备，并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。但在现场使用中，虽然系统主机、分站以及软件已经不断进行升级，但国产安全检测用的传感器几乎全部采用载体催化元件，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁、灵敏度漂移以及制作工艺水平低等缺点，严重制约着矿井有害气体的正常检测。另外《煤矿安全规程》中对甲烷传感器的调校有严格的规定，调校工作需要专用器具和标准气样，对调校人员的技术水平有一定的要求。很多煤矿往往由于缺乏专业技术人员等原因而不能按时对系统进行维护和调校，甚至从不调校，严重制约了矿井有害气体的正常检测。 4.2通信协议不规范，可集成性差 因为没有一个符合矿井电气防爆等特殊要求的总线标准，所以现有生产厂家的监控系统的通信协议几乎都采用各自专用的，互不兼容。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此可集成性差，不易于系统功能扩展。在使用中，个别系统虽经多次升级改造，仍不能实现系统资源的有效共享，形成了一个个独立的“信息孤岛”，严重阻碍了矿井安全生产管理水平的进一步提高。 4.3诊断功能有待加强，系统的可维护性低 现场设备在线故障诊断、报警、记录功能不强，现场设备的远程参数设定困难，影响系统的可维护性。作为管理维护监控系统的辅助手段，部分系统只能对系统的通讯状况诊断，不能详细地判断故障的性质和故障点。但实际工作中要求能迅速判断出分站、传感器或电缆故障之间，或短路报警与真实超限之间的区别，为维护人员提供故障的类型和方位，以便于迅速处理故障地点。 4.4现场管理和维护水平欠缺 尽管我国各省市煤炭管理部门都强制性要求各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统，而且近几年再次加大了对矿井安全生产的管理力度，但一些地方国有煤矿，特别是乡镇小煤矿，多数由于缺乏专业技术人员而不能正常使用和维护已装备的系统，甚至对系统配接的传感器根本不进行调校。另外，在大多国有煤矿还存在着监测监控方面的管理制度不够健全、对已经存在的监测监控管理制度执行不严、对监测监控系统的监督管理不到位等问题，严重地制约着安全监测监控系统的正常运行
5.煤矿安全环境监测监控系统组成
根据所述及概念，监测监控系统的功能一是“测”，即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等；二是“控”，即根据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产设备、执行机构等。若系统仅用于生产过程的监测，当安全参数达到极限值时产生显示及声、光报警等输出，此类系统一般称为监测系统；除监测外还参与一些简单的开关量控制，如断电、闭锁等，此类系统一般称为监测监控系统。
煤矿安全生产监测控系统层次上一般是分为两级或三级管理的计算机集散系统，一般包含测控分站级和中心站级。每个测控分站负责某几路传感器信号的采集和某个执行机构的控制，实现了采集、控制分散；中心站负责数据的处理、储存、传输，实现了管理的集中。中心站与分站和计算机网络之间的通信、传感器到测控分站的数据传输、测控分站到执行或控制装置信号的传输，是通过传输信道实现的。
监测系统一般由地面中心站，井下工作站，传输系统三部分组成。地面中心站一般有传输接口装置和若干台计算机，电源，数据处理及系统运行软件，存贮、打印、显示等装置组成。为了计算机稳定工作，一般还配备了机房恒温调节，不间断电源等辅助设施。
井下分站和传感器构成井下工作站。井下分站的作用是，一方面对传感器送来的信号进行处理，使其转换成便于传输的信号送到地面中心站；另一方面，将地面中心站发来的指令或从传感器送来应由分站处理的有关信号经处理后送至指定执行部件，以完成预定的处理任务，如报警、断电、控制局扇开启等；并向传感器提供电源。
传输系统是用来将井下信息传输至地面和将地面中心站监控指令传输至井下分站的信息媒介。信道，信息传输的通道，监测系统大多采用专用通讯电缆作为信道。
传感器与分站之间一般采用直接传输方式。我国国家标准规定传感器的输出信号应满足以下几种信号：模拟量信号有三种，频率输出（5～15HZ）；电流输出为0～5mA；电压输出为0～100mV；开关量信号输出一般有±0.1mA、±5mA和200～1000HZ等。
