淺論煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

1、淺論煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)摘要：煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中有著重要地位。 關鍵詞：煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)0 引言 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是融計算機技術、通信技術、控制技術和電子技術為一 體的綜合自動化產(chǎn)品，當將其作為一種安全預防技術設施應用到工業(yè) 生產(chǎn)和社會生活中時，就稱其為安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。在我國的工業(yè)安 全事故中，煤炭工業(yè)的安全事故較為頻發(fā)且性質(zhì)嚴重，尤其以生產(chǎn)礦 井瓦斯爆炸事故最為突出。為此，國家有關安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門專 門制定了 “先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控，以風定產(chǎn) ”的十二字指導方針， 由此可 見，煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的重要地位。1 煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)組

2、成 根據(jù)所述及概念， 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的功能一是 “測”，即檢測各種環(huán)境安全 參數(shù)、 設備工況參數(shù)、過程控制參數(shù)等；二是 “控”，即根據(jù)檢測參數(shù)去 控制安全裝置、報警裝置、生產(chǎn)設備、執(zhí)行機構等。若系統(tǒng)僅用于生 產(chǎn)過程的監(jiān)測，當安全參數(shù)達到極限值時產(chǎn)生顯示及聲、光報警等輸 出，此類系統(tǒng)一般稱為監(jiān)測系統(tǒng)；除監(jiān)測外還參與一些簡單的開關量 控制，如斷電、閉鎖等，此類系統(tǒng)一般稱為監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。 煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測控系統(tǒng)層次上一般是分為兩級或三級管理的計算機 集散系統(tǒng)，一般包含測控分站級和中心站級。每個測控分站負責某幾 路傳感器信號的采集和某個執(zhí)行機構的控制， 實現(xiàn)了采集、控制分散； 中心站負責數(shù)據(jù)的處理、儲存

3、、傳輸，實現(xiàn)了管理的集中。中心站與 分站和計算機網(wǎng)絡之間的通信、傳感器到測控分站的數(shù)據(jù)傳輸、測控 分站到執(zhí)行或控制裝置信號的傳輸，是通過傳輸信道實現(xiàn)的。監(jiān)測系統(tǒng)一般由地面中心站，井下工作站，傳輸系統(tǒng)三部分組成。地面中心站一般有傳輸接口裝置和若干臺計算機，電源，數(shù)據(jù)處理及系 統(tǒng)運行軟件，存貯、打印、顯示等裝置組成。為了計算機穩(wěn)定工作， 一般還配備了機房恒溫調(diào)節(jié)，不間斷電源等輔助設施。井下分站和傳感器構成井下工作站。井下分站的作用是，一方面對傳 感器送來的信號進行處理，使其轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘査偷降孛嬷行?站；另一方面，將地面中心站發(fā)來的指令或從傳感器送來應由分站處 理的有關信號經(jīng)處理后送至指定執(zhí)

4、行部件，以完成預定的處理任務， 如報警、斷電、控制局扇開啟等；并向傳感器提供電源。傳輸系統(tǒng)是用來將井下信息傳輸至地面和將地面中心站監(jiān)控指令傳輸 至井下分站的信息媒介。信道，信息傳輸?shù)耐ǖ?，監(jiān)測系統(tǒng)大多采用 專用通訊電纜作為信道。傳感器與分站之間一般采用直接傳輸方式。我國國家標準規(guī)定傳感器的輸出信號應滿足以下幾種信號：模擬量信號有三種，頻率輸出（5-15hz）;電流輸出為05ma;電壓輸出為0100mv;開關量信號輸出 一般有士 0.1ma 士 5maffi 2001000hz 等。2 煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)技術指標根據(jù)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的組成，其主要技術指標，主要是以組成系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的技術

5、指標為特征。2.1 測控分站容量：是輸入、輸出量的個數(shù)及類型。例如，模入8，開入 4 個接點信號、 4 個電流形式信號等；開出 4 個 ttl 電平、 4 個繼電 器觸點輸出等。接配傳感器：是指所接配傳感器的種類、型號、測量范圍、輸出信號 形式、供電電壓、精度等。檢測精度：是反映分站性能優(yōu)劣的主要指標之一，一般用滿量程的相 對誤差來表示。數(shù)值越小，則檢測精度越高。另外，還有分辨率、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離等指標。 2.2中心站主機型號及配置： cpu 型號，內(nèi)存容量，硬盤容量，軟驅(qū)數(shù) 量、規(guī)格，配置外設的種類、型號、數(shù)量等，另外，還有備用主機的 情況。容量：即系統(tǒng)可帶分站的數(shù)量，例如，井下 100

