主控网络

2024-10-04

主控网络（精选10篇）

主控网络篇1

近年来,随着电控系统数量的增加,汽车上的通信设备也在不断增加。在这种情况下,车门控制电路变得越加复杂,从而导致汽车的可靠性遭到了降低。而运用汽车电子网络进行复杂的车门控制系统通信,则能够提高汽车通信的可靠性。因此,相关人员有必对基于CAN/LIN网络的车门控制系统主控单元的设计问题展开研究,以便更好的促进汽车产业的发展。

1 基于CAN/LIN网络的车门控制系统概述

在车身网络中,车门控制系统是其中的一部分。利用CAN总线,就能够完成系统主体网络的构建。而利用LIN总线,则能够实现模块的通信和控制。所以在车门控制系统中,LIN总线是CAN总线的辅助网络,可与CAN总线一起为车门控制系统通信提供支持。而主控单元位于驾驶室内,可以利用CAN总线与其他模块通信,并且利用LAN总线与车镜、车窗和车灯受控部件通信。根据各个控制开关的状态,主控单元将制定相应的控制策略,并且通过串口发送控制命令,从而使各模块得到控制。

2 系统主控单元的硬件设计

2.1 主控芯片选取

主控芯片是系统主控单元的核心组成部分,只有得到合理的选择才能够确保整个系统设计功能的顺利实现。考虑到车门控制系统的功能需要,还要选用8位单片机。而M68HC08系列单片机不仅是8位单片机,还具有性能高和成本低的特点,并且能够为系统提供多种集成模块。分析车门控制系统的功能需求可以发现,系统需要利用LIN总线与下位机通信,并且需要通过CAN总线与其他模块通信,所以需要同时拥有LAN接口功能和CAN接口功能。通过综合考虑功能、成本和IO口数量等问题,则需要选择M68HC08中的GZ系列8位控制器。而为使主控单元能够与PC界面和CAN/LAN总线通信,并且进行LCD显示,还要使其能够容纳较多的系统代码。所以,还要选用具有较大存储量的单片机。而单片机MC68HC908GZ60具有60K的Flash存储空间和2K的RAM,能够满足这一要求。

2.2 LIN接口通信设计

在设计LIN接口通信模块时,可以利用MC33689芯片与模块通信。该芯片本身自带电压转化功能,是为汽车辅助总线LIN专门设计的基础芯片,能够满足LIN总线通信规范要求。而该芯片将受到SPI控制,对LIN收发器进行了集成,并且包含MCU系统的常用功能。由于该芯片对5V、50m A的电压调整单元进行了集成,所以可以为车镜和车窗的控制提供电源。同时,利用该芯片进行接口通信设计,能够使LIN收发整形电路在高数据速率时保持原有状态。此外,由于带有具有保护功能的高边开关,因此利用该芯片能够驱动阻性负载和感性负载。

2.3 组合开关检测设计

在设计系统主控单元时,将会遭遇节点开关器件数量过多的问题。所以,还要设计组合开关检测模块,以便对汽车的开关器件进行检测。为节省大量微处理器I/O接口,可以使用由多路开关检测接口集成的芯片MC33972。利用该芯片,可以利用四个CPU口线对22路开关量进行检测,并且能够实现多级连接。利用高速串行链路SPI,该芯片能够将检测得到的信号传输至MCU。在输入端增加静电放电电容,则能够保护电路不受瞬间干扰。此外,利用该芯片的模拟量输出和恒流源,将能够实现线性检测。值得注意的是,由于该芯片内部能够进行恒流源的提供,所以能够为开关的可靠闭合提供保护,并且能够使金属触点的氧化物得到去除,继而使系统部件数量得到减少。

2.4 故障报警显示设计

在系统故障报警显示模块设计上,可以使用负责进行汽车负载驱动的芯片MC33888。利用该芯片能够对4个高端负载和小电流低端负载进行直接控制,并且能够使12个继电器、线圈或灯等感性负载得到驱动。所以,利用该芯片进行白炽灯泡的驱动,就可以亮灭指示系统进行车门工作状态的显示。如果发现系统发生故障,则会驱动蜂鸣器报警指示。在该芯片内部,还拥有看门狗定时器。在芯片与MCU通信中断的情况下,其将利用高速串行接口关闭器件,从而为系统提供保护。

2.5 CAN接口通信设计

在设计CAN接口通信模块时,考虑到主控芯片输出信号无法与CAN总线直接连接的问题,还要进行CAN总线收发器的使用。作为CAN控制器与总线间的物理接口,收发器能够对CAN总线信号进行差动发送和接收。针对不同的总线输出状态,接收端将呈现出隐性或显性两种状态。而利用收发器实现总线通信,则能够使通信距离得到增长,并且使系统的瞬间抗干扰能力得到提高。此外,为使CAN驱动器适应强干扰环境,还要使用光耦合器技术对CAN总线的各通信节点进行电气隔离。

3 系统主控单元的软件设计

在对系统主控单元的软件进行设计时,可以使用C语言和Code Warrior开发工具。完成软件安装后,可以选择HC08系列的单片机模板,然后进行工程的建立。将建立的模板保存到相应文件夹后,可以选择模板中使用的芯片类型,然后进行使用的编程语言的选择。完成所有编程工作后,可以利用C程序代码进行初始代码的替代,然后对应用程序进行编译和调试。通过将程序下载到单片机,则能够对单片机的功能进行利用。值得注意的是,在设计通讯软件时,需要完成软件驱动程序和用户应用程序的编写。其中,软件驱动程序负责进行信息的接收、发送和过滤,能够实现总线通信连接和监测。在实现通信之前,需要对完成节点类型、寄存器、端口等内容的设置,从而实现总线的初始化设置。

4 结论

总之,在对基于CAN/LIN网络的车门控制系统进行开发和设计时,还要做好系统主控单元的软硬件设计,以确保系统通信和控制功能能够实现。因此,相信本文对车门控制系统主控单元设计问题展开的分析,可以为相关工作的开展提供指导。

参考文献

[1]张昱,鲁睿婷,唐厚君等.基于CAN/LIN混合网络的车门控制系统[J].电气自动化,2013(03):36-38.

[2]郭峰,赵璇,汪颖.基于CAN/LIN总线的智能车身控制系统设计[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2011(05):705-707+720.

[3]刘涛.CAN/LIN总线在车身控制网络上的应用[J].价值工程,2015(32):156-158.

主控网络篇2

1、严格执行主控岗位安全操作规程，劳保用品穿戴整齐，违反考核50元/次；

2、在生产过程中发现设备、系统等出现异常，应及时反馈，汇报不及时的考核50—100元/次；

3、严格执行开关灯制度，违者考核当班100元/次；

4、认真组织生产，精心操作，时刻观察各皮带运行情况，发现异常立即采取措施，因个人操作失误造成事故或者损失的，视情节考核100—200元/次；

5、严格执行6S管理制度，每违反其中一条，考核50元；

6、严格执行供料制度，皮带开停确认制度，违者考核50元/次；

7、严格执行交接班制度，维护使用好通讯、对讲设备，发现人为损坏及时反馈，对责任人进行考核并按原价赔偿；

8、工作记录及日报表要记录完整，包括上料料种、跨位、取料机号、上料量及开停机时间，记录不清或者不记录者考核50元/次；

9、工作时间严禁玩手机，违反每次考核100元，连带班长20元；

10、二级指令下达要准确无误，因个人操作失误造成成本事故、质量事故、生产事故，根据事故情节考核50—500元/次；

11、认真执行书面请销假制度，无故私自换班的，考核50元/次，不请假造成空岗、缺岗的，按旷工处理；

12、认真执行信息反馈制度，计划检修、突发事故等必须逐级上报，汇报班长，隐瞒不报的，视情节考核50—200。

主控网络篇3

BVM-X300采用4K（4096×2160）分辨率的OLED面板，支持HDR（高动态范围）模式，这一模式能够实现前所未有的高品质画面还原——让黑色呈现出真正的黑色，峰值亮度能够以更加逼真的色彩，以传统标准动态范围中的饱和度显示出来。

