KJ90NB安全监测监控系统方案设计.docx

1、KJ90NB安全监测监控系统方案设计正兴煤业公司安全监测监控系统方案设计1概述KJ90型煤矿安全监控系统自成功研制并推向市场以来，经过不断的完善和发展，目前已发展到达到AQ6201-2006新标准要求，基于工业以太环网平台的第六代产品-KJ90NB安全监控系统，已从早期的煤矿安全监测系统发展成为集环境安全、生产监控、信息管理、网络运用、工业电视以及兼容瓦斯抽放、火灾监测、电网监测、顶板动态监测、主扇风机在线监测等多种子系统为一体的新型煤矿综合监控系统，该系统以其技术先进性和实用性深受煤矿用户的欢迎，在煤炭行业得到了很好的推广应用，并在其它非煤炭行业如环保、化工、公路及铁路隧道等民用方面得到应用

2、。到目前为止，已在国内多个省区，系统国内市场占有率在50%以上，用户普遍反应良好，取得了较好的经济效益和社会效益。KJ90NB型煤矿安全监控系统自配套能力强，监控系统的各类设备及监控软件均由重庆煤科院一家研制、生产。产品性价比高，售后服务有保障，能很好的控制监控系统总体质量和性能，控制产品的生产加工周期，对日后产品的升级换代提供可靠保障。2KJ90NB系统与传统监控系统技术对比传统的安全监控系统采用总线传输的方式，系统容量受限，通讯平台只能运行特定的系统，反映速度慢，不具备通讯冗余和自恢复功能；易受干扰，运行不稳定；兼容性差；无法实现故障自我诊断，自成系统，数据孤立且重复布线，使用维护工作量大

3、，不能进行综合分析，预警，应急联动。根据各矿近年生产管理的实际需要，还将在矿井原煤生产过程各环节装备一些新的系统。如果继续采用传统的通讯方式，势必又将采用各自独立安装运行方案，造成矿井监控设备布线越来越复杂、系统维护成本越来越大。针对传统系统的缺点，此次方案设计选用基于工业以太环网现场总线平台的KJ90NB安全监控系统。与传统的系统比较具有相当巨大的优势和在传输速度、质量上的质的飞跃。并能方便实现各系统监测监控数据的综合集成。以直观形象的各种图形方式显示全矿井的生产工艺流程、同时也将方便显示其它诸如矿井瓦斯、矿井人员、矿井抽放、矿井设备运行状况等分类信息。这对提高生产调度管理效率，指导煤矿安全

4、生产具有重要意义。重庆煤科院根据国内煤矿的实际情况，研制开发了以RS485作为通讯协议的普通安全监控系统（KJ90NA）和基于工业以太环网传输平台的宽带安全监控系统（KJ90NB）主要参数性能对比：序号技术参数以光端机或接口进行通讯的传统系统 以工业以太环网传输平台的系统1系统分站642552通讯速率2400bps2M100M3系统反应时间30s 5s4通讯模式主从巡检多主并发5手控时间30s 1s6异地控制60s5s7通讯方式RS485/FSK/DPSK工业以太环网+现场总线8协议标准自定义TCP/IP9通讯恢复持续中断自愈0.02s10集成扩展能力弱、不方便强、方便与目前其他的工业以太环网

5、在信号传输、组网方式、环网结构上也有本质的区别。在平台的稳定性、配套性，各个子系统的接入和集成上具有很大的优势。在子系统接入上协议标准采用现在用途最位广泛TCP/IP的通讯协议，子系统接入工业以太环网平台后，不再需要数据接口和其他平台上所需要的数据转换器（调制解调）。在信号传输方式上真正最大限度上发挥了工业以太环网平台的优势，就近接入环网交换机，不再受数据接口和其他平台上所需要的数据转换器（调制解调）的限制。3KJ90NB安全监控系统设计原则及依据本方案是煤炭科学研究总院重庆研究院根据正兴煤业公司的需求设计的KJ90NB安全监控系统，在设计过程中始终遵循系统应具备高可靠性、先进性、实用性、可扩

