平政煤矿KJ95N.docx
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平政煤矿KJ95N
秦晋集团合阳平政煤矿
安全生产监测系统
技术方案
天地（常州）自动化股份有限公司
（煤炭科学研究总院常州自动化研究院）
2011年1月
一、概述
KJ95N型矿井安全环境监测监控系统是天地（常州）自动化股份有限公司严格按照当前新行业标准开发的，它作为整个矿井综合信息系统的一部分，主要用来监测井上、下的各类环境参数和皮带、水泵开停等主要生产参数。
在一些重要的地点安装传感器后，一些环境和生产参数可以直接在地面中心站及管理网络工作站上反映出来，减少了井下有关的检查和值班人员，帮助领导和调度员及时掌握安全生产情况。
在主要变电所安装电力参数变送器后，可以及时了解各点的供电状况，发现故障时及时通知有关人员处理，减少设备的停机时间，使值班人员能够及时了解工作面的有关环境和生产参数的变化情况，对于存在的隐患能够迅速作出处理决策，避免可能发生的事故。
因此整个系统在保障安全，提高生产效率等方面将发挥重要作用。
从现在新型矿井建设来讲，安全监测监控系统是矿井信息化数据的重要来源，给矿井管理系统提供数据接口，为矿井管理系统的建立奠定坚实的基础。
二、设计遵循的规范
Ø《煤矿安全规程》2006
Ø《煤矿安全监控系统通用技术要求》AQ6201-2006
Ø《煤矿安全监控系统及监测仪器使用规范》AQ1029-2007
Ø《煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求》MT/T1008-2006
Ø《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》MT210
Ø《煤矿通信、自动化产品型号编制方法和管理办法》MT/T286
Ø《煤矿监控系统主要性能测试方法》MT/T772-1998
Ø《煤矿安全装备基本要求》
Ø《煤矿监控系统总体设计规范》
Ø《煤矿监控系统中心站软件开发规范》
Ø《煤矿用信息传输装置》MT/T899
Ø《煤炭工业矿井设计规范》
Ø《煤炭调度信息化装备技术规范》
Ø《电工电子产品环境试验》GB/T2423
Ø《电工电子产品基础环境试验规程》GB/T2423
Ø《电磁兼容实验和测量技术》GB/T17626
Ø《电气设备的抗干扰特性基本测量方法》
Ø《周期检验计算抽样程序及表》GB/T2829-2002
Ø《爆炸性气体环境用电气设备通用要求》GB3836
Ø《智能调度室装备规范》
Ø《外壳防护等级（IP代码）》GB4208
Ø《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004
Ø《计算机机房设计规范》GB50173-93
Ø《计算机站场地安全要求》GB2887-89
Ø《计算机站场地技术条件》GB2887-89
Ø《数字数据网络工程设计暂行规定》YD5029-97
Ø《矿井通风及安全装备标准》
Ø《矿井通风安全监测系统装备标准和使用管理规定》
Ø《矿用一般型电气设备》GB12173-90
Ø《安全技术防范规范工程程序技术规范》
Ø《设备可靠性试验》
Ø《监测监控质量标准化实施标准》
Ø《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》
Ø《国务院安委会办公室关于进一步加强煤矿安全监控系统建设和监督管理的通知》安委办[2007]11号
Ø《国家安全监管总局国家煤矿安监局关于进一步加强煤矿安全监控系统装备联网和维护使用工作的通知》安检总煤装[2008]41号
三、平政煤矿安全生产监测系统技术要求
根据平政煤矿矿井设计及要求：
（1）监测信号种类
能够监测的信号种类为：
主要监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、温度、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等环境参数，并实现甲烷超限声光报警断电和甲烷风电闭锁控制功能。
