安全仪器监测工技师论文-KJ90煤矿安全监控系统概况及故障分析.doc

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安全仪器监测工论文

论文题目：

KJ90煤矿安全监控系统概况及故障分析

身份证号：

姓名：

KJ90煤矿安全监控系统概况及故障分析

摘要：

KJ90型煤矿安全监控系统主要由，监控系统软件，监控中心站，数据传输接口，监控分站和各类传感器控制器等组成。

现根据实际应用中出现的故障，结合监控设备的结构原理做简单分析

关键词：

监控系统功能结构故障分析

1监控系统概况

1.1系统软件：

JK90型煤矿安全监控系统软件主要由主控软件，网络终端软件，报表查询处理软件，作图软件，图形工作站软件，多媒体图形图像监控软件等组成。

支持接入安全监测，抽放，火灾，人员定位，工业电视等子系统。

运行环境为WIN98\2000\XP\2003,可以采用光纤，webGIS等方式联网，整个软件模块化程度高，网络功能强大，操作方便，可实现全局联网，具有良好的扩展性，开放性和可靠性。

主控软件内设有控制软件包，可以选择编制各种自动控制方案，实现远程异地自动控制，数字逻辑运算和三重控制，以确保井下有害气体超限时的可靠断电。

1.2监控系统硬件：

主要由地面监控中心站，井下监控分站，信息传输装置，传感器与控制器五大部分组成。

1.2.1地面监控中心站：

主要由监控主机，避雷器，大屏幕显示设备，打印机，UPS电源及以局域网方式连接的网络终端等设备组成。

主要功能是全面监控管理整个系统的运行情况，分析处理，集中显示，统计存储井下分站采集传输上来的各种监测数据以及实现对整个系统的实时控制，监控画面及各类报表的编辑，制作；任意时段监测数据的查询，打印；监控信息的远程传输和网络通信等。

1.2.1.1信息传输装置：

主要用于地面中心站监控主机和井下监控分站之间的信号交换，数据通讯及电气本安隔离，负责转换井下分站采集传输的各种检测信号，发送地面中心站监控主机的各种控制指令。

1.2.1.2井下监控分站：

主要功能是给传感器集中供电，实时采集和预分析处理各类传感器的实测结果，通过数据传输接口与地面中心站进行实时数据通讯，具有显示控制，超限声光报警，断电控制等多种功能。

1.2.1.3避雷器：

用于提高监控系统地面中心站机房电源和系统通讯线路抗雷击能力，确保系统正常运行和通讯质量。

1.2.1.4传感器：

主要分为模拟量和开关量两大类，包括瓦斯，氧气，风速，负压，温度，管道用流量，水位，工作电流，煤位，设备开停风门，烟雾，馈电状态等。

2下面以Kj90-f16型分站工作结构原理和使用中的故障案例作具体分析

2.1Kj90-f16型井下监控分站主要结构：

分站是以89C60单片机为核心的微型计算机系统它由负责采集外部各种类型传感器信号的数据采集单元执行断电控制的控制输出单元和通信电路显示电路红外遥控电路数据存储电路看门狗电路稳压电源电路等组成

2.2主要功能和电气参数：

2.2.1.输入输出信号：

该分站一共有16路信号输入端口和四路近程断电控制端口四路远程断电控制端口一路负责和数据传输接口通信的端口。

十六路输入端口可以通过监控系统软件设置定义为模拟量端口或者开关量端口模拟量信号为200-1000Hz的模拟量频率信号分别对应低浓甲烷传感器量程的0-4%CH4，频率信号的高电平不小于2.5V，低电平不大于1.0V，脉冲宽度为0.3毫秒，输入与输出处理误差不大于0.5%。

开关量信号为1mA/5mA电流信号。

设备停止时开关量传感器向端口输入小于1.2mA电流表示停止设备运行时向端口输入大于5mA电流表示运行。

控制量信号采用本安高低电平输出，高电平电压应小于3.0v,低电平电压应不大于0.5v.