6、展性及开放性原则，以满足高产、高效的现代化矿井对监测、监控等管理信息有效获得的需要。设计依据为煤矿安全规程矿井通风安全质量标准化标准矿井通风安全监测装备使用管理规定煤矿监控系统总体设计规范煤矿监控系统中心站软件开发规范爆炸性环境用防爆电气设备通用要求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煤矿安全质量标准化标准煤矿安全监控系统通用技术要求(AQ6201-2006)煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范(AQ1029-2007)国务院安全生产委员会办公室200621号文件相关规定正兴煤业公司13#煤层采掘工程平面图4工业以太环网平台设计4.1工业以太环网平台结构设计为满足正兴煤业发展

7、需要，此方案设计为100M工业以太环网平台，采用单模阻燃传输光缆，井下本安网络交换机选用重庆煤科院KJJ103型本安网络交换机。此平台专门为安全监控系统的传输要求所搭建的平台，满足煤矿安全监控系统专网专用的要求。整个平台分为信息层、控制层和设备层三层结构。其中信息层为矿地面已有的局域网，控制层采用高速工业以太环网，设备层采用现场总线，保证了现场子系统的实时性和可靠性。结合正兴煤业的实际情况（矿井采掘平面工程图），此方案为正兴煤业设计工业环网系统为工业以太环网现场总线的方式；采用8芯阻燃光缆作为传输介质，由地面机房经主斜井到水仓交换机经13#煤轨道运输大巷到采区变电所交换机南翼胶带大巷回主平硐到

8、地面机房形成环网，在矿调度指挥控制中心机房设置2台核心交换机。井下本安环网交换机分别布置在水仓、采区变电所两个位置，形成井下工业以太环网平台。正兴煤业工业以太环网拓扑结构示意图如图所示：4.2系统特点及功能1)整个综合控制网采用工业级的设备，实现井下高温、高湿等恶劣环境的稳定运行；2)系统支持光纤冗余环网工作模式，接节故障不影响整个系统性能，故障自恢复时间短（300ms），通信更加可靠；3)矿井工业以太环网光纤冗余环网传输平台运行稳定、可靠性好、线路机械强度高矿井工业以太环网光纤冗余环网传输平台通讯协议采用标准的TCP/IP网络协议；4)平台传输速率高、带宽容量大、传输距离远、抗干扰和雷击能力

9、加强。为整个网管系统可对所有的网络设备进行实时监控，出现故障实时报警。5)采用先进的多主并发通讯模式，系统检测速度快，实时性强。6)整个宽带传输网彻底突破了低速总线下的技术瓶颈，系统节点容量大大增加，稳定性提高；7)平台同时支持光纤多模、单模、超五类双绞线传输介质，结构灵活；可方便与局域网企业综合管理信息系统连接，实现信息共享；8)井下交换机经过防爆认证，具有煤安标志，同时增加UPS电源保护，在市电停电后，可运行两个小时以上。4.3主要技术指标1)通讯速率：100M 2)系统反应时间： 1s3)通讯模式：多主并发4)通讯方式：工业以太网+现场总线5)协议标准：TCP/IP6)通讯恢复：自愈30

10、0ms7)集成扩展能力：强、方5KJ90NB安全监控系统组成 本系统主要由监控中心监控设备、监控分站、各类传感器及其他辅助设备组成。传输平台采用工业以太环网平台+现场总线。监控中心监控设备包括监控主机、地面环网交换机、打印机、不间断电源、电源避雷器等设备。中心站设备均采用当时主流技术的通用产品，并满足可靠性、可维护性、开放性和可扩展性等要求。系统采用先进的分布式处理模式，能充分发挥各部分设备的性能优势，结构简洁，可操作性强，便于系统的日常维护及管理。系统主干连接为树型结构，安装扩展简单。因此本方案设计为分层结构，具体组成如下：1)地面监控中心站及网络终端等，是整个监控系统的核心，负责整个系统设