另外也可完成机电设备的开停等生产参数。
（2）设计要求
①监测监控系统设计依据《矿井通风安全监测装置使用管理规定》和《新版煤矿安全规程》规定的各项指标。
②在矿建立监控局域网，矿中心建立中心监控站，各片（采）区建立监控分站，对各片（采）区井下、地面安全生产和安全管理实施监控和智能化管理；
③按新版的《煤矿安全规程》-2006年要求，实现工作面、作业点、巷道、硐室等区域和电气设备、通风设备、运输设备、排水设备等地点的瓦斯浓度及温度超限断电报警和程序化智能复电；
④在局域网内对监测监控数据、资料、图像等进行程序化智能保存、分类、复制、传送等，对外能进行程序化授传输；
（3）设备材料选择原则
根据上述需求，我们在设计平政煤矿所需的监测监控设备，选用天地（常州）自动化股份有限公司生产KJ95N系统软硬件及其配套设备材料,其产品配套齐全、技术成熟、性能优越。
四、KJ95N安全监测监控系统构成
KJ95N煤矿监测监控系统采用集散式多级体系结构，配置灵活，可满足煤矿不同情况的需要。
本次方案对矿井监测监控部分采用两级结构：
第一级为地面监控主机；第二级为分站及传感器。
KJ95N型煤矿综合监控系统是将计算机网络、矿井安全和生产实时监测、电力监测、胶带机监测、主副井提升监测、工作面综合监测等系统综合在一起，形成一个完整的、实用的矿井综合监控系统。
根据需要各部分既可以集成在一起，又可以单独使用，以满足矿井的不同需求。
该系统是一个集散型的系统结构，其信息的检测及分站等设备的布置完全按照矿井特点设置，使各部分设备都能充分合理运用，以满足矿井管理的要求。
4.1KJ95N安全监测监控系统地面中心站
监测中心站是本系统的大脑，负责监测矿级监控系统的运行情况及监测数据的管理、定义配置、实时数据采集、分析处理、统计存储、屏幕显示、查询打印、实时控制、远程传输、画面编辑等任务。
中心站还可以在监测主机控制下显示环境参数、生产工况及电力监测的参数等,所有的数据也可以汇集在大屏幕显示动、静态图形、数据、曲线、采掘工程平面示意图、通风系统示意图、模拟量配置图等。
根据平政煤矿具体特点和要求，我们在地面中心站的监测主机选择两台研华工控机互为备用及1台独立的服务器。
目前国内监测主机与分站通讯有三种方式，一种监测主机采用RJ45口通过综合数据光端机转换成RS485信号与地面、井下分站通讯。
另一种采用环网交换机传输，监测主机通过光纤环网与地面、井下各分站通讯；也可以采用RS232串行口通过传输接口与地面、井下各分站通讯。
本方案中监测主机采用RJ45口通过综合数据光端机转换成RS485信号与地面、井下分站通讯。
监测主机配置打印机同时主机都插有网卡，作为计算机网络一个工作站，监测主机的信息可以全部上网。
4.2KJ95N安全监测监控系统地面、井下监测部分
矿井地面主要监测压风机、提升机、扇风机、等设备信息。
井下主要监测回采工作面、掘进工作面、井下测风站、井下主变电所、采区变电所、井下水泵房、总回风巷、风门及风机等处的环境参数及工矿信息。
针对本矿采区工作面、掘工作面和巷道布局实际情况，结合矿井井下环境特点，配置分站和各传感器。
平政煤矿安全生产监测系统逻辑图：
五、KJ95N安全监测监控系统特征及功能
5.1KJ95N安全监测监控系统是一个综合性的监控系统
KJ95N安全监测监控系统是一个综合性的监控系统，它可以将安全与生产监测信息、电力参数的监测等各种信息综合在一起，在更高的层次上实现了信息的综合利用，同时系统还可以方便汇接多个监测子系统,实现了信息共享和局部环节的自动化控制。
5.2KJ95N安全监测监控系统是先进的集散型微处理机系统
整个系统具有三级网络结构形式，先进可靠的软件，总线型的分站和传感器使系统保持领先的技术水平。
局部传感器及其连接线的故障不会影响系统的正常工作，从而确保整个系统的可靠性。