此外，BVM-X300符合DCI-P3和大部分ITU-R BT.2020的超宽标准色域，支持S-Gamut/S-Gamut3、S-Gamut3.cine色域。凭借这些优异的性能和质量，这款主控监视器堪称包括4K节目制作工作流程中的调色和QC（质量控制）等在内的多种应用的理想之选。

BVM-X300拥有 4路3G/HD-SDI路输入，最高可接收4096×2160、48P/50p/60p信号。支持10比特4∶2∶2双链路3G-SDI信号，以及 4∶4∶4 12/10比特1920×1080/50p 60p的3G-SDI双链路信号；支持2SI（2 Sample Interleave）模式信号输入，支持HD/2K信号显示。

BVM-X300的产品技术遥遥领先于同类产品，是目前市场上唯一的4K OLED监视器。

电台主控系统升级改造方案篇4

青海人民广播电台在2003年由老台搬至新台址, 整个主控设备由安恒利广播技术有限公司安装。经过多年的运行工作, 原有的总控系统的不足也渐渐显露出来了:设备的性能有所改变, 特别是数字矩阵, 在节目的切换过中经常有故障出现;现有的设备很难做到自动检测和智能切换, 只能靠人工干预;现在节目互相调用的时段大增, 值机员手动对信号进行调度的次数增多, 且劳动强度很高, 精神压力也较重, 稍不小心就有可能出现误操作。这些给电台安全播出带来不可避免的影响。随着广播技术的发展, 新的交换、监测技术层出不穷。因此, 根据杭州联汇公司提供的音频网络路由器和智能化总控系统监测系统, 我们准备在现有的数字矩阵的基础并联上网络矩阵设备以及对监看、监测设备的部分更换。

2 主控系统增添功能的设计理念

考虑我台原有主控的工作方式及实际工作要求, 充分发挥利用网络化的智能矩阵的先进功能, 采用网络化的智能矩阵设备作为网络矩阵, 以传统的模拟或数字矩阵作为主传输路由矩阵, 可便利地实现双备份结构和智能切换, 以保证信号传输的绝对安全。网络化的智能矩阵系统对所有输入输出信号进行监控监听, 对系统进行优化设计, 以求并行和增添的设备接入达到系统整体性能最佳化及安全性、稳定性的最大化的目标。

主控系统是整个音频网络的中心, 调配所有节目的进出, 所以在主控系统新增新添设备要建立设备兼容互补, 播出安全可靠, 监控直观明确, 处理方便快捷的概念, 充分考虑各技术平台相互转换时可能存在的问题, 为整个系统提供匹配的切换点和监测点。网络矩阵又是整个系统的核心, 主要用于节目的交换和传输任务, 考虑到今后的发展和整体设备转换及电台实际要求, 我们在设备的选型上都留有扩展空间。

3 现有的广播主控系统

青海人民广播电台主控机房对各套节目采用总控方式。总控中心系统采用数字、模拟音频信号方式, 负责对播控中心所有节目信号进行处理和监测, 对各类共用信号进行调度和分配;提供垫播信号;向各直播室提供返送信号和外来信号, 可以实现多个直播室之间的节目互转调度;向各直播室提供同步信号和标准时钟信号;总控主要由Studer公司的36×40数字音频矩阵、周边系统、同步系统、时钟校时系统、技术监测和监控系统等组成。节目播出采用数字和模拟两种方式。直播间采用Studer On Air2000数字调音台, 它可以同时输出数字和模拟两种音频信号, 即能保证传输和发射设备数字化对数字信号的需要, 又满足现在使用的传输和发射是模拟设备的要求。

4 总控监控系统设计技术要求

实现全台播出节目的交换、控制、分配并以电缆和网线的方式向传输机房传输各频率的主、备播出信号, 同时向网上广播、慢录工作站提供数字音频信号源。将广播电台的多套信号、需要的电视伴音信号、以及所需的外转现场信号、大录制机房信号等接收并送入网络矩阵进行管理分配。为全台各直播机房外转工作, 并为机房提供所需节目信号的线路调度, 向直播间返送与之相关的播出节目信号。全台录、编、播以及信号传输的网络化实时监测、监录、监听和报警工作。能够对待播节目文件和节目单进行质量监测和报警, 对各机房环境进行监控, 实现全台各套节目的应急自动播出, 系统能实现全天24小时播出和在线维护。

4.1 网络化矩阵系统的技术要求

矩阵系统全面使用网络化数字设备, 设备全部按照国家制定的标准与相关国际标准与规范执行。系统能不间断运行, 实现全天24小时4套节目高质量的音频节目播出和在线维护。系统采用网络化路由控制以及监视监测功能, 能够通过以太网络对所有的音频信号进行监测、监听, 并具有停播告警和智能应急播出功能, 还具有跟踪、监测、记录主要设备的工作状态。系统的智能化监测系统在对系统进行监视监测的同时, 还能够作为辅助的信号传输通道, 其传输通道对数字音频应无压缩损伤, 并能和数字音频矩阵互为备份、智能切换, 以保证信号传输的绝对安全。通过网络, 实现机房和机房之间的信号、各种转播信号、节目输出信号的灵活自如地调入、调出和分配切换。系统具备扩展和升级性能, 具有完善的矩阵切换工作界面, 矩阵切换可以是手工切换, 也可以根据预先既定的切换时间表, 自动切换。对到切换器的输出信号, 还可以根据应急分析系统的命令, 进行应急切换。手工控制切换可考虑使用触摸屏。

4.2 网络化智能化系统功能要求

智能化总控系统通过网络音频矩阵, 能够对自动播出系统、主要音频设备、关键节点的音频信号、电源、环境温度、湿度等进行全面的监测, 以图形方式, 直观形象地显示各个广播频道的工艺流程中每个设备的工作状况, 并对所有音频信号进行全自动监测监听, 对停播、过载、反相、电平过低等, 及时报警, 使值班人员对全台音频系统了如指掌。能够实现故障的预警、报警以及对故障点的智能分析, 并智能选择合适的应急音源, 给出应急操作提示, 便于在节目播出的过程中, 值班人员能及时发现问题并处理问题。

因此系统应具有如下功能:网络矩阵和音频信号监控子系统, 播出系统的状态监测和节目质量监测子系统, 环境和设备状态监测子系统, 流程显示和故障分析子系统, 屏幕显示子系统。

4.3 网络化智能化系统方案

音频信号监测工作站主要实现对整个音频系统关键节点的音频信号进行实时参数监测显示, 包括延时器输出、音频处理器输出、Prolink 1播4输出、后级音分输出、各路转播信号、直播间信号、直播台每一路推子的信号和高周接收信号等。取样点的多少, 决定监测的量。

音频信号监测工作站提供多种显示模式, 各种模式的显示窗口可以自由组合。音频监测工作站可以根据实际需要, 进行界面定制。根据布局设计, 总控系统需要六种类型的信号监视工作站。分别为:分频显示工作站、总输出和空中回收信号监测工作站、显示所有输入信号的监测工作站、EQM-100系统状态监测和故障分析工作站、应急处理控制工作站、系统管理和查询工作站。见图1。

(1) 分频显示工作站

按频道组合显示各个频道的主要信息。包括该频道主要音频信号, 全面显示该频道的所有主要信息。

其主要功能包括:

实时显示该频道的主要音频信号, 包括电平、相位。

音量彩条显示窗口监视的音频信号可以任意定义, 通常可以设置为延时输出、处理器输出、主控总输出、空中回收信号、Prolink 1播4输出等, 通过这几个信号, 可以总体反映该频道的信号运行状况。

对音频信号进行故障判断, 当出现故障时, 用不同的颜色进行报警。

实时显示直播间以及导播间的电源、温湿度, 设备安装机架的内部温度等。

用醒目的状态灯方式显示调音台主要推子的状态。

直观地显示主延时器的工作状态, 如直通、延时和关闭。

显示当前和下一个节目的类型, 如直播、转播、录播。

在状态显示窗口显示该频道当前工作状态, 一切正常时, 显示正常, 并用绿色表示;当系统处于应急播出状态时, 显示应急状态, 如垫乐播出、转播播出等, 并用醒目的红色显示。