11、备及监测数据的管理、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、网络通讯等任务。网络终端完成系统监测信息异地实时共享，能够以文本或图形方式显示安全生产信息，查询各类报表数据。地面监控中心站及网络终端等设备之间的连接采用局域网方式；2)传输平台：工业以太环网传输平台。3)系列化智能监控分站。主要完成对所监测的传感器数据采集、数据预处理、分类显示、报警、断电控制、与地面监控中心站的数据通讯、所接传感器的集中供电等；4)各类模拟量传感器、开关量传感器及断电控制器等设备，是整个监测系统最前沿的终端设备，负责对各监测点的物理数据采集、就地显示、超限报警、

12、信号传输、对监控分站控制指令的执行等。图：系统结构示意图6主要传感器布置原则6.1工作面传感器布置注：如果采用两条回风巷道的采煤工作面按照T1、T2设置，增加两台瓦斯传感器T5、T6。6.2掘进巷道传感器布置注：采用双巷道掘进在两个掘进同时按T1、T2设置，并在两个掘进巷道回风混合巷增加一台瓦斯传感器。6.3采区、一翼、总回风巷传感器设置注：1、在采区回风、一翼回风、总回风巷内临时施工的电气设备上方设置瓦斯传感器。2、兼做回风井的装有带式输送机的井筒内必须设置瓦斯传感器。6.4机电硐室传感器设置6.5其他传感器设置6.5.1煤仓传感器布置井下煤仓、地面选煤厂上方应设置瓦斯传感器；采用架线机车的

13、主要运输巷道装煤点设置瓦斯传感器；封闭的地面选煤厂机房内上方设置瓦斯传感器。6.5.2带式输送机传感器设置兼做回风井的装有带式输送机的井筒内必须设置瓦斯传感器；带式输送机滚筒下风侧1015米设置烟雾传感器。注：其他传感器的布置原则请参见煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范(AQ1029-2007)。7正兴煤业安全监控系统设计及传感器布置7.1地面设备监控机房：监控主机2台、地面环网交换机2台、激光打印机1台、监控软件1套、UPS电源1台、声光报警器1套、。7.2井下分站及传感器1.风机房:设备布置：中分站1台、低浓度瓦斯传感器2台、CO传感器1台、风速传感器1台、温度传感器1台、风门传感器1

14、组、开停传感器2台、负压传感器1台。监测内容：监测风机房、总回风的瓦斯浓度、一氧化碳、风速等参数，同时监测附近风门的开关状态。2.掘进工作面（共3个掘进工作面）:设备布置：大分站3台、低浓度瓦斯传感器6台、远程馈电断电器3台、开停传感器6台、风筒开关传感器6台、一氧化碳传感器3台、温度传感器3台。监测内容：监测掘进工作面及回风的瓦斯、一氧化碳、温度参数，当超限时实现自动控制断电，并反馈设备是否断电；同时，监测掘进工作面局扇的开停状态以及风筒开关。3.采区工作面(共2个回采工作面)：设备布置：大分站2台、低浓度瓦斯传感器8台、温度传感器2台、一氧化碳传感器2台、远程馈电断电器4台、开停传感器8台

15、；监测内容：监测采区工作面、上隅角及回风的瓦斯浓度，当超限时实现自动控制断电，并反馈设备是否断电；同时监测工作面上隅角及回风一氧化碳浓度。4.水仓房：设备布置：大分站1台、瓦斯传感器1台、温度传感器1台、开停传感器4台、水温传感器1台、馈电断电器1台。监测内容：监测水仓房瓦斯、温度、水位及水泵的开停状态。5.胶带运输巷设备布置：大分站1台、烟雾传感器3台、开停传感器6台，一氧化碳传感器3台监测内容：监测井下胶带运输机开停状态；监测输送机滚筒下风侧一氧化碳浓度；监测输送机滚筒下风侧10-15m处是否有烟雾。6.采区变电所设备布置：中分站1台、瓦斯传感器1台、风门传感器2组、温度传感器1台、馈电断

16、电器3台。监测内容：监测采区变电所瓦斯、温度等参数。7.其他以上配置完全根据矿方提供采掘平面工程图及AQ1029标准设计配置，如与矿方实际需求不符，请已实际需求进行调整。8KJ90NB安全监控系统主要技术特点8.1在系统软件方面KJ90NB安全监控系统的软件，包括其系统主控软件、网络终端软件、报表查询处理软件、作图软件、图形工作站软件等，都在随着计算机技术和软件开发技术的发展而不断升级换代，现在的运行环境为Windows2003/2008，是目前国内煤矿安全监控系统最先进的软件之一。1)操作方便、网络功能强大、可靠性好、支持C/S和B/S模式；支持异地远程访问，图形软件可支持矢量图方式；报表软

