煤矿井下监控系统

煤矿井下监控系统（共12篇）

煤矿井下监控系统 篇1

前言

煤矿安全是国家安全生产工作中的重中之重。国内许多矿井的电网监控系统的数据传输多是用各自的通讯电缆传输到地面, 造成矿井大量重复布线、资源浪费、安装维护工作复杂[1]。且由于采用传统的窄带主从式通讯, 随着其装备数量的增加, 技术瓶颈日益突出。本文基于局域网和现场总线智能通讯技术, 采用嵌入式软件、分布式实时数据库和工控组态软件技术, 对煤矿井下、井上及高低压电网进行实时电力数据采集、数据记录、故障诊断、故障记录、自动化控制、电量管理的大型网络监控管理系统, 实现对变电所遥测、遥信、遥控、遥视。在煤矿安装应用井下电网监控系统可以保证井下电网的安全可靠运行, 有效减小事故范围, 提高劳动生产率, 并可实现供电的“移峰填谷”, 具有重要的经济价值和社会意义。

1 电网监控系统的组成

系统基于工业以太网理念构建, 由井下局域网和地面监控中心组成一个数据高速传输的大型监控网络, 保证了监测监控的实时性和可靠性[2]。监控系统原理图如图1所示。

井下局域网 (主干通讯网络) 主要由数据监测采集装置 (综合保护器) 、井下通讯设备 (带以太网接口的井下CAN-LAN分站) 等组成。数据监测采集装置 (综合保护器) 安装于井下高低压开关内, 负责对井下高低压电网进行实时数据采集;井下通讯设备 (带以太网接口的井下CAN-LAN分站) 安装于井下变电所内 (原则上每个变电所安装一个分站) , 负责数据的缓存、传输及协议的转换等;分别作为网络的终端节点和主干节点。数据监测采集装置 (综合保护器) 与分站之间采用CAN-BUS现场总线通讯方式, 分站与分站之间采用光缆连接, 整体构成一个高速的井下局域网 (CAN-LAN以太环网) 。

系统由置于井下开关内的智能综合保护装置对电网进行实时数据采集, 如电压、电流、零序电压、零序电流、分/合状态、视在功率、监视电阻、合闸次数、工作时间、累计电量等;同时对采集的实时数据进行分析、计算和处理, 对该线路进行各种保护的实时监测和判断, 执行保护动作并输出保护信号, 如过压、欠压、短路、过载、漏电、漏电闭锁、绝缘监视和风电闭锁等;通过CAN-BUS现场总线 (或RS-485总线) 传输到各变电所井下分站 (带路由功能、采用嵌入式操作系统、采用4路并行巡检方法, 实现实时性) , 分站对数据进行缓存及协议转换, 再通过带光纤接口的井上交换机实时向到地面中心站传输, 同时智能综合保护装置能迅速接收地面中心站发出的各种指令, 如远程参数整定、遥控分闸等, 确认后即时执行, 记录操作时间并即时把信息返回地面中心站。

井下数据通过交换机传到地面中心站后, 两台工控机对数据进行采集 (双机热备) , 整合压缩后储存到两台数据库服务器 (双机热备) , 两台服务器建立磁盘阵列, 保证极大的数据存储容量;设置一台PC机负责井下变电所运行情况的实时显示。同时设置一台Web服务器负责数据发布, 采用B/S计算模式, 提高了数据安全性, 避免网络阻塞及减少并发访问时的等待时间。

地面中心站的模拟屏则实时模拟、显示井下电网的运行状态, 通过监控软件对接收的数据进行处理并自动记录, 生成各种运行曲线和图表, 方便调度员及时查看和打印;当井下出现故障时, 自动发出事故和越限报警, 并记录事故发生的地点、时间、设备名称、事故类别及当时的运行参数, 使值班人员能及时、准确的作出相应处理措施。

2 监控系统硬件设计

2.1 监控计算机设备

计算机作为系统的主控设备监视、控制井下所有设备的工作状态, 并作为系统的显示和输出终端, 正常情况下显示被监测井下供电电网图、采区变电所各支路高压真空配电装置输出回路的供电状况、各种故障状态的颜色变化和声光报警, 并有故障名称、时间、区间等关系数据库, 还有可打印的有关整个变电所和各支路用电状况及故障情况日、月、年报表。可随时设置各种监测参数的有效整定值。还留有网络接口, 根据将来需要, 并入矿内局域网。各终端计算机皆可即时查询、分析当前电网的运行状况。