(2) 总输出和空中回收信号监测工作站

专门设立输出和空中回收信号监视工作站。主要显示各个频率的主输出以及各个监测点的输出信号和空中回收信号的参数。

(3) 监听工作站

监听工作站主要实现对全部音频信号的智能化监听。为了操作方便, 监听工作站选用大触摸屏方式, 实现即点即听。

监听工作站在音量彩条界面上, 用触摸屏方式进行智能化监听。监听界面可以进行任意的组屏, 并在界面上实时显示各路信号的音量彩条。值班人员可以非常直观地看到各组信号的状况, 并任意选择监听。

(4) EQM-100系统状态监测和故障分析工作站

本系统全面监测了整个音频系统的工作状态, 包括音频信号、设备状态和环境状态、播出系统状态。本工作站通过简洁的界面, 全面显示整个系统的各个频率的设备和信号的当前运行状态。

通过本工作站, 可以图形化的方式显示整个系统的工艺流程、各个机房的设备联线情况、主要设备和音频信号的工作状态, 设备的安装信息以及设备的维护信息等, 并且还可完成对部分外转信号的预调。

当系统出现故障时, 它能够自动触发分析故障原因, 并以图形化的方式显示故障在整个工艺流程中的位置, 用于显示音频系统的工艺流程图。

该工作站主界面主要具有以下功能:

当音频信号或者设备状况出现故障或者异态时, 相应的状况栏的颜色会变化闪烁, 同时故障持续时间栏即开始计时, 值班人员通过颜色就可以很快地了解整个系统当前运行是否正常;

当系统出现任何的故障隐患时, 能够及时进行故障预警, 并在大屏幕上用图形和文字的方式, 通知值班员可能的故障隐患;

音频系统出现故障时, 能够用语音、声光、短消息等方式进行报警;

对进入网络音频矩阵的信号进行DSP处理。

通过按“详细状况”按键, 可以以图形化的方式显示所选频道的工艺流程、设备运行状况、设备安装情况、系统连线情况、设备维护情况等。

主要功能包括:显示各个频道的播出流程状态、各个机架的设备安装情况、设备连接情况、机架温湿度数据、机架供电电压等。

按频率工艺流程、直播间分布状况、设备分类、设备在各楼层的分布、各机房分布、以及机架分布等, 查看各个音频设备的当前工作状态以及各个节点的音频信号状况, 实时显示各个频道的信号。可实现从整体到局部再到具体设备及监测点的查看, 点击具体的音频信号监测点可选择监听。

根据不同的情况由用户自行定义音频传输的流程, 从而为系统进行故障分析时提供故障分析依据, 并以图形化的方式显示。

该功能主要是采用虚拟调音台对转播信号进行信号的预调整, 包括电平调整、压限处理、相位处理、参数均衡、LL、RR等。使得信号满足转播需要。

对各种可能发生的故障进行预警。故障类型和报警主要包括:对主输出信号出现异常、音频设备过热、转播信号故障等异常及时报警。

当出现故障时, 能够自动以图形化的方式, 直观地提示故障的原因和故障点;对非设备原因故障, 以文字的方式给出可能的原因;对设备原因的故障, 则显示故障设备在整个音频信号通路中的位置。

能够快速显示、查询故障设备的具体安装位置。

能够快速查询故障设备和其他设备的详细音频连线情况, 包括连线端子、连线编号等。

(5) 应急处理控制工作站

当发生故障或者信号劣播时, 实时地显示故障状态, 并根据应急预案, 自动给出处理各种故障的最佳解决方案或参考的解决方案, 实现故障的应急处理自动判断和自动执行。

应急处理采用“桌面化和按钮化”形式, 用触摸屏进行快速简单的操作, 提高处理的时效性。对音频系统的故障和异态进行自动紧急处理。

在自动处理模式下, 可以根据当前栏目的性质和内容, 智能化地确定应急播出音源, 在转播栏目时, 自动选择相应的外转信号, 在直播和录播栏目时, 自动选择Prolink1播4音源, 在任何时段, 必须保证广告的正常播出。倒换备播室时, 代播的音源应该来自备播室等。

系统可以根据故障发生的原因, 自动选择执行机构, 通过控制数字矩阵的输出信号, 或者通过网络音频矩阵的输出以及Prolink 1播4输出等, 从而在任何设备故障的情况下, 都能实现自动应急代播。

自动应急处理时, 有显著的提示, 包括故障内容、拟执行的操作等, 要求值班员进行确认。当在规定的时间内没有得到确认, 系统自动执行。

如果值班人员认为需要进行人工处理, 可以在自动应急处理生效前, 终止自动处理控制, 转为人工处理。

在人工处理模式下, 系统提供多个快捷按键, 包括一播四垫播、自动切转播等。快捷按键的意义可以事先定义。还应提供一键转换按键, 将调音台出现故障的频道直接切换到备播间。

在电平过高、过低、缺声道、反相等二级故障时, 可以通过人工操作进行信号的调整, 包括反相、LL、RR、L+R、左右电平调整等。

可以调出网络矩阵路由切换控制界面, 进行手动路由切换。

(6) 系统管理和查询工作站

本工作站主要实现对系统的设置、设备和系统信息的输入、通知的编发以及故障状况的分析和查询。完善的系统维护管理和值班任务管理全面的系统故障查询和统计。

对全台的安全播出情况, 可以按各个频率、并且可以按照栏目等详细分类, 统计广播播出质量分析报表, 可以进行月度、季度、年度产生质量分析报表, 结合在线设备的工作情况的纪录以及日常设备维护的纪录, 给每个设备建立档案, 给每次维护纪录建立档案。直观的显示节目播出、制作、编排、传输、发射等环节的异态出现概率, 为以后如何改善播出质量提供依据。

5 结束语

主控系统数字化建设集数字音频技术、计算机技术于一体, 能实现四套直播节目交换、调度和传输工作的数字化、自动化;实现联播、转播、彩条指示、无音频告警、自动补乐、应急播出、自动切换等功能;实现与现有的主控设备互为备份, 并为下一步设备的更新换代奠定基础。可以提高我台节目传输的技术质量, 能减轻值机员的劳动强度和减少因人为操作引起的播出事故, 同时, 为工作人员创造轻松的工作环境, 对于提升电台的从业人员整体的综合素质, 进一步推进我电台的数字化进程具有实际意义。

摘要：随着广播科技的不断变化, 广播电台主控系统也在不断地发展, 本文就我台主控系统的自动化、网络化、智能化的升级改造的方案进行了介绍。

主控室管理制度篇5

主控室管理制度

一,坚持为教育教学服务的宗旨,充分发挥计算机网络主控室的作用,培养教职工和学生掌握计算机的能力而制定本管理制度.二,网络主控室是全校计算机网络的心脏,地位与作用在学校校园网中居中心地位,因此除经网络中心负责的网络管理员的许可外,其他的人员(教师与学生)不得进入网络主控室.三,进入网络主控室的人员未经网管员的允许,不得使用与挪用主控室中的任何东西(包括微机与其它物品).否则由此出现的网络问题由其负一切负责.四,网络主控室如果出现问题要及时排除,尽可能地减少对学校工作教学方面的影响,一旦有网络管理员排除不了的问题时,要及时向校长及有关的负责领导汇报,争取早日解决问题.五,搞好计算机教学,计算机辅助教学和计算机辅助学校管理工作.六,加强主控室管理,注意安全,发现故障及时处理和报告,定期维护和检修,确保设备完好无损,正常工作.七,严格执行电教器材管理方法,搞好防盗,防火,防雷电工作,不私自外借设备.八,遵守操作规程,认真负责网络安全,及时查杀计算机网络病毒,保证学校网络顺畅.

