KJ95N煤矿安全监控系统升级改造方案0113Word文档下载推荐.docx
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至少一台分站达到满载要求；
交换机及接口的每个电口至少带载一台设备。
试验加载方法：
系统中不同类型组成设备均分别进行试验；
试验在系统正常工作状态下进行，即系统传感、传输、显示、控制、执行的功能正常。
3、推广应用先进传感技术及装备
推广使用架构简单系统以及激光、红外等低功耗传感器、自诊断型传感器，鼓励使用多参数传感器。
突出矿井的采煤工作面进、回风巷，煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中，采区回风巷，总回风巷瓦斯传感器推荐使用激光、红外等全量程传感器。
突出、高瓦斯矿井的回风隅角建议采用无线传感器。
建议加装粉尘监测设备。
4、提升传感器的防护等级
将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65。
5、完善报警、断电等控制功能
系统实现分级报警，根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，设置不同的报警级别，实施分级响应。
各级别报警浓度值的设置可由煤矿企业根据相关法规标准和实际情况决定。
推行逻辑报警，根据巷道布置及瓦斯涌出等的内在逻辑关系，实施逻辑报警，促进各类传感器的正确安装、设置、维护，监控系统的正常使用，防止违法行为。
具体逻辑关系可由煤矿企业根据实际情况进行设置。
完善就地断电功能，提高断电的可靠性，并加强馈电状态监测。
推行区域断电，可由煤矿企业根据井下供电系统的实际情况进行设置。
6、支持多网、多系统融合
实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS技术的有机融合。
多系统的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。
鼓励新安装的安全监控系统采用井下融合方式。
在地面统一平台上必须融合的系统：
环境监测、人员定位、应急广播，如有供电监控系统，也应融入。
其它可考虑融合的系统：
视频监测、无线通信、设备监测、车辆监测等。
7、格式规范化
系统主干网应采用工业以太网。
分站至主干网之间宜采用工业以太网，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。
“十三五”末应采用工业以太网。
模拟量传感器至分站的有线传输采用工业以太网、RS485、CAN；
无线传输采用WaveMesh、Zigbee、Wi-Fi、RFID。
系统改造后支持联网并按要求数据格式上传。
8、增加自诊断、自评估功能
实现系统定期的自诊断、自评估，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。
自诊断的内容至少应包括：
（1）传感器、控制器的设置及定义；
（2）模拟量传感器维护、定期未标校提醒；
（3）模拟量传感器、控制器、电源箱等设备及通信网络的工作状态；
（4）中心站软件自诊断，包括双机热备、数据库存储、软件模块通信。
9、加强数据应用分析
安全监控系统应具有大数据的分析与应用功能，至少应包括以下内容：
（1）伪数据标注及异常数据分析；
（2）瓦斯涌出、火灾等的预测预警；
（3）大数据分析，如多系统融合条件下的综合数据分析等；
（4）可与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据。
10、应急联动
在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，可自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。
11、提升系统性能指标
（1）系统巡检周期不超过20s；
（2）异地断电时间不超过40s；
（3）备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，更换电池要求由仅能维持1h时必须更换，提高到仅能维持2h时必须更换；
（4）具有双机热备自动切换功能；
（5）模拟量传输处理误差不超过0.5%；
（6）分站的最大远程本安供电距离（在设计工况条件下）实行分级管理，分别为2km、3km、6km。
12、增加加密存储要求