2.2 CAN通信接口

CAN总线分为数据链路层 (包括逻辑链路控制子层LLC和媒体访问控制子层MAC) 和物理层, LLC子层的主要功能是为数据传送和远程数据请求提供服务, 确认由LLC子层接收的报文实际已被接收, 并为恢复管理和通知超载提供信息。在处理定义目标时, 存在许多灵活性。MAC子层的功能主要是传送规则, 意即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。MAC子层要确定为开始一次新的发送总线是否开放或者是否马上开始接收。位定时特性也是MAC子层的一部分。MAC子层不存在修改的灵活性。物理层的功能是有关全部电气特性不同的节点间的实际传送, 在选择物理层时存在很大的灵活性。MAC子层是CAN协议的核心, 它描述由LLC子层接收到的报文和对LLC子层发送的认可报文。MAC子层可响应报文帧、仲裁、应答、错误检测和标定。

2.3 井下通信分站

井下通信分站, 在煤矿井下含有爆炸性气体的环境中对监测系统采集的数据传输到地面主站, 也可将主站的命令发送给井下的监测节点。

井下CAN-LAN分站负责CAN-BUS现场控制总线和井下局域网之间的数据转换。它在数据传输时能智能化地寻找发送和接收地址, 选择路径[3]。它带有CAN总线接口和RS-485总线接口, 可以完成井下网络间、各种现场总线间、现场总线与监控网络间的互联。井下CAN-LAN分站内有一个处理器和四个100M交换机。分站在完成格式转换过程中, 并不改变所收到的LLC帧的内容和格式, 所改变的只是MAC帧的格式;分站有足够的存储空间, 以适应通信量的峰值变化;分站智能化地完成寻址和选择路由的操作。它带有多个局域网网络接口, 其中包括CAN总线接口和RS-485总线接口, 可以完成局域网的互联, 也可以完成CAN总线或RS-485总线间的互联以及不同总线与局域网的互联。它可以同时连接1到4组CAN总线, 每条总线又可挂接110个节点, 大大减少了井下监控网络对通讯中继的需求, 降低了成本。

2.4 高低压开关智能综合保护器

利用单片机技术控制A/D转换器, 采集当前电网参数进行比较、处理、显示, 实现跳闸保护功能, 同时, 把相关模拟量和开关量传输给分站处理, 作为监控网络系统的共享资源使用。智能高低压综合保护装置采用模块化结构, 优化的软硬件抗干扰处理。保护器具有故障追忆功能, 可记忆前1000次以上发生的跳闸故障, 并包含相应动作资料。同时实时地在液晶屏上显示出系统状态参数, 如三相电流及电压值等;在出现故障时能根据故障性质决定脱扣跳闸的时间, 显示并记忆故障相关参数, 以便用户查询。通过对保护器按键的简单操作可随时对保护器的动作参数进行整定。当保护器装入隔爆型馈电开关本体后, 除可以通过窗口观察到显示屏上的各种信息外, 通过CAN通讯接口也可在不打开开关外壳的情况下, 通过地面监控中心主控计算机实现对保护器的各种保护功能的整定及试验, 实现保护器的智能化。

3. 监控系统软件设计

3.1 数据采集与监控系统软件

井下智能采集器与监控主机 (SCADA, Supervisory Control And Data Acquisition系统, 即数据采集与监视控制系统) 的通信采用一主多从、循环查询的方式, 即只能由SCADA监控软件对召唤智能采集器单元的数据 (按照一定的周期T) , 根据智能采集器的地址依次发出各种命令要求 (即下行命令) , 智能采集器单元在接到命令后按照要求进行各项操作或上传数据, 在没有接收到下行命令, 智能采集器单元不主动上发数据 (即上行数据) 。

智能采集器的通信应用单片机的多机通信技术, 因此下行命令 (由SCADA监控软件发送) 的第一个字节 (实际是智能采集器单元的地址) 采用8个数据位凑奇的方式 (即下行命令的8个数据位中只有低7位是有效数据位, 最高一位是凑奇效验位) , 后续字节采用8个数据位凑偶的通信方式 (即下行命令的8个数据位中只有低7位是有效数据位, 最高一位是凑偶位) 。

