煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控教學系統(tǒng)設計方案.doc

煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控教學系統(tǒng)設計方案目 錄一、概述2二、設計原則2三、系統(tǒng)設計方案31、方案綜述32、KJ83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)43、煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控信號教學模擬軟件6四、監(jiān)控設備技術說明61、KJ83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)62、KJF39監(jiān)控分站103、KGY-002A智能遙控甲烷傳感器104、 GTH100/500煤礦用一氧化碳傳感器115、GFC-15煤礦用風速傳感器116、GPD1/5煤礦用負壓傳感器127、GKT-L煤礦用設備開停狀態(tài)傳感器128、GFK-L煤礦用風門開閉狀態(tài)傳感器139、ZQJD-1礦用斷電饋電轉換器1410、礦用80動力開關14煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控教學系統(tǒng)設計方案一、概述依據(jù)湖南*科技學院教學實際要求，由長沙市旺康電子科技有限公司提供的煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控教學系統(tǒng)，既要具備國內煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的最新技術水準，又要滿足教學實際需要，但由于在實驗室環(huán)境下無法完全真實再現(xiàn)井下實際情況，經(jīng)雙方商討，在煤炭科學研究總院KJ-83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上，由北京東潤恒聯(lián)智能科技有限公司研發(fā)提供煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控信號教學模擬軟件，完成對煤礦井下生產(chǎn)安全監(jiān)控數(shù)據(jù)的模擬，再由KJ-83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)采集模擬數(shù)據(jù)，從而使煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控教學系統(tǒng)能夠動態(tài)模擬井下監(jiān)控數(shù)據(jù)。我們湖南*科技學院的要求和有關規(guī)定的要求，先擬定如下系統(tǒng)方案。二、設計原則1、規(guī)范性和實用性 系統(tǒng)的設計應基于對煤礦現(xiàn)場的實際勘察，根據(jù)不同的環(huán)境條件，充分考慮到各種監(jiān)測參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)的設計應符合有關風險等級和防護級別的要求，符合有關設計規(guī)范以及教學方的管理和使用要求。2、先進性和互換性系統(tǒng)的設計在技術上應具有適度超前性和設備的互換性，為系統(tǒng)的增容和/或改造留有余地。3、準確性系統(tǒng)應能準確監(jiān)控或模擬在現(xiàn)場環(huán)境條件和所選用設備條件下，對各項參數(shù)進行準確、實時的監(jiān)控，應能根據(jù)設計要求，清晰顯示和/或記錄實時及歷史數(shù)據(jù)、各種曲線、報警、斷電以及操作記錄。4、聯(lián)動兼容性KJ83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)應既能與煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控分站信號系統(tǒng)聯(lián)動，又能與模擬軟件聯(lián)動。當與其它系統(tǒng)聯(lián)合設計時，應進行系統(tǒng)集成設計，各系統(tǒng)之間應相互兼容又能獨立工作。5、安全性工程選用的傳感器及其他設備應符合煤炭安全規(guī)程（2001版本）中關于煤炭安全監(jiān)控系統(tǒng)設備配置的要求。