17、件采用专业的华表处理软件，可支持错误信息剔除、数据统计、按用户需求任意编排等功能；全局联网可支持WEBGIS方式，实现矿、局、市、省等各级联网。2)在软件开发过程中采用了先进的可视化面向对象程序设计技术、多线程、动态链接库及对象嵌入技术，使得系统的模块化程度进一步提高，系统具有更加灵活的集成方式，可适应不同用户对系统规模的要求，有很高的扩展性和开放性。3)由于系统运行于WIN2003/2008多任务环境，并在数据通讯方面采用了动态链接库及多线程技术，实现了真正的实时响应及前后台监测数据的无缝链接。4)地面中心站为开放式系统，软硬件均可以扩充，系统地面设备以全网络方式运行，运行协议为TCP/IP

18、、NETBUL、SPX/IPX，可与企业计算机局域网实现网络互联，方便地与生产监控、工业电视和生产调度系统联网，在网上可运行任意台网络终端，同时支持终端通过服务代理的远程连接，实现监控信息的远程实时共享。5)系统软件能与企业构筑的INTERNET/INTRANET网络环境能很好融合，真正实现安全监控信息网络化共享（按用户权限）。6)主控机软件有一个控制软件包，为用户提供以选择方式编制各种自动控制方案的功能，从而为实现远程异地自动控制和数字逻辑运算提供可靠手段。异地控制与监控分站和智能传感器输出控制组成三重控制，从而保证气体超限断电，万无一失。7)监控数据采用先进的变值变态分时存储技术，存储时间

19、长，监控系统的历史数据连续存储时间可达10年以上。8.2在系统硬件方面1)煤炭科学研究总院重庆研究院是专业从事煤矿安全技术的专业研究院，有很强的技术实力，具有独特的技术优势，运用于系统的井下设备在质量及性能方面在国内属一流，而且我们一直在跟踪当今先进技术，不断地完善和发展；2)自主开发了各种型号规格的智能监控分站和电源箱，形成了三代产品6种系列，可满足不同用户需求，且在产品体积、重量、性能等方面较国内同类产品具有较大优势。3)在各类传感器及断电器方面KJ90NB安全监控系统是国内自配套性较强的系统之一，其各类主要传感器及断电器由自己生产制造，传感器种类齐全，断电器有多种系列可以选用，完全能满足

20、用户的不同需要，具有很高的性价比。4)系统分站大容量本安电源技术：设计减流型与截流型相结合的快速反应功率安全栅保护电路,实现大容量本安电源输出，并具有保护自恢复功能,提高本安输出带载能力。针对AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术条件要求，研制开发的矿用隔爆兼本安直流稳压电源，传输距离达到2.5Km以上，为矿井远距离传输节约大量电缆。5)系统分站宽压开关电源技术：采用高效率的单片开关电源芯片，设计宽输入高效率开关电源电路，适应矿井电网电压波动，提高电源输出带载能力。6)系统分站备用电源智能充放电管理技术：针对矿井安全监控系统的要求，设计备用电源无缝隙交直流切换、合理的充放电保护电路及充

21、放电管理程序设计，提高备用电源的可靠性和使用寿命。7)在各类传感器及断电器方面KJ90NB型煤矿安全监控系统是国内自配套性最强的系统，其各类传感器、断电器全部由自己生产制造，传感器种类齐全，断电器有多种系列可以选用，完全能满足用户的不同需要，不但如此，我们生产的各类传感器、断电器等还给国内许多系统配套，在市场上占有很大的份额，许多传感器如瓦斯、风速、烟雾、CO等属国家“六五”、“七五”、“八五”、“九五”攻关成果，具有很高的性价比。8)目前煤炭科学研究总院重庆研究院具有三代分站设备，每一代具有其独特的功能，可以满足不同用户的需求，并且我们的产品已经大量在市场应用并得到用户好评。9)全系列监控分