为有利于安全监管监察和企业安全管理，对采掘工作面等重点区域的瓦斯超限、报警、断电信息应进行加密存储，采用如MD5、RSA加密算法对数据进行加密，确保数据无法被破解篡改。
13、方便用户使用、维护、培训
软件界面友好，方便调用，强化帮助功能。
第二部分目前系统存在的问题
传统的煤矿安全监测监控系统,普遍采用监控主机（上位机）、交换机（传输设备）、分站、传感器的系统架构。
系统属于主从式架构，存在着主从式网络结构效率低、模拟传感器抗干扰性能差、监控成本高昂以及系统扩展性差,维护成本高等问题。
1、主从式网络结构效率低
传统系统上位机和分站之间通过RS485通讯，一问一答的方式，这样一个一个地轮询。
通信结构数据传输效率低，分站多了、传感器多了，轮询的时间就很长了，巡检周期较长，网络结构可靠性差，无法实现分站级设备无主运行、分站之间互联互控、危险区域快速控制等。
当有突发事件时，必须在一个巡检周期后才能把事件上传，在下一个巡检周期时才能下发突发事件的判定结果。
大部分系统巡检周期超过20s，异地断电时间超过40s。
2、模拟传感器存在缺陷
传感器采用模拟频率脉冲方式传输，在井下机电设备越来越多、电磁干扰越来越大的情冴下，极易收到干扰，出现冒大数、误报警。
1.没有采用数字化传输，抗干扰能力较差，只能传递简单的频率信号，不能传递更多有效传感器数据；
2.防护等级较低、缺乏抗干扰EMC、传感器本安设计ib、功耗大、启动电流较大、较难实现远距离数据传输，较难适应恶劣的工况环境；
3.同类型传感器不能有效的区分，不能进行设备唯一识别，不便于管理和现场跟踪；
4.智能化程度低，不支持即插即用功能，不具备故障自诊断。
3、监控成本高昂
在目前情况下，一个传感器需要单独一根四芯电缆进行信号传输，随着巷道距离的延伸和传感器数量的不断增加，电缆需要的会越来越多，巷道中会堆积大量的线缆，增加大量的投资和维护成本，特别是在工作面，由于现场条件的限制，电缆经常会出现断裂等情况。
4、系统扩展性差,维护成本高
目前的监控系统还不能在井下完成传感器级的融合，每套系统均需要单独的分站采集传感器信号。
各应用系统独立运行，导致兼容困难、扩展性差，维护成本高。
缺乏统一的传输平台，传输格式没有规范化。
5、系统供电电源存在缺陷
备用电源能维持断电后正常供电时间为2小时，不能满足井下4小时供电要求。
6、分站存在缺陷
数字化设备接口较少，不具备断点续传功能，而且不具备网络传输接口。
7、系统存在缺陷
1.不具备分级报警
系统不能具体根据瓦斯浓度大小、主扇停风、局扇停风、同一区域多处报警、瓦斯浓度快速波动、CO浓度快速波动、瓦斯抽采停泵、采区回风风量降低或降低等异常情况，并结合报警持续时间情况，将监控系统报警井下分级。
而且不能并针对不同的报警级别，通知不同用户，实现报警信息响应。
2.不具备逻辑报警
系统不能提供逻辑报警功能，不能实现复杂的逻辑表达运算，进行区域报警、组合逻辑报警。
3.不支持多系统融合
不能将人员定位、应急广播、供电监控系统、视频监测、车辆监测等系统数据集成至监控系统进行多系统融合。
4.不能进行自诊断、自评估，不能进行伪数据标注及异常数据分析
系统不具备自诊断、自评估，自动检测并提示系统运行中出现的问题。
如：
设备通信故障、设备内部故障、传感器探头故障、电源带载能力不足、数据库连接异常、软件通信异常等故障信息。
而且也不能到期提醒用户对传感器进行标校、维护。
5.数据安全性较低
不能在数据库的数据密文存储，以防止违规删除、篡改监控系统报警、断电等重要数据。
6.图形展示功能较为简单
不可导入CAD监控系统设备布置图，进行等比例井下巷道图形显示。
7.不具备煤与瓦斯突出报警
系统不能实时煤与瓦斯突出危险性的诊断与预测，不能实时对掘进工作面应力变化、煤层瓦斯含量变化、煤的物理力学性质变化实时显示并预测预警，不能对瓦斯涌出量进行预测。
8.缺少先进传感技术及装备
突出矿井的采煤工作面进、回风巷，煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中，采区回风巷，总回风巷瓦斯传感器没有使用激光、红外等全量程传感器。
突出、高瓦斯矿井的回风隅角没有采用无线传感器。
9.没有格式规范化
系统主干网很多矿井没有采用工业以太网。
分站至主干网之间没有采用工业以太网接口，大多采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。
模拟量传感器至分站的有线传输没有采用工业以太网、RS485、CAN；
缺少无线传输传感器设备。
10.不能应急联动