2.2.2.传输距离：

分站和数据传输接口的通信距离小于等于10公里

分站和传感器的通信距离小于等于2公里

.分站和断电器的通信距离小于等于2公里

2.2.3传输速率

分站和数据传输接口之间的传输速率为2400bps

2.2.4传输方式

分站与KJJ46数据传输接口的信号传输方式为RS485通信方式最大工作电压幅值小于等于5v，直流最大工作电流幅值小于等于150mA

与kjj103矿用网络交换机通信方式为以太网通讯方式时，最大工作电压直流幅值小于等于5V，直流最大工作电流幅值小于等于250m

2.2.5分站显示功能

分站采用数码管显示能显示模拟量信号的输入与输出能显示开关量信号的输入与输出能显示各个传感器的通道号能显示控制量的状态能显示各个传感器的故障状态

2.2.6断电控制功能

手动控制：

在监控系统主机上进行控制操作，在规定的30秒时间内，控制执行动作，系统中心站相应显示和声音报警

自动控制：

在系统初始化设置后，当模拟量和开关量发生异常或与设置一致时，在规定的15秒内控制执行器动作，系统中心站相应的显示和声音报警

异地控制：

通过一台分站设备控制另一台分站设备执行控制动作，在规定的时间的60秒内被控的异地控制执行器动作，系统中心站相应显示和声音报警

2.2.7风电甲烷闭锁功能

当与闭锁控制有关的监控设备未投入正常工作或出现异常情况时，监控设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源将被监控系统的控制器切断；当与闭锁控制有关的监控设备工作正常或异常情况得到解决，并且工作稳定后，监控系统的闭锁装置才自动解锁，恢复正常。

2.3使用前的准备和各单元工作结构原理

使用时，首先对分站的完好和电器防爆情况进行检查，确认各个电源板，排线插头，保险管等插接正确，牢固无松动，然后根据电源电压等级选择分站变压器相对应的输入插口接好，送电前一定要检查各个插接口是否正确，否则送电后可能烧毁变压器损坏分站。

分站上电后用红外遥控器设置站址，连接数据传输接口和主机通讯后，各输入通道上所挂接的传感器类型，利用RS485或工业以太网通信方式接收地面中心站初始化数据对分站的各个通道分别进行定义，设置，或者用红外遥控器就地手动完成。

工作中，分站通过数据采集电路对输入通道进行不间断的循环信号采集，使系统内部的各模拟开关根据设置，定义的指令自动切换到相应的转换电路上。

当分站对挂接各类传感器的输入通道进行连续，不间断的数据采集时，来自传感器的频率信号或电流信号在经过相应的变换后进入施密特整形及分频电路进行二次处理，最后送89c60定时器T0口供单片机进行采集，运算，分析，判断。

2.3.189C60单片机

该分站采用的是ATMEL公司生产的89C60大容量存储单片机，芯片内有256个字节的RAM，32K程序存储器也在片内，共有64K数据字节的地址空间，8位数据总线，低8位地址总线与数据线分时共用。

地址线A0-A12提供片外数据存储器地址。

2.3.2看门狗自动复位电路

以大规模集成电路5045为主体的看门狗电路单元在工作中的主要功能是看护分站的电源及程序运行情况，当出现电源电压过低或因外部干扰等意外情况造成分站程序跑飞时，及时向单片机输出复位信号是之自动复位，恢复正常工作。

2.3.3参数保存单元

本单元主要用于设置参数和初始化参数的保存，由存储量512字节，擦写次数100000次的带电可擦除芯片5045构成。

所需的输入输出数据及时钟皆由单片机的P1.0P1.1P1.6P1.7提供，掉电后，数据可保存时间100年。

2.3.4输入数据采集单元

数据采集电路共16个通道，分别由取样电阻，虑波及限幅保护，跟随器，模拟多路选择开关，信号变换，整形，二分频，光电隔离等电路组成。

通过跳线设置，它可支持200Hz-1000Hz,200Hz-2000Hz,1mA/5mA,4mA/20mA等信号制式。

由89C60单片机控制相应的4051多路选择开关和4066选择开关进行输入通道和信号制式的切换。

甲烷，风速，一氧化碳等传感器输入的频率型信号直接经过74HC14施密特整形电路，74HC74D触发器二分频电路，光电隔离电路进入单片机的定时器输入端；非频率型信号先经过LM331进行V/F变换，再经过74HC14施密特整形电路，74HC14D触发器二分频电路，光电隔离电路进入单片机的定时器输入端。