3.2 系统软件的功能模块设计

根据系统的开发原则和需求分析, 在系统的设计阶段, 运用结构化设计方法的基本思想, 自顶向下将系统分解成若干具有层次式的模块, 实行模块化设计, 为使系统有合理的结构和较好的可维护性, 模块结构设计应遵循尽量使模块大小适当、基本独立、功能明确, 模块结构设计是监控系统总体设计的重要内容。此电网监控软件系统有以下几个功能模块:数据通讯模块、数据采集及处理模块、报表查询打印模块、报警模块、遥控模块、用户分级管理模块、系统帮助模块、系统退出模块。其中报表查询打印模块、用户分级管理模块又各自包含几大模块。本系统模块的划分遵循软件工程的结构化设计方法, 每个模块的设计严格按功能层次构成, 使其既反映了数据和过程的抽象, 又保证了信息隐藏, 实现了模块的独立性。

3.3 嵌入式系统软件开发

将智能高低压综合保护装置内的嵌入式监控系统软件固化于智能高低压综合保护装置的存储器内, 控制装置内的电力检测部件对井下高低压开关的各种电气参数和数据进行采集, 对采集的数据进行计算、处理、判断后, 它又可控制装置内的综合保护部件对线路进行短路、过载、漏电、绝缘监视、过压、欠压等保护。同时软件可以根据需要有选择性的通过装置的CAN-BUS或RS-485两种远程通讯接口, 向网络通讯中继传输各相电流、电压、功率等电量参数以及保护动作状态, 并接受地面主机的保护整定以及分闸指令。

井下CAN-LAN分站内的嵌入式通讯控制系统软件负责控制井下CAN-LAN分站的通讯数据转换、网络连接、设备开停控制、数据存储控制等。当网桥接收到采集装置上传的数据后, 系统软件自动对数据进行数据格式转换, 并划分足够的存储空间, 以适应通信量的峰值变化。数据转换后, 系统软件控制网桥采用分布式计算技术自动寻找数据要发送的地方, 判断传输路径, 并可根据用户需要有选择性的利用CAN-BUS接口或RS-485接口发送数据[4]。当监控网络中的某个监测监控装置发生严重故障时, 系统软件自动对监控网络进行扫描, 中断与该监测监控装置的通讯, 并把它从网络中删除, 防止造成整个监控网络的瘫痪。

4. 结束语

通过对煤矿井下变电站实时监控系统的硬件设计、软件设计、通信网络结构设计和实时监控的实现进行了深入的研究, 可迅速而准确地获得各变电所运行的实时信息, 完整地掌握变电所的实时运行状态, 及时发现电力设备运行中的故障, 并作出相应的决策和处理。提高了煤矿机电管理水平, 确保煤矿井下可靠指挥、安全及高效生产。

参考文献

[1]中华人民共和国国家安全生产监督管理总局.煤矿安全生产“十一五”规划, 2007.2

[2]邓先明, 杨宇, 方荣惠.基于现场总线的煤矿供电自动化系统.电力自动化设备, 2007

[3]徐鸿磊, 徐钊, 李传发等.基于P87C591的多路CAN通信接口设计.煤矿机械, 2007, 28 (10) :15-17

[4]宋雪良.基于CAN总线局域网与以太网互联技术研究.哈尔滨:哈尔滨工程大学, 计算机科学与技术学院, 2005

煤矿井下监控系统 篇2

监管监察

据新华社消息，国家安全监管总局和国家煤矿安监局日前对外发布通知，要求各地强化对煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善工作的监管监察。

煤矿井下安全避险“六大系统”是指监测监控系统、人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统。通知要求，对2013年6月底前未完成“六大系统”建设完善任务的生产矿井，要责令其限期整改；到2014年6月底仍未完成建设完善任务的，要依法责令其停产整顿，并暂扣其安全生产许可证、生产许可证。

通知指出，停产整顿矿井复产验收时，应将“六大系统”建设完善情况作为验收条件，没有完成的一律不得通过复产验收。新建矿井和兼并重组、整合技改矿井要将“六大系统”纳入煤矿建设项目安全设施之中，并严格执行安全设施“三同时”的规定。在矿井设计审批、工程施工、项目验收过程中，对未设计和建设完善“六大系统”的要实行“一票否决”。