充填开采地表变形主控因素分析篇6

为此,本文基于正交试验设计及数值模拟分析,探讨采深、采厚、采宽以及充填率对地表变形沉降的影响,并对各个影响因素进行参数敏感性研究,得出各个变形参量与采深、采厚、采宽以及充填率的关系。

1 正交设计及模拟计算

1.1 正交试验设计

对充填开采地表沉陷规律分析中,我们根据实际情况选取了4个起主要作用的影响因素,即采深、煤厚、采宽及充填率,对每个影响因素取4个水平,如表1所示。

1.2 数值模拟计算

模拟计算中,采用FLAC3D数值分析软件,简化为平面应变模型,以山东省某矿的地质采矿条件为原型建立数值分析模型,模型两端的X方向的位移固定,即边界水平位移为零;模型底部边界水平、垂直位移为零;模型顶部为自由边界,根据实际情况施加上覆土层荷载。并确定模型尺寸大小为长×宽×高=850m×6m×373.4m,煤层顶板以上高度为340m,煤层取平均厚度3.4m,煤层底板以下厚度为30m。计算中采用理想弹塑性模型,Mohr-Coulomb破坏准则。

运用L16(44)正交表对上述选取的4因素4水平的试验进行方案设计,采用FLAC3D数值模拟软件,对不同组合情况下的正交试验进行地表岩移模拟分析,分别计算各组合下的地表变形量。

2 计算结果分析

2.1 参数敏感性分析

极差分析作为数据处理的种种方法中具有计算过程方便、表达效果直观、方便操作优点的一种常用方法。它能够在进行简短的数学运算及走势图形,清楚的对各个影响因素的影响水平的不同对数据造成的影响进行分析。根据正交试验结果分析,以各个影响因素的影响水平为坐标横轴,以地表变形各个参量最大变形值的平均值作为坐标的纵轴,作出各个影响因素的影响水平与各个参量最大变形值的平均值的趋势如图1所示,以沉降值为例。

从图1所示的分析数据中,可以清晰的得到,对沉降值、水平移动值和水平变形值来说,随着煤层厚度及充填率的变化,上述三个参量变形值变化非常明显,说明沉降值、水平移动值和水平变形值对煤厚及充填率的变化是很敏感的,而采深、采宽的变化对上述三个参量的波动较小,说明其对此两个参数相对不敏感;各个影响因素对沉降值影响的主次秩序是:充填率、煤厚、采宽、采深;对水平移动值影响的主次秩序是:煤厚、充填率、采宽、采深;对水平变形值影响的主次秩序是:煤厚、充填率、采深、采宽。

对倾斜和曲率值来说,随着采深、煤厚和充填率的变化,上述两个参量变形值变化非常明显,说明倾斜和曲率值对采深、煤厚和充填率的变化是很敏感的,而采宽的变化对上述两个参量的波动较小,说明其对此参数相对不敏感;各个影响因素对倾斜值影响的主次秩序是:采深、充填率、煤厚、采宽;对曲率值影响的主次秩序是:煤厚、充填率、采宽、采深。

2.2 地表变形回归分析

对模拟计算所得数据进行回归分析,不同变形参量与采深、煤厚、采宽及充填率的回归方程为(以下沉值为例):

下沉(单位:mm):

式中,H—采深,m;M—煤厚,m;L—采宽,m;η—充填率,%。

3 结论

(1)不同影响因素对其的影响程度不同,各个影响因素对沉降、倾斜、曲率、水平移动、水平变形影响程度的次序分别为:充填率—煤厚—采宽—采深、采深—煤厚—充填率—采宽、采深—煤厚—充填率—采宽、煤厚—充填率—采宽—采深、煤厚—充填率—采深—采宽。

(2)根据含交互作用的部分多元二次模型,通过MATLAB回归分析,得出了地表变形沉降参量与采深、煤厚、采宽及充填率的回归方程。

参考文献

[1]田书群.寺沟下覆煤层采动作用下公路桥基变形失稳机理数值模拟分析[J].公路工程,2007(06):118-122.

[2]谷拴成,洪兴.概率积分法在山区浅埋煤层地表移动预计中的应用[J].西安科技大学学报,2012(01):45-50+69.

[3]乔乃琛,姜岩,赵琦,徐永梅.建筑物下压煤充填开采优化设计研究[J].煤炭科学技术,2012(11):19-23.

[4]瞿群迪,姚强岭,李学华,荣同义.充填开采控制地表沉陷的关键因素分析[J].采矿与安全工程学报,2010(04):458-462.

煤层气储存富集主控因素简述篇7

1 煤系条件对煤层气储存富集的影响

煤层气是直接赋存在煤层中的一种特殊天然气,因此,含煤煤系对煤层气有着最直接的影响,并对其富集有重要的控制作用。煤系对煤层气富集的影响主要表现在煤层顶底板岩性及完整性、煤层的变质程度(煤阶)和煤层厚度[4]。

1.1 煤层顶底板岩性及完整性

(1)含煤岩系的岩性、岩相组成及其空间组合在一定程度上控制着煤层气的保存条件[5],尤以煤层顶底板的岩性影响最大。煤层气的不断生成,使得煤层内部的压力逐渐增大,当其压力大于阻力时,就会向外部运移扩散。阻止煤层气向外部运移扩散的重要阻力就是煤层顶底板的排替压力,只有当气体压力大于排替压力时,气体分子才能突破顶底板岩性的阻碍向外部流动。粗碎屑岩的粒间孔隙大,孔喉半径大,相应的排替压力就小,气体分子在较小的气体压力下就可通过孔隙通道向煤层外部运移扩散;细碎屑岩的粒间孔隙要小,孔喉半径也小,相应的排替压力就大,气体分子则需要更大的气体压力才能克服煤层顶底板岩性的排替压力,即细碎屑岩顶底板的封闭效应优于粗碎屑岩顶底板。同时,由于细碎屑岩的渗透性较弱,使得煤层水与外部水的相互渗流较弱,也对煤层气在煤层的富集起到了积极作用。勘探实践也证实,泥岩、膏盐岩、粉砂岩等细粒岩煤层顶底板对煤层气的封闭富集作用远优于砂岩等粗粒岩煤层顶底板。

(2)除煤层顶底板岩性外,顶底板的完整性也是影响煤层气富集的重要方面。由于受到后期构造运动、地下水活动等作用,煤层顶底板常常遭受了破坏,如在构造应力作用下发育断层、裂隙,在地下水作用下发育溶蚀空洞等,均破坏了煤层顶底板的完整均一性,使得煤层顶底板对煤层气的封闭能力大为衰减,对煤层气的富集极为不利。由于细碎屑岩顶底板(如泥岩、粉砂岩)在应力作用下塑性应变能力更强,故其完整性要相对优于粗碎屑岩顶底板;可溶性岩顶底板(如灰岩、膏盐岩)除了遭受应力的影响外,还容易遭受地下水的溶蚀使其完整性受到破坏,形成溶蚀空洞,也对煤层气的保存富集不利[6]。

1.2 煤层变质程度

煤层的变质程度,即煤阶,是影响煤层气储集的重要因素。我国将煤炭划分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类,它们的变质程度依次升高。随着煤炭变质程度的提高,不仅组分发生了变化,其结构、构造也发生了改变,其结果是煤炭的物性发生了变化,从而影响煤层气的储存富集[7,8]。

(1)煤阶的变化改变了煤层的孔隙结构,影响煤层气的储集。

低阶煤炭(如褐煤)其结构比较疏松,均一性强,孔隙以大孔隙为主,故连通性也较好,孔隙度也比较高,内生裂隙(割理)不发育;随着变质程度的提高,煤阶升高,各向异性增强,大孔隙逐渐减少,中孔隙和小孔隙增多,内生裂隙增多;变质程度进一步提高,大孔隙基本演化消失,中孔隙也急剧减少,小孔隙和微孔隙大量发育,各向异性进一步增强,内生裂隙(割理)大量发育[9]。可见,低阶煤向高阶煤变质演化的过程中,总体变化趋势是大孔隙减少,小孔隙和微孔隙增多,各向异性不断增强,内生裂隙(割理)逐渐增多,但是孔隙度却在持续减小。煤炭变质程度的升高造成了其孔隙度的减小,高阶煤的渗透性能一般要差于低阶煤,从而限制了煤层气在煤层中的迁移富集[10]。