三、系統(tǒng)設計方案1、方案綜述煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控教學系統(tǒng)應滿足兩個基本要求：既可以獨立操作KJ-83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，又可以在不能滿足實際井下參數(shù)條件下由軟件系統(tǒng)進行模擬以達到教學演示目的。因此煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控教學系統(tǒng)軟件分為兩套：煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控軟件、煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控信號教學模擬軟件。兩套軟件共存于一個硬件系統(tǒng)，即KJ83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)主機。一方面可以對分站及其他設備進行真實監(jiān)控。另一方面,如分站及下游設備信號無法直接采集，可使用模擬軟件模擬各種參數(shù)變化,以達到教學演示目的。本系統(tǒng)動態(tài)模擬煤礦井下各種復雜的環(huán)境參數(shù)變化，對煤礦安全生產(chǎn)的影響，以及應該如何處理生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題和各種突發(fā)事件。通過系統(tǒng)演示，將使學生在模擬環(huán)境下了解實際生產(chǎn)環(huán)境下的各種情況，對整個煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)有一個完整、形象的認識。并且可以通過親自動手操作，模擬各種參數(shù)變化，學會如何應對實際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題以及各種極端情況。學生在充分了解和掌握本監(jiān)控系統(tǒng)的情況下，將為以后在現(xiàn)場工作打下堅實的基礎。2、KJ83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)KJ83監(jiān)控系統(tǒng)由地面中心站、KJ83監(jiān)控軟件、KJT-2傳輸接口裝置、KJF39井下智能分站、各礦用傳感器組成。地面中心站配備監(jiān)控主機和打印機。主機通過傳輸接口與各分站通訊，監(jiān)測主機屏幕可以顯示動、靜態(tài)圖形、數(shù)據(jù)、曲線、通風（流向）圖、測點配置圖等，打印機可打印監(jiān)測參數(shù)報表。在井下掘進頭和采煤工作面分別設置瓦斯、一氧化碳等傳感器，并在測點相對集中的區(qū)域設立小分站和電源。系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)具有甲烷超限報警功能，甲烷傳感器用于檢測煤礦井下空氣中的甲烷含量，當被監(jiān)視區(qū)域風流中甲烷濃度達到預置的報警點時，由系統(tǒng)發(fā)出聲、光報警信號。當甲烷濃度恢復到預置的報警值以下時，能自動解除報警。由分站、動力開關、斷電饋電轉換器以及設備開停狀態(tài)傳感器等組成了風電甲烷閉鎖裝置，實現(xiàn)甲烷超限斷電及閉鎖功能。當被監(jiān)視區(qū)域風流中甲烷濃度達到預置的斷電點濃度時，輸出切斷被控區(qū)域匯動力電源開關的控制信號并閉鎖：當被監(jiān)視區(qū)域風流中甲烷濃度降到預置的復電點濃度時，能自動解鎖。斷電點設置連續(xù)可調。具體的說：1）當掘進工作面甲烷濃度達到1.5%CH4時，裝置輸出切斷被控區(qū)域動力電源信號并閉鎖；當甲烷濃度低于1.0%CH4時，裝置能自動解瑣。2）當掘進工作面回風流的甲烷濃度達到1.0%CH4時，裝置輸出切斷被控區(qū)域動力電源信號并閉鎖；當甲烷濃度低于1.0%CH4時，裝置能自動解鎖。3）當串聯(lián)通風掘進工作面入風流的甲烷濃度達到0.5%CH4時，裝置輸出切斷被控區(qū)域電源動力信號并閉鎖；當甲烷濃度低于0.5%CH4時，裝置能自動解鎖。4）當局部通風機停止運轉或風筒中風速低于規(guī)定數(shù)值時，裝置輸出切斷被控區(qū)域動力電源信號并閉鎖；當局部通風機恢復正常工作時，裝置能自動解鎖。