煤矿井下监控系统 篇3

安全监控系统；现状；措施

煤矿井下作业深入地下，远离地面，地形十分复杂，并且我国地质条件恶劣，有近一半的矿井属于高瓦斯矿井，矿难事故频繁发生。在这些事故中，煤矿企业安全监控系统不完备，管理技术落后是造成事故的主要原因。事故发生后地面与井下信息沟通不畅，地面无法掌握井下的具体情况，对抢险救灾带来极大的不便，一旦发生事故，安全救护的效率非常低。为了从根本上解决井下作业的安全问题，解决地面对井下作业的实时监控，使用安全监控系统是主要的手段。

1.矿井安全监控系统及其作用

煤矿安全监控系统是指对煤矿的环境情况与机电设备工作状态的检测和控制，并利用计算机对取得的数据进行分析处理。煤矿的环境状况包括：瓦斯情况、井下风速情况、一氧化碳的含量、温度、湿度、粉尘等情况；机电设备包括井下的割煤机、皮带机、转载机、煤仓煤位的高低以及支路的电压和电流情况。煤矿安全监控系统分为井上和井下两个部分。井上有数据服务器、监控管理软件、交换机、监视器、打印机、通信转换接口等组成；井下主要是一个个的监控基站组成，也可以称之为感应器，有风速感应器、湿度感应器、温度感应器、一氧化碳感应器、机电设备感应器等等组成，主要负责相关数据的采集，并将相关数据传输到地面，发送到地面各个部门。

矿井安全监控系统包括信息采集、传输、处理、储存和发布等功能。监控主机对井下各个传感器进行循环检视，井下的监控基站和传感器将井下的各种数据及时传送到地面的主机上，主机对各种数据和参数进行分析和处理，并能根据情况发出声、光报警和断电控制信号。安全监控系统主要是监测井下瓦斯和其他气体的情况以及各种机电设备的运行状况，并可以在地面对井下进行有效的控制。通过安全监控系统，可以较为准确、及时地了解井下的安全情况和生产情况，对灾害事故可以及时预测和预报，并能根据情况自动做出处理。生产调度人员也可以根据监控系统了解井下机器设备的运行情况，准确地指挥生产。

2.目前矿井安全监控系统的现状及存在的问题

随着科学技术的飞速发展，目前我国有些矿井已经采用了安全监控系统，并且技术上有了很大的进步，为煤矿的安全生产带来了质的飞跃。虽然矿井安全监控系统为煤矿的安全和生产起到了重要的作用，但是仍然无法满足安全生产的需要，主要表现在以下几个方面：

2.1价格昂贵，质量不过关，维护成本高

由于目前国内还没有统一的行业标准，各个厂家生产的系统互不兼容，这样会造成煤矿企业大量的人财物的浪费，大大提高了开发成本，因此安全监控系统很难在中小煤矿得到推广。产品的性能极其不稳定，质量低下，系统使用寿命很短。目前的矿井监控系统是由各个子系统组成的，但这些子系统多数是封闭性系统，系统中的通信协议和信息交换是由各个厂商自己制定的，互不兼容，子系统之间的沟通不畅，数据难以共享，造成了设备的重复开发和投资，大大调高了系统维护成本。

2.2通信技术不兼容，监控数据有误差

没有统一的行业标准，现有监控系统生产商都采用自己专用的通信协议，在软硬件上互不兼容，很难找到相互兼容的系统。系统之间的不兼容性制约了矿井进一步的扩充系统功能，另外，监控系统的制造商对系统的研发固步自封、技术支持能力不足，最终影响了系统的正常使用。同时，有些监控存在数据延迟、信号不稳定等情况，这样就无法准确及时地了解井下情况，为矿井的安全生产带来了隐患。

2.3传感器安装和校验方法不尽合理

井下瓦斯主要是在开采过程中产生的，开采工作面瓦斯含量最大，但由于在工作面安装检测系统有诸多的不便，因此在开采工作面基本没有安装瓦斯监测装置，只是在很少的地方安装了瓦斯检测器。大多煤矿井下地形复杂，况且目前大多是有限传输的方式，传感器的有效范围受到了挑战，范围外的情况无法被采集，严重影响了监控数据的准确性，无法实现监控的有效性。再者，传感器的定期校正也非常关键，国家明文规定要每七天必须对传感器进行一次校正，但有的煤矿缺少专门的技术人员，造成传感器监控不精确，误差大。

2.4专业技术人员缺乏

煤矿的安全监控系统是一个集合体系，包含了很多内容，技术人员不仅要掌握计算机知识还要掌握煤矿安全管理和机电设备等知识。上世纪九十年代煤矿效益差，再加上近些年来很多煤矿专业学生停招等原因，使得人才大量流失，导致专业人才匮乏。有些生产厂家的售后服务不及时，出现故障不能及时解决，造成很多系统无法正常工作。