6、個分站，地面 10 個分 站。傳輸速率：數(shù)字傳輸?shù)牟ㄌ芈?，例如?600bit/s, 1200bit/s。波特率越 高，傳輸效率越高。另外，還有傳輸距離、可靠性等指標。2.3 系統(tǒng)信息管理軟件開放性好： 組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫提供了開放數(shù)據(jù)訪問 接口，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的二次開發(fā)。安全性良好：所有的設計方案都充分考慮了系統(tǒng)的安全性，使用采集 系統(tǒng)對監(jiān)控系統(tǒng)的影響達到最小。數(shù)據(jù)容量大： 采用虛擬內(nèi)存管理技術， 理論上數(shù)據(jù)存儲是無限制的 （受硬盤空間和內(nèi)存大小的影響） 。 另外，還有響應速度、運行是否穩(wěn)定、擴展性是否強、兼容性好等衡 量指標。 2.4防爆及防爆標志根據(jù)國家標準的規(guī)定，爆炸危險環(huán)境用電 設備分為

7、 2類。有瓦斯爆炸危險的礦井使用的電氣設備為 i 類，除瓦斯 礦井以外的爆炸危險場所使用的電氣設備為ii類。ii類電氣設備又分為a、b、c三級，這是根據(jù)使用場所的爆炸性混合物最大試驗安全間隙或 最小點燃電流來分的。 ii 類電氣設備還按最高表面溫度的不同，分為 t1-t6 共 6 組。防爆型設備在外殼上的總標志為： “ex?！?防爆型電氣設備按防爆結(jié)構的不同， 可以分為以下幾種類型： 增安型、 隔爆型、 本質(zhì)安全型、 通風充氣型、 充油型、 無火花型、 特殊型等等。 3 煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的種類 監(jiān)測系統(tǒng)按工作側(cè)重點分為環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和工況監(jiān)測系統(tǒng)兩大類。每 種系統(tǒng)又可能包含若干子系統(tǒng)。如

8、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可能配備瓦斯突出預 報子系統(tǒng)、頂板監(jiān)測子系統(tǒng)；工況監(jiān)測系統(tǒng)可能配有綜采監(jiān)控、膠帶 監(jiān)控等各類子系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一般側(cè)重于監(jiān)測采掘工作面、機電硐室、采區(qū)主要進回 風道等自然環(huán)境的參數(shù)， 其主要功能為監(jiān)測低濃度沼氣 （4%以下）、高 濃度沼氣（4%100%）、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、溫度、風量、 風速、負壓、礦壓、地下水、通風設施、煤塵、煙霧等參數(shù)，除實時 顯示檢測數(shù)據(jù)外， 還應按煤礦安全規(guī)程 的要求及各礦井實際情況， 在一定地點及工作場所設置報警（燈光、音響）和執(zhí)行裝置，以便防 止和預報災害。工況監(jiān)測系統(tǒng)一般側(cè)重于監(jiān)測機電設備， 其主要監(jiān)測參數(shù)有采區(qū)產(chǎn)量、 井下煤倉煤位、采煤機機

9、組位置、運輸機械、提升機械監(jiān)控、設備故 障監(jiān)測及效率監(jiān)測等等。但生產(chǎn)工況監(jiān)測信息并非全部要傳輸?shù)郊?監(jiān)控系統(tǒng)之中。一些大的監(jiān)控系統(tǒng)通常包括環(huán)境監(jiān)測與工況監(jiān)測兩大功能，適應性更 為廣泛。4 煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構 煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構分為集中式和分布式。4.1 集中式集中式控制是一種中心計算機直接控制被控對象的系統(tǒng)。 其 特點是信息采集、分析處理、信道管理，控制功能均由地面中心站計 算機完成。數(shù)據(jù)傳輸量大、負擔繁重，中心站計算機是系統(tǒng)關鍵性節(jié) 點，當中心站和傳輸通道發(fā)生故障時，將導致整個系統(tǒng)的癱瘓。 集中式控制系統(tǒng)大多為星型結(jié)構，其特點是結(jié)構簡單，將多個節(jié)點連 接到一個中心節(jié)

10、點即可；增加、擴展節(jié)點十分方便。中心節(jié)點是整個 系統(tǒng)的 “瓶頸”，該系統(tǒng)的可靠性很大程度上取決于中心節(jié)點。4.2分布式分布式多級計算機控制系統(tǒng)，簡稱dssc系統(tǒng)，是實時控制系 統(tǒng)中廣為采用的一種控制系統(tǒng)。所謂分布式多級計算機系統(tǒng)，就是由 分布在不同地點，以協(xié)作方式互相配合進行工作的多計算機系統(tǒng)。一 般在幾個地方設置執(zhí)行簡單任務的低檔計算機，而較復雜的任務則集中由中、高檔計算機去執(zhí)行 煤礦監(jiān)測監(jiān)控分布式系統(tǒng)多用樹型結(jié)構來實現(xiàn)。樹型結(jié)構拓撲簡單， 適合于礦井安裝施工；信息單一，系統(tǒng)的規(guī)模易于擴展，易于構成多 級分布式系統(tǒng)。地面中心站只須用一根電纜直通井下，井下各分站都 并聯(lián)在這根主傳輸電纜上。這種