在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，现有系统不能自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。
11.系统性能指标不满足《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的要求
在用的系统巡检周期、异地断电时间过长，不能满足系统巡检周期不超过20s，异地断电时间不超过40s的要求。
部分用户的监控主机不能实现双机热备自动切换功能。
系统的模拟量传输处理误差不能满足不超过0.5%的性能要求。
分站的最大远程本安供电距离（在设计工况条件下）不能实行分级管理。
第三部分新版煤矿安全监控系统的升级要点
与现有煤矿安全监控系统相比较，为了满足《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求，我公司对现有的监控系统进行了全新的设计。
在保留现有监控系统功能的基础上，对系统层次架构、监控机软件、分站、传感器、电源、网络管理设备进行了软件和硬件的升级改造，最大限度的保留了对现有系统的兼容。
具体内容如下：
1、更加安全高效的系统架构：
采用无主传输技术的新型系统架构，采用分布式控制策略，井下智能网关集中管理。
井下设备（传感器、分站、执行器、电源等）数据以“事件主动上传”的通信机制进行上传，由分站对各类数据进行集中处理和分析，当瓦斯超限、设备故障等需要对馈电开关等设备执行断电或闭锁操作时，可通过分站本地执行控制或由智能网关下发控制命令实现对异地设备执行控制。
其次分站将所采集的各类数据通过以太网或RS485总线方式上传给监测主机，监测主机将接收到的实时信号进行处理和存盘，并通过本机显示器、大屏幕等外设进行显示。
当井下设备发生非通信中断故障时，能够对自身故障判断并进行描述，通过故障诊断事件发送至地面主机，主机解析为故障信息进行展示，即完成远程故障诊断。
当分站发生通信中断故障时，分站根据“断线续传”规则，将通信中断期间的数据进行存储，并在通信恢复后将存储的数据传送至地面主机，保证监测数据的完整性，即实现断线续传。
通过新型的系统架构，KJ95N煤矿安全监控系统，可以在10s内完成一个巡检周期，2s内完成本地断电，20s内完成异地断电。
从根本上解决了主从式网络结构效率低下的问题。
系统架构图如下：
2、功能更加丰富的监控主机软件：
KJ95N安全综合监控系统软件采用微软VS开发平台，并充分利用微软开发平台优势，应用WCF分布式进行整体架构，采用SOA架构数据服务中心，采用SQLServer的分区存储机制，实现安全监控融合平台架构功能。
实现人员定位、电力监控等子系统的数据融合、数据展示、数据综合分析、应急联动及移动监控等功能，为煤矿决策分析提供依据，综合利用各方面数据，避免“信息孤岛”，实现子系统间的互联互通。
满足煤矿安全监控系统升级改造有关促进安全监测监控多元融合和信息共享的要求，可有效提高煤矿的安全水平。
通过基于Web的矢量图形进行一矿一图展示，实现融合数据的动态浏览，实现与人员定位、工业电视、应急广播、电力监控等系统联动。
当监测到基层矿井某区域有重大隐患或有灾情时，能够在监测画面上提示该区域人员分布情况，提示危险区域人员撤离路线、该区域附近的救援物资储备情况、环境状况和主要设备运行情况，同时显示危险区域工业电视画面；
同时通过应急广播系统播放语音，广播事故情况及撤离路线，并通过人员定位卡发出声光报警通知井下人员迅速撤离。
3、采用新型的智能化传感器
将模拟的频率单向传输改成数字式双向传输，并对传感器结构进行了全新设计，具备了如下新技术和新特点：
1.传感器数字化（RS485）：
提升抗干扰能力，并传递传感器自诊断等更多有效传感器数据；
2.防护等级IP54提升至IP65：
监控系统用传感器全面提升至IP65；
3.传感器抗干扰EMC（静电3级、电磁辐射2级、群脉冲3级、浪涌3级，评价等级为A）；
4.传感器本安设计Exib提升至Exia（本安兼隔爆类为Exdia）：
传感器适用于易爆气体始终或长时间存在的等级为0区的危险区域、易燃气体在仪表的正常工作过程中有可能发生或存在的等级为1区的危险区域，而ib型仪表仅适用于1区等级。
5.电源软启动完善（进一步降低启动电流）：
同等条件下单路本安电源能带更多的传感器；
6.降低传感器整体功耗（进一步提升电源模块效率）：
单个传感器传输距离提升至6Km；
7.变送器小型化：
与检测元件一起封装；
8.传感器ID唯一码：
进行设备唯一识别，便于管理和现场跟踪；