具有技术先进、结构合理、运行可靠、故障分散、维修方便等优点。
5.3KJ95N系统留有足够的容量并配备有接收其它子系统的接口
KJ95N系统留有足够的容量并配备有接收其它子系统的接口。
如输煤皮带保护系统、电力监测系统、井下人员监测系统、水泵房控制系统、地面选煤厂控制系统等井下/地面控制监测系统数据可直接接入系统中，减少投资。
5.4KJ95N安全监测监控系统有多种高智能分站
KJF16B高智能型分站
KJF16B型分站（以下简称分站）是KJ95N型综合监控系统的重要组成部分，它具有数据采集、控制输出、键盘、遥控输入、液晶显示、数据传输等功能。
·它不仅可以在系统中进行逻辑判断、数据处理功能和存储功能使用，也可以作为风电瓦斯闭锁设备单独使用。
·分站核心处理器采用嵌入式32位CPU，其具有高速数据处理与通讯能力，外围接口和供电电源采用特殊抗干扰措施，使得本分站通过GB/T17626.4规定的严酷等级为2级的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，加强了系统的抗干扰能力。
·具有初始化参数掉电保护功能，分站停电后初始化参数不会丢失。
·具备接收其它设备接口信息的能力。
·电网停电后分站在满负荷情况下，供电电源连续供电>4小时。
·具有风、电、瓦斯闭锁功能和故障闭锁功能。
·具有应具有自诊断和故障指示功能。
·分站有逻辑判断、数据处理功能和存储功能。
当分站与地面主机脱机时，能独立工作，并能实现全部原有功能。
·分站可以作为主站再挂接小分站，实现区域内有关设备的监测、显示和控制。
·大屏幕液晶显示,一次显示32个汉字或64个字符，显示分站端口所接传感器类型，实测值，报警、断电值，模拟量24小时变化曲线。
·使用键盘和红外遥控器显示或修改传感器类型，报警、断电值等参数。
·自动断电：
分站接入的模拟量输入信号可以自动控制分站的开出控制信号（断电逻辑由主机初始化定义）。
·人工断电：
分站上的开出控制信号可以由上级计算机控制。
·显示方式：
液晶显示汉字和字符；显示汉字或字符数：
横向8个汉字或16个字符，纵向4个汉字或字符。
·显示模式:
①显示分站当前工作状态；
②显示分站所接的传感器测量值；
③显示分站开出口状态和馈电状态；
④显示分站参数设置；
⑤显示分站风电瓦斯闭锁设置；
⑥显示分站自诊断测试。
·键盘和遥控：
可通过键盘或遥控器进行各种操作
·不锈钢外壳，体积小、重量轻，安装维修方便
·支持：
风电瓦斯闭锁
5.5KJ95N安全监测监控系统报警及多级断电
6.5.1传感器报警点、断电点等完全可以在地面通过软件来设定或修改，特别是通过调试电话联络，更为方便。
同时，用户也可以在分站上直接设定。
6.5.2断电功能可分两级实现，就地可由分站级来实现局部区域内的远距离（2km）断电,也可由地面主机根据用户设定向其他分站发控制命令来实现异地断电（在全矿范围内）。
KJ95N安全监测监控系统的另一大特点：
具有故障闭锁功能，当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时，实现闭锁断电；设备正常后，自动解锁。
5.6KJ95N安全监测监控系统抗干扰处理
5.6.1井下传感器以分站为单位（包括该分站）集中供电，这样确保了系统的安全性能,也提高了整个系统的抗干扰能力。
5.6.2系统具有备用电源。
当电网停电后，系统能对甲烷、风速、负压、一氧化碳、局扇开停等主要监控量继续监控，继续监控时间不小于4小时。
5.6.3KJ95N安全监测监控系统采用光纤＋485半双工方式传输系统，传输距离不小于10公里，且不用加中继器。
由于采用光耦，传输系统抗干扰性能强、可靠性高。
5.6.4远动开关（断电器）具备馈点状态反馈信号，可准确判断断电命令是否可靠送出，以及发现输出接点是否粘连，以及开关是否真的已断电。
5.7KJ95N安全监测监控系统接入传感器多样化