(2)煤阶的演化改变了孔隙表面的吸附势而影响煤层气的储集。

随着变质程度的提高,煤炭分子中的H和O不断地脱落,C比例增大,而且分子与分子间的间距减小,使得单位面积内的C原子密度增大,导致了在煤炭孔隙表面的吸附能增强,即单位面积内吸附煤层气分子的能力增强,从而吸附更多的煤层气分子。虽然高阶煤的孔隙度减小,但是研究发现煤层气的吸附量一般大于低阶煤,即高阶煤有更强的吸附能力[11,12]。

(3)变质作用改变了孔隙比表面积,导致吸附性能改变。

随着孔隙比表面积的增大,孔隙对气体的吸附能力显著增强。低阶煤(如褐煤)主要发育大孔隙,孔隙的比表面积较小,对煤层气分子的吸附能力较弱;高阶煤(如无烟煤)主要发育小孔隙和微孔隙,孔隙的比表面积要显著大于低阶煤,也致使高阶煤对煤层气分子的吸附能力大于低阶煤[11,13]。这表明,随着煤层变质程度的升高,煤中孔隙的比表面积逐渐增大,吸附能力增强,有利于煤层气的吸附—储存。

1.3 煤层厚度

以往人们主观认为煤层厚度大,则煤层的含气量也大。但是李贵红等[14]通过对晋城的煤层厚度和含气量的统计发现,它们二者之间并没有必然的关系。这可能存在一个误解,把煤层的含气量与煤层生气量相混淆了。煤层含气量是通过实验方法测得的,表征的是该煤层当今的含气能力,而后者则表征了该煤层的总产气潜能。所以,同等含气量时,煤层厚度越大,其总煤层气量越大。此外,由于煤层本身具有一定的封闭性,因此,煤层厚度越大,煤层气向外部扩散运移所需要的距离就会增大,即向外扩散的难度增大,则有利于煤层气在煤层中的保存和富集[15]。

2 构造运动对煤层气储存富集的影响

早在1988年,英国学者Davdir就指出地质构造对煤层气赋存特征的影响起主导作用。目前一致认为,现今的煤层气的赋存状态是含煤地层经历历次构造运动后的结果。Bibler C J(1998)在研究众多瓦斯涌出现象时,指出构造运动不仅影响煤层气的生成,而且影响煤层气的保存。构造运动对煤层气富集影响的方式主要有盆地演化、构造形态和岩浆活动[16,17]。

2.1 盆地演化

含煤盆地在地质历史上往往经受了回返抬升阶段。现今埋深相同的煤层,其经历回返抬升的时代和持续时间不同,煤层气的储存富集也有差异。抬升回返持续时间短,煤层气散失的时间就短,气体逸散的概率就小,对煤层气的储集有利。长时间处于隆起剥蚀的区域,上覆地层压力减小、孔隙扩张反弹、温度降低、流体体积收缩,均导致煤储层压力降低。我国的大部分煤区,煤系经历了印支—燕山构造运动期的褶皱、抬升、剥蚀,煤层气大量散失;新生代地壳下降,接受了再次沉积,虽然埋深增加,但并没有完全补偿剥蚀的沉积厚度,此时生烃作用停止,后期的地下水冲刷作用的破坏作用相当强烈,含气饱和度低,因而造成储层压力偏低[18]。

构造抬升对煤层吸附性和渗透性也有重要影响。构造抬升使煤层的负荷压力降低,高阶煤层裂缝开启,渗透性能显著增强,但同时会造成大量气体逸散,对煤层气储集不利;低阶煤层物性受构造抬升的影响较小,上覆地层压力减小导致煤层气运移速率增大[19]。构造抬升过程中,若温度占主导控制地位,则煤的吸附量增加;若压力占主导控制地位,则吸附量减少,高阶煤吸附量的变化大于低阶煤吸附变量;抬升过程中会出现煤层气的吸附或解吸,当温度作用效果大于压力作用效果时,抬升易导致煤层含气欠饱和[20]。

2.2 构造形态

不同形态、发育部位、力学性质及封闭性的地质构造,对煤层气赋存或逸散的作用不同。封闭性地质构造有利于煤层气储集,开放性地质构造不利于煤层气的赋存,更利于煤层气的逸散[21]。

(1)褶皱。

在褶皱的不同位置,围岩的封闭能力有较大差别。在背斜枢纽部位,如果节理发育,则节理的性质以张性为主,围岩的封闭能力显著减弱;但如果背斜的枢纽部位节理不发育,闭合而完整且岩层的透气性差,煤层气会沿煤层内部运移通道向上流动,往往在煤层枢纽部位聚集,形成高压“气顶”,则背斜的枢纽部位为良好的煤层气储存和富集场所。在受到应力作用时,背斜枢纽部位节理是否发育除受到应力大小和性质的影响,还受岩层岩性的显著影响。在向斜枢纽部位,节理以压性或压扭性为主,围岩的封存能力较强,在枢纽部位也会形成高压圈闭。勘探实践也表明,褶皱的枢纽部位是煤层气富集有利场所[3]。

(2)断层。

断层对煤层气的储集能力随断层性质不同而显著差异。压性、压扭性断层因具有封闭性,且煤层结构致密,渗透性差,阻滞气体运移能力强,沿断层面和跨越断层面方向的煤层气运移困难,对煤层中煤层气的储集有利;张性断层则相反,断层具有一定的开放性,且煤层结构松散,渗透性好,气体很容易沿断层面和跨越断层面运移,易于造成煤层气逸散[22]。对于倾斜的断块,在上倾方向,如果断层是压性或压扭性的封闭断层,则煤层气易沿煤层向上运移,并在断块的上倾部位形成煤层气富集;如果断层是张性的开放断层,则煤层气沿煤层向上运移,在断块的上倾部位通过开放的断层向外逸散,不利于煤层气的储存和富集[23]。

2.3 岩浆活动

岩浆活动对煤层储气的影响是双向的。如果岩浆活动没能直接侵入煤层,则岩浆活动所带来的热量对处于热生气阶段的煤层而言,显然能够促进煤层的热生气。煤层气的吸附反应是一个放热反应,因此,温度的升高能够促使吸附态的煤层气解吸运移。岩浆活动能够带来大量的热量,使得煤层温度升高,会加速吸附态的煤层气的解吸运移[24]。同时,由于岩浆活动带来热量烘烤煤层,加速了煤层的热变质作用。煤层变质程度的升高改变了煤层的物性特征,使孔隙孔径减小,孔隙度减小,割理发育密度增大,孔隙表面的吸附性能增强,这些均影响了煤层气的储集。如果岩浆活动直接侵入煤层,则岩浆的热量会侵蚀煤层,对煤层造成极大破坏,破坏了作为同时充当生气和储气角色的煤层,对煤层气的储集极为不利[25]。

岩浆侵入同时引发动力挤压,促使煤层产生外生裂隙与内生裂隙(割理)叠加,使煤层裂隙规模发生变化,裂隙度提高,渗透性增强。尤其是靠近侵入体的天然焦,节理密集发育,是煤层气的有利储存空间,大量的煤层气运移储集在接近侵入体的煤层裂隙中。但是,如果岩浆活动同时破坏了煤层顶底板的完整性和封闭性,则渗透率的增加只会促使煤层气的快速解吸—运移—逸散。

3 水文条件对煤层气储存富集的影响

水文条件也是影响煤层气储集的重要因素。在温度和压力条件改变的情况下,煤层气可以通过溶解态随地下水迁移和富集;同时,地下水的化学特征对煤层气的储集也有重要的影响作用。

3.1 水动力场

水动力对煤层气储集的影响呈现出两面性,对煤层气的储集既有有利的作用,又有不利的影响。

(1)水力流动的逸散效应。

水力流动逸散作用常发生于构造裂隙、断层发育,渗透率大,导水性强的地区。地下水在流经煤层时,降低了游离态和溶解态煤层气的浓度,打破了原有3种状态气体的平衡,促使吸附态的煤层气不断解吸,向游离态和溶解态转化。在构造发育区,导水断层或裂隙连通煤层与含水层水文单元的补给—径流—排放系统,在地下水的流动过程中携带煤层中气体运移逸散,故常形成煤层气贫瘠区[26]。