9.即插即用功能：
与监控系统实现即插即用，上位机智能识别不同种类传感器；
10.故障诊断：
逐步完善传感器故障诊断，主要包括：
供电电源监测、探头故障、通信故障等；
11.统一传感器处理器平台、统一传感器外壳。
避免模拟系统的误报、误动作，提高了抗干扰性能。
特别是即插即用和故障诊断功能，更加方便日常的使用和维护。
采用数字化传输，同时也解决了线路成本投资高、人工维护成本高的问题。
4、采用新型的分站设备，并采用高容量存储技术
根据新型安全监控系统的升级需要，同时为新老监控系统的过渡交替提供方便，我单位新型的监控分站端口配置如下：
4个频率量输入口、4个开关量开入口和4个开关量开出口、5路RS485、2路CAN总线接口、1路以太网接口、128MNandflash存储器。
采用先进的嵌入式开发平台和大容量的高速存储器，实现了系统的分站级的智能自主控制和断线续传。
自带以太网接口，为系统的高速数据交换提供了保障。
丰富的多种数据传输接口，为多系统的融合提供了可靠的保障。
在分站满载的情况下，可以持续存储不小于300个小时的数据量。
5、采用新型的大容量的多路电源
新型的多路隔爆兼本安型电源，具有后备电池：
不小于4小时、RS485接口、6路输出、支持在线电源管理等特点。
体积进一步减小，重量大大减小，而且性能大幅提升。
6路DC18V（ib）电源、6路DC18V（ia）电源、2路DC18V+4路DC24V的ib电源不同组合方式，可以更好的满足现场不同环境下和远距离的供电的要求。
6、采用统一的以太网传输平台
整个系统基于工业以太网进行架构，分站级设备自带网络接口，并且KJ95N煤矿安全监控系统已经在分站级实现了对人员定位、瓦斯抽放、矿用顶板压力监测、IP广播等本单位的产品的接入融合。
对于企业，信息化和自动化系统的融合，消除了系统信息孤岛，在系统基础层面实现了信息的融合。
最大限度地发挥了系统潜能，促进了生产、安全。
标准化协议的建立，将可以更有效地加强监管，得到真实、可靠、实时的生产和安全信息。
第四部分新版监控系统的功能介绍
1、系统简介
KJ95N煤矿安全监控系统可实现煤矿各类环境和生产参数的监测与显示、报警与控制及瓦斯抽放过程的监测与显示，并能在井下融合多个安全类子系统，实现了井下多系统信息共享、数据共缆传输和局部环境的自动化控制。
1.系统组成
KJ95N系统软件的整体架构是基于WEB服务并按三层架构模式进行设计开发的，系统提供WEB展示功能，图形展示采用组件式开发，支持GIS图形展示，可与井下辅助运输、人员定位、矿井压力、粉尘洒水等系统共用同一图形组件。
KJ95N系统地面设备主要由监测主机、地面环网接入器、传输接口、网络服务器、工作站、地面声光报警器、打印机、录音电话、UPS电源、信号避雷器等组成，井下设备主要由数据光端机（含智能网关）、矿用环网接入器（含智能网关）、分站（以太网或总线）、隔爆兼本安电源、各种传感器、馈电断电器、矿用声光报警器等组成。
系统拓扑图如下：
KJ95N型煤矿安全监控系统拓扑图
2.安全监控系统基本功能
1）数据采集、显示
具有甲烷浓度、风速、风压、一氧化碳浓度、温度等模拟量采集、显示及报警功能；
具有通风机开停、风筒状态、风门开关、烟雾等开关量采集、显示及报警功能；
具有瓦斯抽采量监测、显示功能；
具有馈电状态采集、显示及报警功能。
2）控制
甲烷超限声光报警和断电、掘进工作面停风后断电是矿井安全监控系统的最根本功能，矿井安全监控系统必须具备甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。
为防止系统主机和电缆发生故障时，无法实现甲烷超限声光报警、断电和停风断电，甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能必须由现场设备完成。
3）调节
系统具有自动、手动、就地、远程和异地调节功能。
4）存储和查询
系统必须具有以地点和名称为索引的存储和查询功能。
5）显示、打印
系统具有模拟量、开关量、累计量列表显示功能，系统具有报表、曲线、柱状图、状态图、模拟图、初始化参数等打印功能。
6）人机对话
系统具有人机对话功能，便于系统生成、参数修改、功能词用、控制命令输入等。
7）自诊断
系统具有自诊断功能。
当系统中传感器、分站、传输接口、电源、断电控制器、传输电缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。
8）双机切换
系统具有双机切换功能。
系统主机必须双机备份，并具有手动切换功能或自动切换功能；