5）當裝置所配接的設備出現(xiàn)故障或斷電時，裝置輸出切斷被控區(qū)域動力電源信號并閉鎖；當配接設備恢復正常時，裝置能自動解鎖。6）當裝置所配接的設備接通電1min內，繼續(xù)閉鎖被控區(qū)域動力電源；當配接設備正常工作時，系統(tǒng)裝置方能自動解鎖。圖二為礦用60/80開關控制回路電原理圖，當其作為動力開關為掘進巷或采區(qū)提供動力電源時，可將其9腳接地，并將2，9腳接在監(jiān)控分站的相應輸出控制接點上，把斷電饋電轉換器接在8，13腳上，在滿足預先設定條件時，輸出接點閉合。當被控的區(qū)域甲烷濃度超過預先設定值、被監(jiān)控區(qū)域局扇停風或者探頭線被落煤砸斷，不能監(jiān)測被控點數(shù)值或狀態(tài)時，輸出接點斷開60/80開關2，9腳，使ZJ失去36V交流電壓從而斷開動力開關，實現(xiàn)了風電甲烷閉鎖功能。3、煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控信號教學模擬軟件由監(jiān)控信號教學模擬軟件模擬輸出煤礦井下生產(chǎn)安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，通過KJ83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控軟件采集，從而達到教學模擬的目的。信號模擬軟件主要功能l 對礦井環(huán)境參數(shù)如甲烷濃度、一氧化碳濃度、風壓、風速等模擬量參數(shù)隨機動態(tài)模擬。 l 可分別設置設備開停狀態(tài)傳感器、風門開閉狀態(tài)傳感器、斷電饋電轉換器等礦井數(shù)字量環(huán)境參數(shù)；l 對風電甲烷閉鎖功能進行模擬。l 系統(tǒng)操作平臺采用Windows 98/2000/XP軟件, 所有功能操作均具有在線幫助，可在中文菜單提示下完成。四、監(jiān)控設備技術說明1、KJ83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)描述l 系統(tǒng)容量可接64個分站級設備，其中分站為：4路模擬量輸入、4路開關量輸入、4路開關量輸出；l 信息傳輸傳輸方式：異步串行，F(xiàn)SK（移頻監(jiān)控）調制解調方式傳輸速率：1200/2400bps，傳輸芯線為2芯傳輸距離：地面主機到分站信號傳輸距離15km；分站到傳感器之間信號傳輸距離1.5km巡檢周期：25s誤碼率：模擬量傳感器信號：200-1000Hz數(shù)字量傳感器信號：無電位觸點信號或0、5mA電流信號l 數(shù)據(jù)存儲整個系統(tǒng)采用“變值變態(tài)、疏密接合、數(shù)據(jù)庫動態(tài)生成”的存儲方法，使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲更為合理。數(shù)據(jù)的存儲期限：根據(jù)計算機硬盤的容量一般為20年左右。l 使用環(huán)境溫度：040相對濕度：98（25）大氣壓力：（85-110）kPa允許周圍有瓦斯、煤塵爆炸危險環(huán)境中使用周圍介質無腐蝕性氣體系統(tǒng)特點1）系統(tǒng)特有的軟硬件容錯、糾錯技術提高了系統(tǒng)的可靠性；2）系統(tǒng)具有異地斷電、遠程手動控制功能；3）系統(tǒng)軟件采用“變值變態(tài)、疏密結合、數(shù)據(jù)庫動態(tài)生成”的數(shù)據(jù)存儲技術，使數(shù)據(jù)存儲的容量只和計算機的硬盤容量有關系；4）系統(tǒng)軟件具有短信息收發(fā)功能，可以將異常數(shù)據(jù)以短信的方式發(fā)送到管理人員的手機上，同時可接收管理人員的回發(fā)短信；5）中心站軟件具有二次數(shù)據(jù)定義的功能。通過二次數(shù)據(jù)定義來實施各種復雜的邏輯關系，如不同分站的斷電控制、幾個風門的聯(lián)動報警等；6）系統(tǒng)軟件具有多種數(shù)據(jù)窗口顯示，各種類型的動態(tài)圖的循環(huán)顯示以及各種故障記錄、報警顯示； 7）系統(tǒng)的監(jiān)控設備、配套傳感器、執(zhí)行器種類齊全；8）系統(tǒng)配套的分站都能實現(xiàn)風電瓦斯閉鎖、斷電儀的功能；分站脫離系統(tǒng)可獨立運行并且能實現(xiàn)風電瓦斯閉鎖、斷電儀功能； 9）配接的傳感器種類、量程、斷電點、復電點等參數(shù)在地面中心站生成，并下裝到分站程序中，分站免編程；系統(tǒng)配套的傳感器配有遙控器，調校方便、使用壽命長。 