然后单片机就能测到输入信号。

如果在智能口接入智能传感器，通过485通信将传感器信号采集到分站，智能口采集的数据经过从CPU处理将处理后的数据通过主CPU传输到地面中心站。

2.3.4控制输出单元

分站共有C1.C2.C3.C4.C5.C6.C7.C8.八路控制输出。

工作时，8路控制信号分别由81C55的I/O口PB并行输出，经7404反相器反相后，驱动外接继电器中的继电器完成对用电设备的控制。

2.3.5通信单元

分站支持工业以太网方式，分站将单片机输出的TTL电平转换成以太网信号通过双绞线传给交换机，由交换机将电信号转换成光信号通过光纤传输到地面交换机，井下形成环网

2.3.6电源隔离单元：

它主要由稳压和DC/DC隔离电路组成，主要功能是确保单片机，数字电路，模拟电路为核心的部分和电源单元的有效隔离，提高井下分站工作时的可靠性。

3.故障分析案例：

2011年4.月23日八点班，我矿监控机房值班人员发现15100工作面KJ90-F16型监控分站所挂接的工作面甲烷传感器瓦斯浓度数值突然增大，马上通知该工作面当班瓦检员到探头处核对瓦斯浓度，同时派值班监测工赶往现场。

并根据该工作面上隅角T0瓦斯探头和回风流T2瓦斯探头瓦斯浓度数值都很小并且没有发生变化，初步判断是监控设备故障的可能性较大，瓦检员首先赶到现场，用光瓦测量后汇报，该点瓦斯浓度光瓦测量值和探头显示值一致，但是所汇报的瓦斯探头显示值和地面中心站数值偏差很大，通过检查监控系统软件中监控分站测点定义，排除了初始化参数设置错误的可能。

现根据信号流程做简单分析：

现场瓦斯浓度经催化元件，补偿原件，匹配电阻等组成的检测电路转换为电信号，经后级放大，V/F转换等电路的处理，最终会在甲烷传感器信号输出端以频率的形式输出，频率范围是200-1000HZ（低浓甲烷传感器），其中200HZ对应甲烷浓度值的0.00.，1000HZ对应甲烷浓度的4.0%，1000HZ-200HZ=800HZ,也就是在200HZ的起点上，0--800HZ的频率信号按比例对应0--4.0%甲烷浓度值，当监控分站接收不到200HZ频率信号时，判定为传感器断线，该频率信号进入监控分站输入端口后，经放大，变换整形，光电隔离等转换为单片机能够识别的数字信号进行处理，单片机发出的异步通讯信号经通讯电路转换为差分两相码，再经驱动电路，耦合变压器，传输线进入地面数据传输接口，再次转换后进入中心站主机。

到达现场后，检测工首先查看监控分站，发现监控分站对应通道的显示数值和对应传感器不一致，更换传感器后故障仍然没有解决，然后把监控分站工作正常的输入端口和显示异常的输入端口互换后，对应输入通道显示仍然和传感器不一致，初步排除了传感器和分站故障。

后经过排查线路，发现一路10芯信号线接线盒内，用于实验的就地显示的甲烷传感器空置的信号线和15100工作面传感器信号线短路，短路后，信号频率叠加，造成数据偏差严重。

总结：

通过对KJ90监控系统概况和监控分站结构原理的梳理，结合工作中的具体情况总结出排查故障的方法步骤，为快速有效的处理监控系统故障提供了借鉴。

由于现在的监控系统，监测仪器，大多涉及计算机编程，数字电路，等深层知识，我深感自己基础薄弱，知识匮乏，在以后的工作中，会继续学习，不断提高自己，踏实工作，为企业作出应有的贡献。