6.煤矿安全环境监测监控系统技术指标
根据安全监测监控系统的组成，其主要技术指标，主要是以组成系统的各个子系统的技术指标为特征。
6.1测控分站容量：是输入、输出量的个数及类型。例如，模入8，开入4个接点信号、4个电流形式信号等；开出4个TTL电平、4个继电器触点输出等。
接配传感器：是指所接配传感器的种类、型号、测量范围、输出信号形式、供电电压、精度等。
检测精度：是反映分站性能优劣的主要指标之一，一般用满量程的相对误差来表示。数值越小，则检测精度越高。
另外，还有分辨率、转换时间、传输距离等指标。
6.2中心站主机型号及配置：CPU型号，内存容量，硬盘容量，软驱数量、规格，配置外设的种类、型号、数量等，另外，还有备用主机的情况。
容量：即系统可带分站的数量，例如，井下100个分站，地面10个分站。
传输速率：数字传输的波特率，例如，600bit/s，1200bit/s。波特率越高，传输效率越高。
另外，还有传输距离、可靠性等指标。
6.3系统信息管理软件开放性好：组态软件数据库提供了开放数据访问接口，可以实现数据库的二次开发。
安全性良好：所有的设计方案都充分考虑了系统的安全性，使用采集系统对监控系统的影响达到最小。
数据容量大：采用虚拟内存管理技术，理论上数据存储是无限制的（受硬盘空间和内存大小的影响）。
另外，还有响应速度、运行是否稳定、扩展性是否强、兼容性好等衡量指标。
6.4防爆及防爆标志根据国家标准的规定，爆炸危险环境用电设备分为2类。
有瓦斯爆炸危险的矿井使用的电气设备为I类，除瓦斯矿井以外的爆炸危险场所使用的电气设备为II类。II类电气设备又分为A、B、C三级，这是根据使用场所的爆炸性混合物最大试验安全间隙或最小点燃电流来分的。II类电气设备还按最高表面温度的不同，分为T1-T6共6组。防爆型设备在外壳上的总标志为：“Ex”。
防爆型电气设备按防爆结构的不同，可以分为以下几种类型：增安型、隔爆型、本质安全型、通风充气型、充油型、无火花型、特殊型等等。
7. 煤矿安全监控系统的发展趋势 7.1 集散式结构和开放通信模式 系统基于开放式互联模型的主站-分站集散式结构。主站负责数据的处理,各个分站完成数据的采集和简单预处理。各设备间通信采用通用标准协议,兼容多种自动化控制系统。任何设备在符合标准的前提下,可方便组成多节点的安全监测监控网络,使系统实现最大限度的信息共享。并且,可根据煤矿监控场所流动性大的特点,能适应移动和随机接入监测设备的需要,形成兼容性强、有扩展和升级裕量的开放型监测监控系统。 7.2 发展专家诊断、专家决策系统软件 我国监测监控系统的软件,目前停留在对被监测的实时采集、存储、超限报警及断电、图形和报表形式输出的水平,实现了对数据的最基本处理。应下大气力开发专家诊断、专家决策系统软件。在事故情况下,指示最佳救灾和避灾路线,为抢救和疏散人员、器材提供决策。发展覆盖面更广、监测监控参数更多的软硬件系统,为实现煤矿生产综合自动化奠定良好基础,是我国监测监控系统的发展任务之一。 7.3提高分站、传感器、断电仪、电源等单元性能分站设计要标准化,而且要进一步的智能化。
研制高可靠性、品种齐全的矿用传感器。应充分利用微处理器的优点,做到自诊断、自校正、自调零、配置标准远传接口,统一传感器的输出信号制,以提高传输的可靠性、数据出来的简单性和传感器的互换性。发展配置齐全、高可靠性的矿用传感器是监控系统发展的关键技术之一。就断电仪而言,要提高其远动距离,接点容量,解决高压断电问题。对供电电源而言,要提高稳定性和输出容量,对多负荷供电要采用扩充输出插板来提供独立的供电电路,并推广在线式后备电源,实现馈电后系统自动监测指示、报警、自动充电、防止过冲过放等。
参考文献: [1]赵延明，高军.煤矿安全监控系统的现状与发展[J].煤矿机电.2007年第3期. [2]冯卫，胡发中.搞好矿井安全监测监控系统确保煤矿安全[J].山东煤炭科技.2008年第3期. [3]蔡召金.浅谈我国煤矿安全监测监控系统[J].煤矿现代化.2006年第3期 [4] 杨世兴.煤矿监测监控系统的现状与发展[J].安防科技,2004
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