5.7.1目前国内生产的各种传感器都具有统一的、标准的输出信号，均可选用配接，且在技术上都符合《煤矿监测系统总体设计规范》的要求。
KJ95N安全监测监控系统选用符合规范要求的更为先进的200～1000Hz标准信号制．对于非频率制的传感器，通过V/F转换器可顺利接入系统。
对于顺槽口可以采用RS485传感器接入分站，分站同样显示处理传感器信息。
5.8KJ95N安全监测监控系统通信及诊断
5.8.1KJ95安全监测监控系统传输速率为1200/2400bps，采用测点信息不变不送的方式，提高了系统的传输效率。
在这种情况下，每个分站的巡检时间为0.1～0.2秒，这时整个系统的巡检时间不超过5秒，这远远小于<<煤矿监控系统总体设计规范>>中规定的不超过30秒的规定。
5.8.2系统提供多种诊断功能，除实时指示各种设备的故障类型、位置并报警外，还提供故障统计功能，包括系统的传输效验、误码率测试、传感器故障统计、分站故障统计等等监测系统的自身诊断，还可以通过Modem或GPRS网络进行远程诊断，并根据情况进行修复或提供更新的软件版本升级。
5.9KJ95N安全监测监控系统功能
5.9.1.主机软件满足MT/T2006煤矿安全监控系统通用技术要求。
5.9.2.系统软件具有分级断电闭锁功能,确保煤矿安全。
5.9.3.系统软件具有可调校设备（瓦斯）智能管理功能,自动管理瓦斯调校周期。
5.9.4.系统软件具有井下不间断电源综合管理功能,实时监测电源工作状态,预防分站,传感器,执行器断电,造成不必要的断电和危险的隐患。
5.9.5实时性
软件应能实时传输、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。
5.9.6中文显示和打印
软件具有汉字显示、汉字打印和汉字提示功能。
5.9.7信息输出与存储
软件应具显示、打印、报警和存储功能。
5.9.8信息输出与存储
软件应有人机对话功能，在不中断系统正常运行条件下，通过操作生成或修改系统参数、图表和图形等。
5.9.9自检
软件应能对接入系统的传感器、分站、等设备的工作状态进行自检。
5.9.10软件容错
软件应具有容错功能，人为操作错误、存储读写错误、打印机没有连接等应不影响系统实时数据采集、报警、显示及控制，并具有错误提示。
5.9.11操作管理
软件具有操作权限管理功能，对参数设置、控制等必须使用密码操作，并具有操作记录。
5.9.12主菜单
在各种显示模式下均有主菜单显示，主菜单应包括参数设置、页面编辑、控制（远程控制）列表显示、曲线显示、状态图、柱状图显示、模拟图显示、打印、查询、帮助、其他功能。
5.9.13报警查询
根据输入的查询时间，将查询期间内报警的全部模拟量和开关量显示或打印。
5.9.14断电查询
根据输入的查询时间，将查询期间内断电的全部模拟量和开关量列表显示或打印。
5.9.15馈电异常查询
根据输入的查询时间，将查询期间内馈电异常的全部开关量和模拟量列表显示或打印。
5.9.16更改存储内容
软件应具有防止修改存储内容的功能（参数设置及页面编辑除外）。
5.9.17快捷方式
在任何显示模式下，均可直接进入所选监控量的列表显示、曲线显示或状态图及柱状图显示、模拟图显示、打印、参数设置、页面编辑、查询等方式。
5.9.18数据处理精度
软件在完成数据运算和处理时，所带来的各种运算和处理误差应小于0.5%。
5.9.19死机率
在连续运行过程中，软件引起的死机率应不小于1次/720小时。
5.9.20键盘响应
在连续运行过程中，软件应能响应操作人员从键盘输入命令，从键盘输入到执行该条命令的最长时隔时间应小于10s。
5.9.21.KJ95N安全监测监控系统可用于煤矿井上和井下的安全和生产的监测，并可与其他系统汇接联网，从而形成全局监测信息管理中心，实现数据的网上共享。
5.9.22.系统不仅可对环境、工况参数进行实时采集、处理、存储、显示、超限报警和打印，而且还可显示、打印各种报表和历史数据。