系統(tǒng)詳解1）系統(tǒng)應用軟件運行在Microsoft Windows98/2000/XP中文操作平臺上，采用VisualC+6.0、Microsoft SQL Server2000數(shù)據(jù)庫編制，利用多進程、多線程技術實時并發(fā)處理多任務，軟件功能豐富。2）系統(tǒng)具有通訊傳輸測試、傳輸故障記錄、顯示、傳輸錯誤統(tǒng)計功能；3）系統(tǒng)自檢功能，包括分站、傳感器故障診斷，報警提示；4）在線生成分站定義、傳感器定義、監(jiān)測點定義，修改監(jiān)測點的報警、斷電等監(jiān)測參數(shù)功能；5）以各種表格、曲線形式顯示各測點實時數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測參數(shù)、測點位置、數(shù)值、狀態(tài)、報警值、斷電值等；6）實時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的查詢、報表統(tǒng)計功能。數(shù)據(jù)調用、查詢功能齊全，可查詢實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、各種曲線、報警、斷電以及操作記錄，便于管理人員分析處理；7）相同類型傳感器和不同類型傳感器的實時數(shù)據(jù)同屏曲線動態(tài)對比功能；8）動態(tài)圖形顯示功能。系統(tǒng)具備各種動態(tài)圖元素的生成繪制，建立了多種動態(tài)圖形庫，可以方便的繪制采掘平面圖、通風系統(tǒng)圖、監(jiān)控設備布置圖等圖形，使用戶了解井下實時數(shù)據(jù)和設備運行狀態(tài)更形象、生動；同時具有多種動態(tài)圖的循環(huán)顯示功能；9）數(shù)據(jù)存儲采用變值變態(tài)、疏密結合、數(shù)據(jù)庫動態(tài)生成的方式，使數(shù)據(jù)的存儲容量只和計算機的硬盤容量有關系，如果硬盤容量足夠大，監(jiān)測數(shù)據(jù)可無限期保存；10）多種報警方式。以圖標變化、數(shù)值顏色變化、聲音等多種方式報警；11）中心站軟件具有二次數(shù)據(jù)定義的功能。通過二次數(shù)據(jù)定義來實施各種復雜的邏輯關系，如不同分站的斷電控制、幾個風門的聯(lián)動報警、將風速計算為風量、將提升的箕斗數(shù)計算為產(chǎn)量等；12）報警數(shù)據(jù)的無線發(fā)送功能。系統(tǒng)能將報警數(shù)據(jù)發(fā)送到主管領導的手機中，以便及時處理各種危險事故；13）系統(tǒng)具有多種用戶權限管理功能。不同的用戶具有不同的操作權限；14）監(jiān)測終端采用B/S結構。監(jiān)測終端采用JAVA語言，終端監(jiān)測用戶只輸入IP地址或網(wǎng)址可完成數(shù)據(jù)、圖形監(jiān)測。15）組網(wǎng)功能。系統(tǒng)向外提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，便于聯(lián)網(wǎng)和其它數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)控主站硬件配置：l 機箱/電源/底板：610A/270A/6113LP4l 主板：845GVl 硬盤：80Gl CPU：P4 2.8Gl 內存：512M DDRl 光驅：SONY 52Xl 顯示器：三星17寸純平l 鍵盤/鼠標：LG光電套裝l 音頻外設：多媒體音箱2、KJF39監(jiān)控分站 KJF39監(jiān)控分站KJF39監(jiān)控分站內含本質安全電源，省去了向傳感器供電的電源箱，結構緊湊，便于在井下安裝使用。按新版煤礦安全規(guī)程要求設計，各項功能齊全。具備采集、顯示井下各種安全參數(shù)數(shù)值、設備運行狀態(tài)以及接受主機命令傳送數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息等功能。容量：模擬量輸入 4個；開關量輸入4個；控制量輸出4個。信號制式：模擬量 2001000Hz、0 200Hz、0400Hz、2006001000Hz；開關量：05mA控制輸出：斷電繼電器接點容量 AC220V 5A；DC12V。功能簡介：（1） 具備甲烷斷電儀和甲烷風電閉鎖裝置的全部功能。