22、站均具有2小时实时监控数据存储功能；均配置了标准RS485智能通讯接口，支持各种智能通讯仪器、设备直接接入系统。10)系统配备的断电器均具有断电反馈功能，系统软件具有断电回控比较指令，可完全确保断电的可靠性。11)监控分站及传感器实现了智能化，调校均采用红外遥控方式，操作简单方便。A.系统配备的各型监控分站均采用高性能32位嵌入式芯片，极大地提高了系统的运行速度和稳定性，同时全部具有监测信息“黑匣子”功能。B.各型智能监控分站选用新型非易失性存贮器，所有数据掉电不丢失；独具的断电次数、断电时间、设备开停次数，开停时间累计功能，避免了因系统通讯线路出现故障时，误计累计时间，累计次数的缺陷。C.各

23、型智能监控分站自带高精度时钟，具有各路传感器供电电压的检测功能。D.分站具备掉电闭锁功能；当分站掉电（指交直流供电均无）时，立即切断与闭锁控制相关的设备电源并闭锁；当分站复电并工作正常、稳定运行后，自动解锁。9KJ90NB安全监控系统的主要功能9.1地面中心站部分1)数据采集功能 具有甲烷、风速、风压、CO浓度、温度等模拟量采集、显示及报警功能。 具有馈电状态、风机开停工况、风筒状态、风门开关、烟雾等开关量采集、显示及报警功能。 具有瓦斯抽放量监测、显示功能。 具有风机运行参数采集及数据、工况曲线显示及异常报警功能。2)报警及控制功能 具有甲烷浓度超限及系统异常状态声光报警和自动断电/复电控制

24、功能。 系统具有地面中心站手动遥控断电/复电功能，并具有操作权限管理和操作记录功能。 系统具有异地断电/复电功能。 系统具有移动瓦斯泵闭锁功能：当瓦斯泵排气口下风侧甲烷浓度达到规定时，切断瓦斯泵电源并闭锁；当瓦斯泵排气口下风侧甲烷浓度低于复电浓度时，自动解锁。3)存储和查询功能 系统具有以地点、名称为索引的存储和查询功能：4)显示功能 系统具有列表显示功能： 系统能在同一时间坐标上，同时显示模拟量曲线和开关状态图等 系统具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能；能在同一坐标上用不同颜色显示最大值、最小值、平均值等曲线 系统具有开关量状态图及柱状图显示功能 系统具有模拟动画显示功能。显示内容包括：通

25、风系统模拟图、相应设备开停状态、相应模拟量数值等。具有漫游、总图加局部放大、分页显示等方式 系统具有系统设备布置图显示功能。显示内容包括：传感器、分站、电源箱、断电控制器、传输接口、和电缆等设备的设备名称、相对位置、运行状态等。5)打印功能 系统具有报表、曲线、柱状图、状态图、模拟图、初始化参数等召唤打印功能。报表内容包括：模拟量日（班）报表、模拟量报警日（班）报表、模拟量断电日（班）报表、模拟量馈电异常日（班）报表、开关量报警及断电日（班）报表、开关量馈电异常日（班）报表、开关量状态变动日（班）报表、监控设备故障日（班）报表、模拟量统计值历史记录查询报表等。6)人机对话功能 系统具有便捷、人

26、性化人机对话功能，便于系统生成、用户管理、参数设置修改、功能调用、控制命令输入等。7)自诊断功能 系统具有自诊断功能。当系统中传感器、分站、传输通道、电源、断电控制器、传输电缆等设备发生故障时、报警并记录故障时刻和故障设备，以供查询和打印。8)双机切换功能 系统具有双机切换功能。系统主机为双机备份，当工作主机发生故障时，备份主机投入工作。9)备用电源功能 系统具有备用电源。当电网停电后，可保证系统持续供电时间不少于2小时。10)数据备份功能 系统应具有监测数据人工和自动定时备份功能。11)软件其他功能系统监控主机、网络终端、图形工作站全面预装Windows2000/XP/Web操作系统和最新版