(2)水力运移的封闭效应。

地下水受到径流补给时,会沿着岩层或煤层向下渗流,在流向的前方,会形成一定的水压。因此,即使倾斜向地表的煤层,上倾方向的上部已经遭受风氧化作用,但是由于地下水沿煤层向下渗流的水压会在下倾方向形成高压封闭,能够有效阻滞煤层气向地表的运移逸散。在地下水阻滞区域,如封闭性的断层附近向斜的枢纽附近,可能会形成含气高压带,是煤层气富集的有利位置[27]。

3.2 水化学场

地下水的水化学场的性质对煤层气的生成和富集均有重要影响,水化学场研究内容主要包含地下水的pH值、矿化度对煤层气的影响[28]。

(1)水的pH值对生物气的生成有重要影响。

现在的研究已经证实,生物气在煤层气总量中占有重要比例。在生物气生成过程中,甲烷生产菌的生长繁殖需要合适的地化环境,首先要具备足够强的还原条件,其次对pH值要求以接近中性为宜,最佳范围为7.2~7.6。甲烷生产菌生长繁殖适宜温度为0~75 ℃,最佳范围37~42 ℃。如果没有这些适宜的条件,甲烷生产菌就不能大量繁殖,也就不能形成大量生物甲烷气,不利于煤层气大量富集成藏。

(2)矿化度对不同的煤阶煤的影响存在差异。

研究表明,高矿化度地下水有利于中—高煤阶煤层气的富集成藏。在煤层气高压富集区,地层水矿化度相对周边较高,这一点生产实践已得到证实,高矿化度有利于中—高阶煤煤层气富集。对于低阶煤,根据刘洪林等[28]的研究显示,高矿化度造成低煤阶煤储层吸附能力的减弱,游离气和溶解气随着水力流动发生运移和散失,所以低矿化度地下水利于低阶煤层气的富集[29,30]。

4 结语

煤层气的储存和富集并非简单地由单一因素控制,往往是多因素共同作用的结果,富集成藏的前提条件是生成、赋存、圈闭、运移、聚集、保存6个环节的有利配置,缺一不可。煤储层顶底板岩性、煤层厚度、构造条件及与构造条件相伴的水文条件控制着煤层气储集层物性特征,并对煤层气富集成藏的封闭与保存条件起至关重要作用。煤系条件是煤层气生成和储集的内在基础,各种地质条件是运移—储存—富集的外在条件。

主控网络篇8

1 顺和煤矿概况

顺和煤矿位于河南省永城市城关镇北20km, 属顺和镇管辖, 呈东西向的长条形, 面积34.3831km2, 设计生产能力0.6Mt/a, 服务年限38.7a, 采用走向长壁综合机械化采煤方法。

矿井为全掩盖区, 新生界地层厚度达359.41m~439.70m, 区内无基岩出露, 全部地层均隐伏于新生界地层之下。区内由老到新依次保留的地层层序为奥陶系老虎山组、石炭系本溪组和太原组、二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组, 新生界的新近系和第四系。

地层总体走向为北东东、倾向北北西, 倾角6°~15°, 呈西陡东缓、北陡南缓之趋势。区内断裂构造较为发育, 主要有近东西向、北东向和北西向三组, 主要为高角度的正断层 (逆断层发育1条, 即F40逆断层) 。

2瓦斯赋存主控因素分析

煤层瓦斯赋存状态与井田煤层的埋深、煤厚及围岩等因素息息相关。不同的矿井之间, 瓦斯赋存的规律千差万别;即使在同一矿井, 同样因采区、开采条件和先后顺序等不同而产生较大的变化。其结果往往是因多种因素的综合作用, 但是各控制因素的影响程度是不同的[2]。顺和煤矿瓦斯赋存整体呈现一种不均衡性, 在煤层走向方向西区整体瓦斯偏高, 东区瓦斯整体偏低;倾向方向东区21采区西翼存在条带瓦斯异常区 (宽缓向斜附近) 。

2.1埋深对赋存的影响

煤层埋深对其内部瓦斯的赋存至关重要, 地应力随煤层埋深加大而增大, 同时煤层对瓦斯的吸附能力大大加强[3];另一方面围岩透气性降低, 瓦斯逸散地表间的距离与阻力加大, 皆是有利于瓦斯赋存的必要条件。

顺和煤田位于淮河冲积平原北部, 地势比较平坦, 矿井为全掩盖区, 新生界地层厚度达359.41m~439.70m, 煤层埋藏深度及上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响符合上述特点。根据井田范围内瓦斯含量和埋深相对应的数据, 经数据多项式回归分析[4], 可得其回归趋势线及回归方程如图1所示。

从式中可看出, 瓦斯含量与埋深的六次多项式拟合优度达到0.6286, 相关性比较明显:750m以浅埋深与瓦斯含量无显著线性相关, 550m~750m埋深段瓦斯含量变化中心轴4.5m3/t, 波动范围2.6m3/t~6.4m3/t;750m~1150m埋深段瓦斯含量与埋深呈现整体的正相关。分析可知:煤层的埋深是影响和控煤层瓦斯赋存的主要因素之一。

2.2 煤厚对赋存的影响

煤层厚度对瓦斯含量有重要影响, 煤层可以按照厚度分为上、中、下三部分。其中作为瓦斯储存的富集带为中间部分, 瓦斯通过上、下两个方向逸散过程中, 自然会受到上、下两部分的阻隔作用。煤层厚度愈大, 瓦斯逸散过程的路线与阻力则愈大, 不利于其扩散[4];同样, 煤层厚度的不统一性及多变性, 会导致整个煤层瓦斯赋存的不平衡性。顺和煤矿井田区域煤厚等值线如图2所示。

如果要进一步研究煤厚与瓦斯赋存之间的关系, 需要收集相关数据, 根据井田范围内瓦斯含量和煤深相对应的数据, 经数据多项式线性拟合, 可得其回归趋势线及回归方程如图3所示。

由图2可知, 井田煤层厚度变化大, 促使瓦斯运动加大, 这便是造成瓦斯整体不平衡的重要因素。由图3可知, 伴着煤层厚度的增加, 内部储存的瓦斯含量逐渐递增, 并呈线性关系, 线性回归方程为y=0.364x+4.0002, 递增梯度为0.36m3/ (tm) 。

2.3 围岩对赋存的影响

煤层围岩包括直接顶、基本顶和规定厚度内的顶底板围岩岩层, 岩层的岩性与结构对煤层内部瓦斯的赋存状态影响千差万别。经过大量的理论及实验, 已经证明围岩隔气性好及透气性较差是瓦斯赋存的理想条件, 反之不利于其储存[5]。因此, 可选择顶底板围岩的厚度与岩石的岩性作为围岩对瓦斯赋存影响因素, 具有明显的直观性和效果。

通过对顺和煤矿煤层顶、底板20m范围内累计泥岩厚度进行整理[6], 同时对其内部瓦斯含量一并记录 (规定煤层为起始点, 分别向上、下累计20m) 。分析瓦斯含量分别于顶、底板20 m范围内覆盖泥岩厚度进行数据多项式线性拟合, 可得其回归趋势线及回归方程如图4、5所示。

由图4可知, 瓦斯含量在顶板20m范围累计泥岩内, 随着远离煤层, 瓦斯含量逐渐递减, 且呈一定的线性关系, 梯度为0.17m3/ (tm) 。相反, 从图5可知, 在底板20m范围累计泥岩内, 瓦斯含量与其相关性并不明显。

2.4 灰色关联分析

通过上述分析得出, 煤层埋藏深度、煤厚及围岩对矿井瓦斯赋存控制具有整体性, 因此, 三者皆是瓦斯赋存的控制因素。为进一步研究因素之间的重要度, 需要对其采用量化进行排序, 从而确定主控因素。而灰色关联度分析[7]对于一个系统发展变化态势提供了量化的度量, 且根据因素之间发展态势的相似或相异程度衡量因素之间的关联度, 揭示动态关联的特征和程度。

选取井田范围内若干测点, 同时记录对应的数列, 分别为:埋深 (a) 、煤层厚度 (b) 、顶板20m范围泥岩厚度 (c) 、底板20m范围泥岩厚度 (d) ;选取分辨系数ρ=0.5, 利用MATLABR2009a软件编程计算其关联度如下:Ra=0.9982、Rb=0.9976、Rc=0.9953、Rd=0.6100。