傳輸線斷線或中心站軟件故障時，分站仍可獨立工作，確保井下安全生產(chǎn)；（2） 具有監(jiān)控設備故障閉鎖功能，防止不接入監(jiān)控設備違章生產(chǎn)；（3） 配接的傳感器種類、量程、斷電點、復電點等參數(shù)在地面中心站主機定義生成以程序下裝到分站，分站免編程；（4） 根據(jù)測點定義，分站能夠執(zhí)行異通道斷電功能，使井下斷電控制更靈活；（5） 分站裝有備用電池，交流電源掉電后自動投入工作，供電時間2h。3、KGY-002A智能遙控甲烷傳感器KGY-002A智能遙控甲烷傳感器KGY-002A智能遙控甲烷傳感器用于檢測煤礦井下空氣中的甲烷含量。它是一種智能型檢測儀表，具有自動穩(wěn)零、低功耗、軟啟動、環(huán)保電源、精度高、穩(wěn)定可靠等特點。各種操作可通過遙控器來實現(xiàn)，免開蓋調試。能與國內各種監(jiān)控系統(tǒng)、風電瓦斯閉鎖、斷電儀配套使用。測量范圍0-4% CH4測量誤差0.001.00 % CH4，0.10 % CH41.002.00 % CH4，0.20 % CH42.004.00 % CH4，0.30 % CH4響應時間小于30s報警點0.5-2.5% CH4可調報警方式紅色LED燈閃爍、蜂鳴器鳴叫輸出信號200-1000Hz或4-20mA工作電壓本安DC8V-22V電 流50mA4、 GTH100/500煤礦用一氧化碳傳感器 GTH100/500煤礦用一氧化碳傳感器GTH100/500煤礦用一氧化碳傳感器是用于連續(xù)檢測煤礦井下一氧化碳氣體濃度的高精度儀表。傳感器使用進口檢測元件，使傳感器的性能、測量精度、使用壽命都大大提高。具有紅外遙控調校零點、靈敏度、報警點等功能。傳感器除了和本公司KJ83煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)配套使用外還可和國內其它監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。測量范圍0-100ppm或0-500ppm測量誤差2響應時間小于40s報警點24ppm顯示三位LED就地顯示報警方式紅色LED燈閃爍、蜂鳴器鳴叫輸出信號200-1000Hz或4-20mA工作電壓本安DC8V-21V 電 流工作電流50mA；報警電流70mA5、GFC-15煤礦用風速傳感器GFC-15煤礦用風速傳感器GFC-15煤礦用風速感器是采用超聲波測量原理。主要用于連續(xù)監(jiān)測礦井通風總回風巷、井下主要測風站、扇風機等處的風速，是礦井通風安全參數(shù)測量的重要儀表。具有紅外遙控調校、調校簡單等特性。傳感器除了和本公司KJ83煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)配套使用外還可和國內其它監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。測量范圍0.3-15 m/s測量誤差小于 0.3 m/s響應時間小于40s報警點0.5-2.5% CH4可調顯示三位LED就地顯示輸出信號200-1000Hz或4-20mA工作電壓本安DC8V-22V電 流工作電流70mA6、GPD1/5煤礦用負壓傳感器GPD1/5煤礦用負壓傳感器GPD 1/5煤礦用負壓傳感器是采用擴散硅壓力傳感器芯片開發(fā)的固定式儀表。主要用于連續(xù)監(jiān)測礦井通風總負壓、礦井風機差壓、井下風門兩側及礦井密閉墻內外壓力差，是礦井通風安全參數(shù)測量的重要儀表。具有紅外遙控調校、調校簡單等特性。傳感器除了和本公司KJ83煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)配套使用外還可和國內其它監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。測量范圍0-1kPa或0-5kPa測量誤差2響應時間小于30s顯示方式三位LED就地顯示輸出信號200-1000Hz或4-20mA工作電壓本安DC12V-21V 工作電流50mA7、GKT-L煤礦用設備開停狀態(tài)傳感器GKT-L煤礦用設備開停狀態(tài)傳感器GKT-L煤礦用設備開停狀態(tài)傳感器主要用于監(jiān)測礦井機電設備運行狀態(tài)，如礦井主扇、局扇、鏈板運輸機、膠帶運輸機、水泵等的開停狀態(tài)。傳感器將機電設備開停狀態(tài)信號轉換為電流信號，傳送到監(jiān)控分站。傳感器為礦用本質安全型設備，適于在具有瓦斯及煤塵爆炸危險礦井中