27、的监控软件、图形监控软件、报表处理软件、人员管理软件及终端软件。操作采用全汉字菜单及窗口提示，配有（智能）全拼、双拼、五笔及区位码等多种汉字输入方法，人机界面友好，全面遵循Windows窗口风格，鼠标操作，通用性好，可操作性强。监测图页静态和动态编辑作图对用户开放，支持多种图形格式，鼠标和键盘均可操作。在系统进行实时数据采集的同时，系统可进行记录、显示、分析运算、超限报警控制、查询、编辑、动态定义、网络通信、绘制图形和曲线并打印实时报表、超限报表和班、日、月报表等。屏幕显示为页面式，图形文本兼容，每页显示的信息由用户自行定义编制，直至屏幕显示满为止，显示页可随意调出。在监测显示画面中，可对数值

28、、转动、位移、往返、仓位、流量、电量、人员位置信息等根据监测量实现功能强大的模拟动画显示。系统中心站及网络终端以局域网（NT）方式联网运行, 使网上所有终端在使用权限范围内都能共享监测信息和系统综合分析信息、查询各类数据报表，网络通信协议支持TCP/IP、NETBUI等。可以在地面中心站连续集中监测处理多种环境和工况参数，模拟量和开关量可实现任意互换。监控软件提供有控制软件包，控制逻辑可由用户设置编排。具有井下任一分站的测点超限而由另一台分站控制断电的异地交叉断电功能。同时还具有传感器就地、分站程控、中心站手控三级断电能力，并且系列分站均具有风、电、瓦斯闭锁功能。在紧急情况下，系统操作人员可在

29、地面中心站向井下分站直接发送控制命令，从而控制井下电器设备的断电或声光报警。系统对采集到的数据进行实时分析处理，以数值、曲线、柱图等多种形式进行屏幕查询显示和打印,并形成相应的历史统计数据(每个模拟量测点的最大值、最小值、平均值;每个模拟量测点24小时内的最大值、最小值、平均值及确切时间;每个模拟量测点超限或故障的时间及次数累计值;每个开关量测点24小时内的开停及故障累计次数和累计时间), 系统采用变值变态分时存储技术，可存储十年以上的历史数据，供有关人员随时查阅和打印。系统具有很强的自检诊断功能, 能及时发现系统自身配置设备事故，并在屏幕上以文本或图形方式直观显示，同时发出语音自动报警，并指

30、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。系统对各分站监测点的瓦斯浓度或其它模拟量参数每天形成班、日报表，并形成瓦斯浓度及其它模拟量参数的分析趋势图,可随时查询打印；开关量每天形成班、日报表。联机定义或修改系统中的各种传感器、分站及控制器的类型、安装位置及控制通道。对模拟量传感器的上下限报警、断电值可多级别定义。系统配置灵活,允许用户随时接入或删除分站、传感器、断电器。系统具有良好的开发性和扩展性，集成方式灵活,用户可根据实际需要进行扩展。可扩展接入诸如瓦斯抽放、工业电视、电网监测、人员信息等多个子系统,形成一

31、套集安全监控、生产调度管理、局矿办公自动化网络于一体的计算机监控网络综合系统。有广域网接口，易于形成互联网络。系统表格采用EXCEL格式，可由用户任意编排,或由矿方提供具体报表格式，以满足各监测管理数据报表的形成输出。系统组态方式灵活,监控主机对分站采用主从队列两种扫描方式,操作员按照需要对各分站安排不同的采样周期,实现对重点分站加以监控。系统监测处理参数的类型丰富，模拟量有瓦斯、风速、负压、温湿度、CO、氧气、烟雾、水位、电流、电压、功率、煤位等；开关量有设备开停、风门开关、馈电状态、电网刀闸等。监控软件具有很强的作图能力,并提供有相应的图形库,操作员可在不间断监测的同时,容易地实现联机并完成图形编辑、绘制和修改。系统软件设有多级口令保护,只有授权人员才能登录操作,有效防止了系统数据的损坏和病毒感染。软件运行可靠性高。误操作时有声音、对话框提示。在实时监视画面，可对屏幕任意显示测点单击鼠标右键，弹出快捷菜单，快速的查询该点的数据、曲线、定义、运行状