5.9.23.系统能监测瓦斯、风速、负压、温度、一氧化碳及风门等环境参数，还可监测煤仓煤位、水仓的水位及主要机电设备开停等生产工况参数；监测电压、电流、功率等电力参数；同时可输入掘进进尺、利润、成本等管理信息数据。
5.9.24.系统的操作平台采用Windows2000/XP软件,所有功能操作均具有在线帮助功能，在中文菜单提示下完成。
并可方便地点击图形，即点即得所需信息。
可随时显示监测数据、图形、曲线和报警点及数值。
并且系统具有自诊断功能。
5.9.25.监测系统的数据都可在监测主机、大屏幕及工作站上显示，也可编制统一的报表，打印输出。
5.9.26.在显示器上可显示动、静态模拟图形、数据表格、历史曲线、分层显示采掘平面图、测点配置，并可打开实时数据显示窗口。
5.9.27.由于WINDOWS2000/XP操作系统的人机界面十分友好，因此系统的所有显示和打印全部是中文，操作人员在操作过程中只要用鼠标器进行简单的点击即可,任何人都可方便使用，即使有错误的操作也不会影响系统的正常工作。
为了确保系统配置等信息不被破坏，为专门从事系统配置的矿方主管人员配备口令（或密码）和操作人员管理，只有口令正确才能进入系统配置等的操作。
5.9.28.系统配备有简便的绘图工具。
所有动态、静态图形都可由矿上一般操作人员绘制，绘图时不影响主机的实时监测功能，系统支持多种图形格式（bmp、jpg、gif、avi等等）。
5.9.29.KJ95N系统通过显示器可同时显示任选四个被测参数的实时动态曲线；所有被测参数每2分钟存一次盘（硬盘），开/停信息及累计量按小时累计、存储，并可连续保持一年，如有特殊情况可保存更长的时间，这些数据可随时用表格、曲线、矩形图（二维、三维）、圆饼图等形式显示出来，也可打印保存。
对重要设备用户能够调整模拟量或设备开停信息和存储时间。
5.9.30.监测系统的数据都可在监测主机、大屏幕及工作站上显示，也可编制统一的报表，打印输出。
通过主机和CRT能显示如下信息：
①系统生成及操作；（图1）
②测点生成操作及用户管理；（图2）
③工艺流程模拟图形显示；（图3）
④各测点数据表格显示；（图4）
⑤模拟量参数的实时表格、柱状图、变化曲线显示；（图5）；
⑥开关量的实时值和累计开/停时间显示；
⑦累计量的实时值和累计值显示；
⑧各类报警除表格显示外，还有声讯信号；
⑨系统实时控制显示；（图6）；
⑩监测报表显示；（图7）；
系统生成显示图（图1）
测点生成显示图（图2）
用户管理窗口
工艺流程模拟显示图（图3）
各类测点显示图（图4）
模拟量动态显示图（图5）
开关量时间动态显示图
曲线动态显示图
系统控制实时显示图（图6）
监测报表显示图（图7）
5.9.31.主传输采用光耦隔离的RS485传输方式，其中RS485电缆传输距离不小于10km（无中继器），传输距离长。
由于该系统主干部分全部采用光缆传输，这样使井上、下设备之间有光信号隔离，提高了系统的抗电磁干扰、防雷击能力，使用更加安全可靠。
5.9.32.系统具有防雷措施，有效地防止雷电击毁设备，引起井下瓦斯爆炸。
具有抗干扰措施，防止架线电机车火花、大型机电设备启停及无线通讯设备电磁干扰影响系统工作。
系统传输介质也可采用光纤，从而彻底切断井上和井下有关电的连接，达到防雷、抗雷的目的。
5.9.33.系统控制分两级:
第一级分站就地控制，如分站根据事先设定的断电或报警限值，实现超限就地控制；第二级是由用户设定通过地面主机实现远距离控制，如实现瓦斯断电等异地控制。
系统还可通过手动操作直接对设备进行断电或复电控制。
5.9.34.系统支持多种连接方式，总线式、星型式或混合式还可以分站为中心的局部星型式。
支持多种系统的连入。
工业电视、人员监测等系统通过KJ95安全监测监控系统的汇接，可在网络上共享，而无需再编制各个系统的网上查询软件，由KJ95N系统的网上应用程序统一查询。