当工作主机发生故障时，备机主动投入工作。
9）备用电源
系统具有备用电源，当电网停电后，可保证对甲烷、风速、风压、一氧化碳、主通风机、局部通风机开停、风筒状态等主要监控量继续监控。
10）数据备份
系统具有数据备份功能。
11）模拟报警和断电
传感器具有现场模拟测试报警和断电功能。
12）防雷
系统具有防雷功能，分别在传输接口、入井口、电源等采取防雷措施，防止雷电击毁设备，引起井下瓦斯爆炸。
13）抗干扰措施
系统具有抗干扰措施，可防止变频器、架线电机车火花、大型机电设备启停等电磁干扰影响系统正常工作。
14）分站存储功能
系统分站具有初始化参数掉电保护功能，防止分站停电后，初始化参数丢失。
系统分站能存储300h以上的监测数据。
当系统电缆等发生故障，恢复正常后可以将存储的数据传输给地面中心站。
15）其他功能
系统具有网络通信功能、系统具有软件自监视功能、系统具有软件容错功能，系统具有实时多任务功能，能实时传输、处理、存储和显示信息，并根据要求实时控制，能周期地循环运行而不中断。
2、系统特点
1.系统性能突出
系统分站支持以太网、RS485传输方式；
支持不小于300h的断线续传；
巡检周期：
RS485：
巡检周期≤10S；
以太网：
≤5S；
无主传输，分布式控制策略：
主备机故障的情况下，异地断电功能正常工作；
异地断电快速响应时间：
≤20S；
本地断电时间：
≤2s；
系统容量：
255台分站。
2.系统及设备通过抗干扰
3级静电抗扰度试验（评价A）
2级电磁辐射抗扰度试验（评价A）
3级脉冲群抗扰度试验（评价A）
3级浪涌（冲击）抗扰度试验（评价A）
3.井下设备级数据融合
通过井下监控分站实现井下一网一站信息采集、传输，实现环境监测、移动目标监测、矿压监测等业务系统的井下设备级数据融合，共用井下通信链路，实现电缆复用，以减轻煤矿系统建设成本和系统维护工作量。
4.地面数据融合
实现电力监测、无线通信、应急广播、矿井提升等系统的地面信息融合，并将各业务系统数据通过图形显示系统实现“一矿一图”信息显示，即在一张图上实现不同业务系统的综合显示，从而方便煤矿用户更直观、便捷的了解井下情况，并实现井下联动报警、应急救援与指挥等。
5.更高的数据安全性
为提高监控系统数据安全，系统采用对称性加密算法和非对称性加密算法相结合的方法，采用RSA、DSA、ECC、DES、3DES、AES、同态加密等多种加密算法，对不同数据类型进行分别加密，从而实现对历史数据的高效、可靠加密存储，在数据库的数据密文存储，以防止违规删除、篡改监控系统报警、断电等重要数据，同时保证监控系统存储、查询、打印效率，以方便用户使用。
6.自诊断、自评估
系统具有自诊断、自评估功能，自动检测并提示系统运行中出现的问题，如：
设备通信故障、设备内部故障、传感器探头故障、电源带载能力不足、数据库连接异常、软件通信异常等故障信息，以方便用户使用、维护。
到期提醒用户对传感器进行标校、维护，以延长设备使用寿命、保证传感器正常工作。
7.分级报警
系统具有分级报警功能，具体根据瓦斯浓度大小、主扇停风、局扇停风、同一区域多处报警、瓦斯浓度快速波动、CO浓度快速波动、瓦斯抽采停泵、采区回风风量降低或降低等异常情况，并结合报警持续时间情况，将监控系统报警分为：
初级报警、一级报警、二级报警和三级报警，并针对不同的报警级别，通知不同用户，实现报警信息响应。
8.煤与瓦斯突出预报警
以煤矿安全监控系统提供的瓦斯、风筒风量数据以及掘进工作面防突检测参数为基础，准实时动态预测掘进工作面煤与瓦斯突出的危险性。
并根据现有瓦斯监测数据和风量数据，超前预测综采工作面区域内各单点传感器瓦斯浓度值范围和平均瓦斯涌出量范围。
煤与瓦斯突出预报警将接触式和非接触式煤与瓦斯突出预测方法相结合，使煤与瓦斯突出预测结果更准，采用精确的煤与瓦斯突出事故识别、报警技术，并对突出事故波及范围实时预测。
9.
传感器分体式设计、统一传感器结构
具有外观设计专利
以下传感器可互换变送器：
一氧化碳传感器
二氧化氮传感器
湿度传感器
硫化氢传感器
氧气传感器
10.传感器智能化即插即用、自动识别
传感器接入分站后，分站能自动识别传感器类型和传感器配置信息，地面计算机上即时弹出新接入传感器的即插即用界面，提醒用户及时配置新接入传感器的详细信息。
3、系统主要技术指标
1.系统指标
255台分站级设备.
传输制式：
网络传输和RS485传输
传输速率：
4800bps，网络:
10/100Base-T
电缆芯数：
2芯
地面中心站到分站之间无中继最大传输
升级会员 