对关联度进行排序:Ra>Rb>Rc>Rd, 且关联度数值反映前三者处于同一级别, 即0.99数量级, 而底板围岩关联度数值远小于前三者。因此。可以得出, 煤层埋深、煤厚及顶板围岩为顺和煤矿控制瓦斯赋存的主控因素, 另外, 三者的控制程度依次递减。

3 结论

(1) 通过收集相关数据, 结合多项式数据拟合, 分析回归趋势线图及回归方程得知, 影响顺和煤矿瓦斯赋存总体状态的控制因素有煤层埋深、煤储层厚度及围岩三类因素。

(2) 运用灰色关联度分析法, 对因素进行量化, 比较关联度之间的大小得出, 其中埋深、煤厚及围岩中顶板20m范围泥岩厚度三者为影响瓦斯赋存的主控因素, 且控制程度依次递减, 因此为下一步瓦斯管理与防治提供理论指导。

摘要：针对矿井瓦斯突出管理, 利用数学软件对收集的瓦斯及地质数据进行多项式数据拟合, 得出瓦斯对应各元素的回归趋势线与方程, 分析可知控制顺和煤矿瓦斯赋存总体规律的为煤层埋深、煤厚及围岩三元素。运用灰色关联度分析法, 结合MATLAB软件计算因素关联度, 确定主控因素, 从而为瓦斯防治提供理论指导。

关键词：瓦斯赋存,线性相关,灰色关联,主控

参考文献

[1]刘明举, 等.张集煤矿6煤层瓦斯赋存主控因素分析[J].煤炭科学技术, 2013, S2:155-157+160.

[2]刘明举, 等.薛湖煤矿煤层瓦斯赋存的影响因素分析[J].煤炭科学技术, 2014, 07:42-44+48.

[3]李青松, 等.福达煤矿瓦斯地质影响因素分析[J].煤炭科学技术, 2011, 05:108-111.

[4]魏风清, 等.五凤井田6_中煤层瓦斯赋存规律及主控因素分析[J].煤矿安全, 2011, 06:131-134.

[5]李国强, 等.寺河煤矿西井区3~#煤层瓦斯赋存规律研究[J].中州煤炭, 2011, 08:12-14.

[6]刘具, 等.临涣煤矿7煤层瓦斯赋存主控因素分析[J].煤炭技术, 2012, 04:112-114.

浅析主控系统接口故障排查与处理篇9

与主控系统M ain C ontrolSystem (M C S)接口的子系统有PSC A D A(变电所自动化系统)、EM C S(机电设备监控系统)、FA S(火灾监控系统)、PSD(屏蔽门系统)、FG(防淹门系统)、C C TV(闭路电视)、A FC(闸机监控系统)、PA(广播系统)、SIG(信号系统)等。PSC A D A系统在中央能对每个车站的开关进行分合操作和一系列的控制设置, EM C S系统在车站或中央都能对其系统进行监控。主控能对FA S系统进行设备故障监视功能、为A FC系统提供了监视其设备状态及对出入口闸机控制(在IB P盘上)、IB P盘可以实现紧急停车、扣车和放行的监控功能、可以直接通过IB P盘完成对防淹门设备的控制和操作状态的显示、可以为PA系统提供了基本的广播功能、还提供了扩展广播功能。一般地，按照接口的通讯方式可以分成两大类：一类是以串行数据接口进行通讯，另一类是以以太网进行通讯。实践总结表明，接口子系统的通讯方式不同，其故障排查与处理方法也不一样。认真分析研究每类通讯方式下子系统的故障排查和处理方法，不但能够及时排除系统故障、快速恢复系统正常运行，而且还能够有效减少因系统故障带来的故障处理时间，实际意义非常明显。

2 故障排查与处理

2.1 串行数据接口的故障排查与处理

采取串行数据接口通讯方式的子系统有：C C TV、FG、PA、C LK、TIS、SIS。本文以PA为例来说明串行数据接口通讯方式的子系统的故障排查和处理方法。串行数据接口发生故障时，须借助于串口调试工具来排查属于哪个系统的故障。M C S对子系统控制不成功，是较典型的一类故障类型。排查该类故障的原则是首先两者之间的通讯是否顺畅，即FEP是否按照协议规定的时间轮巡子系统，子系统是否按照协议规定的内容向FEP发送报文信息。然后看FEP是否下发执行的报文信息，子系统是否按照协议约定的报文格式向FEP反馈。

2.2 通讯情况的判断

1)通过笔记本模拟FEP向子系统发送轮巡的报文，看串口调试软件能否收到子系统反馈过来的信息，并将收到的信息与协议规定的报文信息比较，判断是否属于正常报文信息。如果报文信息正常，则说明子系统那边的通讯是没有问题的。

2)用笔记本模拟PA方接收FEP发送的轮巡报文，并将收到的信息与协议规定的报文信息比较，判断是否属于正常报文信息。如果报文信息正常，则说明FEP能够正常下发轮巡报文。

将串口软件反馈的报文信息跟协议中所约定的报文格式相比较，很容易就能判断出是哪个系统存在问题。如果轮巡和反馈的报文都没有问题的话，就说明两个系统之间的通讯是正常的。在命令执行的时候出问题，就必须将轮巡的报文改成命令执行的报文进行故障排查。

2.3 以太网数据接口的故障排查与处理

除了采取串行数据接口通讯方式的子系统外，其他接口子系统的通讯方式基本上是采取以太网数据的通讯方式。在这类通讯方式的接口子系统中，PSC A D A是一个典型的该类接口子系统。

2.4 PSC A D A的常见故障处理流程

1)设备选择失败故障的恢复处理流程。引起此类故障的原因可能有：a、中心无控制权限;b、设备控制位置不在主控;c、中心数据库问题;d、车站FEP问题;e、供电现场或SC A D A问题。

2) M M I误报开关动作故障的恢复处理流程。此类故障在实际中由于存在多个设备间的电气联系，故障原因分析较为复杂，但故障后其处理方法是明确的。截取故障信号的报文分析是这类故障处理的常用方法，分析过程如下：

通常PSC A D A报文由两个部分组成：一部分是A PC I(应用规约控制信息)，另一部分是A SD U(应用服务数据单元)。A PC I的长度是固定的，由六个字节组成。PSC A D A报文的第二部分是A SD U，该部分从PSC A D A报文的第七位开始。

在全面了解报文结构之后，就可以着手对报文进行分析。分析时，首先要看清楚IP地址，查出所给的报文是哪个站的。其次，要看报文数据的类型，对于不同的数据类型，要采用不同的分析方法。对于不带时标的单、双点信息和带时标的单、双点信息这些数据类型都采用几乎类似的方法分析报文。报文的第七位为01，则表示该报文的数据类型是单点信息;报文的第13到15三位是地址位，即为这一段报文开始的寄存器地址。报文的截图如图4所示：

如要找到105B的状态，需要找到其对应的寄存器的地址为182。如点表中的寄存器地址是十进制的，转换成十六进制之后变为B 6。再找B 6所在的报文段，图12的报文长度为85-C=79，而B 6和79之差为3D，小于79，所以在这段报文中可以找开关所对应的状态。从第16位开始，若包括16位在内的话，则需往后数3D+1位，那一位所对应的状态是我们所要找的状态。还可以用另一种方法，就是报文的每行都是16位，那么和寄存器为79的状态为一列的状态，就分别为89, 99, A 9, B 9，而在其下面第四行第七列则是B 9所对应的状态，在其前面第三位则是B 6的状态了。这种方法避免了繁琐的逐个计算的过程。

EM C S、FA S等子系统其报文分析的方法参看PSC A D A的分析方法。

3 结论

本文详细介绍了与主控系统接口的各子系统的组成情况，并按接口的通讯方式对子系统进行分类，在对每类通讯方式下子系统故障的可能原因分析基础上归纳出对应类通讯方式下子系统的故障排查和处理方法。多次实际应用，这些故障排查和处理方法效果明显，能够使系统快速恢复，有效排除故障，保证系统的正常运行。

参考文献

[1]M C S与PSC AD A详细协议描述.