5.9.35.KJ95N系统提供多种诊断功能，除实时指示各种设备的故障类型、位置并报警外，还提供故障统计功能，包括系统的传输效验、误码率测试、传感器故障统计、分站故障统计等等监测系统的自身诊断，能及时发现自身配置设备事故，并在屏幕上以中文或图形方式直观显示，同时发出报警，并显出故障位置和原因。
还能在屏幕实时弹出信息窗，供维护人员查询打印，并将其记入运行报告文件。
可查询非正常状态的开始时间及持续时间。
六、KJ95N安全监测监控系统及设备参数
6.1KJ95NA安全监测监控系统主要参数
Ø系统容量：
异步传输方式128台分站级设备
Ø传输速率：
100M,1200/2400bps
Ø传输方式：
总线传输RS485
Ø传输电缆芯线：
光/电缆2芯
Ø地面中心站到分站之间无中继最小传输距离：
20km
Ø分站到传感器之间的最小传输距离：
3km
Ø模拟量传感器信号：
200～1000Hz及现场总线数字信号
Ø开关量传感器信号：
0、5mA，无电位接点及现场总线数字信号
Ø供电：
地面中心站为AC220V
Ø井下设备为AC127V、380V或660V
Ø系统最大巡检周期小于25s
Ø两台主机实现双机热备
Ø甲烷超限断电及甲烷风电比索的控制执行时间小于2s；异地控制执行时间小于2倍的系统最大巡检周期，其他控制执行时间不大于系统得最大巡检周期。
Ø调出整幅画面的85%的响应时间小于2s，其余画面小于5s
Ø数据处理精度：
软件在完成数据运算和处理时，所带来的各种运算和处理误差小于0.5%。
Ø死机率：
在连续运行过程中，软件引起的死机率不大于1次/720小时。
Ø系统误码率小于10-8
Ø
键盘响应：
在连续运行过程中，软件应能响应操作人员从键盘输入命令，从键盘输入到执行该条命令的最长时隔时间应小于10s。
6.2KJF16A-B高智能型分站
输入输出：
a.8路模拟量或开关量信号输入；
b.8路开关量信号输出；
c.8路馈电监测或开关量输入。
输入信号：
ａ．频率型模拟量信号：
200Hz～1000Hz，输出高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V，其正脉冲和负脉冲宽度均不得小于0.3ms。
ｂ．频率型模拟量信号：
1200Hz～2000Hz，输出高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V，其正脉冲和负脉冲宽度均不得小于0.15ms。
ｃ．累计量信号：
输出高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V，其正、负脉冲宽度不应小于0.3s，正、负脉冲的转换时间不大于5ms。
ｄ．无电位开关量接点信号：
截止状态输出时，漏电阻不小于100kΩ；导通状态输出时，电压降不大于0.5V（电流为2mA时）。
截止状态对应逻辑“0”；导通状态对应逻辑“1”。
ｅ．电平型开关量信号：
输出高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V。
高电平对应逻辑“1”；低电平对应逻辑“0”。
输出信号：
电平型控制量信号：
输出高电平时应不小于3V（输出电流为2mA时），输出低电平时不大于0.5V。
逻辑“1”对应高电平；逻辑“0”对应低电平。
测量误差：
满量程时不低于0.5％（不包括传感器的测量误差）。
自动断电：
分站接入的模拟量输入信号可以自动控制分站的开出控制信号（断电逻辑由主机初始化定义）。
人工断电：
分站上的开出控制信号可以由上级计算机控制。
供电电源：
KDW16A/KDW65，DC12～18V，250mA
6.3KDW65隔爆兼本安型多路电源
输入电压:
AC127V/220V/380V/660V
输出电压:
DC15V/18V/18V
输出电流:
1000mA/900mA/900mA
备用电池供电时间:
额定电流条件下，供电大于3小时
液晶显示：
各路电压、电流，电池状态等
通讯
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