海洋石油水下电控系统主控站设计篇10

1 水下电控系统总体构成

水下电控系统是水下生产系统的核心，其主要功能是通过控制水下采油设备的阀门来实现整个系统的基本功能，如开采、运输、油水液三相分离及系统的启停等。另外，该系统还可以通过收集水下采油设备的信号来了解目前设备的运行状况，实现实时监控及报警等功能。

水下电控系统总体分布如图1所示，该系统由水上和水下两部分组成，其中水上部分包括主控站、液压动力源和供电单元;水下部分是水下控制模块(SCM)[3]。

主控站是水下电控系统的中枢，所有的控制指令均由主控站下达，一方面，通过下指令给水下采油控制模块，实现对水下各设备的控制，完成基本生产功能;另一方面，通过采集水下采油控制模块反馈上来的信号，监视系统的运行情况，实现监控和报警。

液压动力单元为水下采油设备提供动力支持。通过主控站的指令，液压动力单元提供高、低压的液压油，保证各设备正常工作。

供电单元为整个系统提供电源，也是非常重要的一个组成部分。

水下采油控制模块是连接主控站与水下各采油设备之间的桥梁;一方面，水下采油控制模块接收主控站的指令，控制各采油设备正常工作;另一方面，还收集各采油设备的信号并反馈给主控站，主控站通过分析实现监控与报警功能。

2 主控站的总体方案

主控站主要依托“十二五”海洋深水工程重大装备和配套工程技术项目，具体针对珠海测试基地水下生产试验系统设计并完成了测试用水下生产系统主控站，其具体要求为:主控站对水下安装设备、水上液压动力源和电力电源提供完整的控制与监测。主控站可以通过电-液混合脐带缆对水下控制模块进行动力供给、控制、监测一体化作业，控制柜集成了工业计算机、平板显示器、鼠标、键盘和电力供给单元[4]。

笔者设计的主控站包括工业网络交换机、TP700触摸屏、S7-1200PLC、模拟量输入模块、工控机、电力载波模块，其结构如图2所示。

网络交换机把水下传输来的光纤信号转换为以太网信号，然后传输给PLC,PLC对数据进行处理后发送给工控机，传输过来的数据通过触摸屏显示出来，同时触摸屏还可以进行紧急操作。PLC不但采集水下传输过来的数据，同时还监测主控站内的温度、湿度、电压和电流，并把数据传输给工控机。工控机对整个系统进行监测和控制。为了增加控制系统的可靠性，在水上与水下控制系统的通信中，增加了电力载波模块，电力载波可以在光纤信号出现问题时，及时把水下传输来的数据通过电力信号传输到水上来，同时把电力信号转换为以太网信号并传输给工控机。

主控站还可以通过网络交换机把以太网信号转换为光纤信号，或者通过电力载波机把以太网信号转换为电信号，从而把控制数据传送给水下控制模块，进而控制水下设备。

3 主控站的软件部分

3.1 水下分离器的工作过程

图3所示为所要控制的水下分离器工艺简图[5]。

水下井口出来的原油经过水下分离器的入口进入到分离器内，在分离器入口处有一个液控关断阀，用于控制原油进入分离器。此处还有两个压力传感器和两个温度传感器(互为冗余)，用于检测入口原油的压力和温度。

原油在进入分离器之前先对气体进行预分离，然后通过水下分离器上部的旋流器进入到分离器内部，依靠重力进行油水分离，而未完全分离的气体此时也会进行分离，从分离器上部的气相出口出去。密度相对较大的水沉淀在下层，密度相对较小的油漂在水面上，当高度达到分离器堰板后流入右侧舱室。分离器上部有两个液位传感器，实时监测油相液位和油水界位，上部还有两个压力传感器和温度传感器，用于实时监测分离器内的温度和压力。

分离器下部有两个出口分别对应水和油，出口管道上泵的前方有两个液控关断阀，泵的后方也有两个液控关断阀，此关断阀的作用是控制分离器内部水和油的排出。在泵的前方和后方共有4个压力传感器，用于实时监测出口液体的压力。

出口管道的两个变频泵用于抽出分离器内部的水和油，根据两个液位传感器的数据，利用PID算法控制变频泵的转速，从而控制分离器内部两个液位的高度。

气相出口管道上有两个液控关断阀，用于控制气的进出。在管道上还有一个调节阀，通过气相压力反馈回来的数据，利用PID算法对调节阀进行控制，从而调节分离器的内部压力。

3.2 软件流程

主控站控制程序设计。根据主控站组态流程，制定了如图4所示的控制程序。主控站采集水上传感器和水下控制模块的数据，首先分析是否报警，如不报警则进入分析数据程序，通过PID控制程序对其进行分析，并发送数据到水下控制模块中，进而对水下设备进行控制。如果采集的数据触发报警系统，则分析是一般报警还是关断报警，如是一般报警，则只在监控界面上显示报警信息，不进行关断;如是关断报警，则按照关断程序对设备进行关断，并在监控界面上显示报警信息。

主控站变量归档系统设计。主控站变量归档系统由3部分构成:原始数据库、报警记录数据库和数据分析数据库(图5)。原始数据库是存储传感器直接发送过来的信号，主控站变量归档系统依据课题实际需求，原始数据库主要存储的变量有阀门的开关量、水下泵的转速、压力变送器的压力、液位变送器的液位、温度变送器的温度、油嘴的开度、数显电压表的电压、湿度变送器的湿度;报警记录数据库用来存储报警系统发送来的信号(报警位置的编号、报警名称、实际测量值、报警时间及人工处理报警时间等);数据分析数据库用来存储数据分析流程所产生的信号。按照用户的需求可以在3个数据库内进行调取和显示数据。

主控站数据分析程序设计。主控站数据分析程序把发送来的信号按照预定的程序或算法进行分析，并以曲线形式显示，分析数据趋势并与正常工作范围进行比较，以确认设备是否正常工作或预计设备未来的工作趋势。主控站数据分析的数据来源于变量归档系统，可以分析原始数据库的原始数据，以分析生产设施的工作状态。

数据分析程序通过对一些模拟量的变化趋势进行分析，当达到报警位置时，及时进入报警系统进行报警;当没有达到报警位置时，通过对数据的变化趋势进行分析，确认是否有异常的可能性，如果有，则进入报警系统，在监控界面上提示用户。数据分析的具体流程如图6所示。

主控站报警系统设计。主控站报警系统在整个主控站控制系统中非常重要。主控站报警系统依据报警条件对数据进行比较、逻辑处理或算法运算，判断是否发出报警通知。它会在第一时间把异常工况通知给系统并引导操作员进行报警处理。笔者设计了4类报警形式:趋势报警、偏差报警、一般报警和关断报警，具体的报警系统流程如图7所示。

4 主控站的界面设计

根据课题要求，基于WinCC，笔者设计了生产工艺工作界面、控制参数界面、趋势变化界面和报警界面。

根据水下分离器的工艺流程，设计如图8所示的工艺工作界面，在此界面中，所有需要监测和控制的重要参数都可以显示和控制。

由于生产工艺工作界面显示的参数不够全面，故另设计了一个控制界面，如图9所示，此界面可以显示和控制所有参数，非常清晰直观。

分离器中最重要的3个参数为油相液面、油水界位和分离器罐体压力，水下控制系统通过PID算法来控制变频泵的转速，从而控制此三相稳定在合适的范围内。

图10所示为趋势界面，从图中可以直观地看出控制系统的稳定性。

根据水下分离器的实际工况，设计报警界面(图11)，当系统报警时，可在此界面看到报警内容。

5 结束语

依据水下电液复合控制系统的需要，完成了对主控站的设计，设计的主控站可发送信号给水下控制模块控制水下设备，同时还能接收水下控制模块反馈上来的水下设备的信号，实现了监控与报警，达到了预期的功能。

摘要：对水下电控系统的主控站进行了设计,介绍了主控站的总体设计、软件设计和控制界面设计。

关键词：水下电控系统,主控站,水下分离器,软件设计,操作界面

参考文献