3.完善煤矿安全监控系统的措施

3.1制定统一的行业标准

设计和开发监控系统的商家必须参照统一的标准来进行设计和生产，生产标准也应该根据需要及时更新和完善，尽量做到系统兼容，数据共享。

3.2从技术上改进监控系统

首先，应该更新传感器技术。传感器是监控系统的技术基础，也是关系监控质量的重要方面。应该采用新技术、新理论来完善传感器的功能，使其更加智能化和功能化。其次，应该大力应用多媒体技术。随着技术的发展，监控系统的数据信息应该是文字、语音、图像等多媒体的集合，监控系统也将发展成为集视频监控、语音调度及考勤管理为一体的信息系统。最后，还应大力发展信号传输技术和远程监控技术。

3.3大力培养专业人才

专业人才的培养关系到整个监控系统的良好运行和系统维护，可以通过招聘一些高等学校的专业毕业生，或者将有一定技术和管理知识的员工送出去培训，或者请专家和技术人员来进行培训。

3.4健全煤矿安全监控管理制度

制度建立是推行安全监控系统的保障，矿井应该根据自己的实际情况和管理体制，进一步完善安全监控的管理制度。比如要完善安全监控系统的各级、各部门、各岗位的安全责任制，完善监控系统的操作规范和设备保养维修制度，完善各个工种的培训制度等等，并将此与绩效考核和薪酬挂钩，建立奖惩和激励机制。

参考文献

[1]刘西青.论国内煤矿瓦斯监测监控系统现状与发展[J]山西焦煤科技.2006.05

[2]魏乐平.煤矿安全监控系统应用中存在的问题与对策[J]煤矿安全.2006.11

煤矿井下监控系统 篇4

关键词：机车监控系统,发展前景

0前言

目前以轨道传感器为主要技术的系统 (DCS系统) 仍占据着我国煤矿井下运输监控系统设备部分市场。随着国内科研和制造单位的日益发展壮大, 研制水平的不断提高, 品种齐全和多样化, 以及它具有价格低和服务及时等诸多优势, 不言而喻, 以轨道传感器为主要技术的系统将会逐年下降。另外, 随着我国高产高效现代化矿井建设发展的需要, 以轨道传感器为主要技术的系统, 远远不能满足现在煤矿井下辅助运输的需求。KJ221采用无线传感网络+现场总线控制结构 (FCS) , 具有高效能、多用途、灵活方便、高效安全和适应性强等优点, 在功能和控制范围上, 可多可少, 可大可小, 以满足不同矿井井下机车运输的要求, 在追加投资后系统能方便地扩充功能和扩大控制范围。该系统为整体优化设计, 采用以软代硬的设计思想, 强化软件, 简化硬件, 降低设备造价, 减少设备数量, 减少系统的故障点, 提高系统功能及可靠性。而且系统的可扩容性大, 兼容性强, 能够满足国内所有的煤矿企业。系统采用工业以太网满足不同规模煤矿的需求, 也可以接入现有的总线系统内, 从而降低成本。所以井下运输监控系统在我国煤矿井下运输中占有的比例将逐年扩大, 且前景看好。

1 系统概述

(1) KJ221机车运输监控系统用于恶劣环境的无线网络+现场总线式工业控制系统 (FCS系统) , 系统以运输监控系统为基础, 在地面主控室对矿井大巷的矿车运输实现监控和自动调度。能实时显示井下大巷各列车位置、车号及信号灯、道岔状态和区段占用情况, 指挥列车安全运行。系统能随时反映每段设备和传感器的工作状态, 故障自动诊断、报警, 记录运行过程数据, 能生成管理报表和列车循环图;整个系统无动触点, 采用电隔离, 可靠性高。

(2) 系统设计遵循《煤矿安全规程》、《井下机车运输信号系统技术装备标准》、《煤矿井下机车运输信号设计规范》等行业标准, 技术先进, 安全可靠。

(3) 该系统主要由主控设备、通讯站、控制分站、接收器、发射器、司控电动道岔装置、系统显示器、语言告警装置和车辆传感器等设备组成。井下所有设备已通过煤炭工业防爆检验站和煤炭工业安全标志办公室的检验和审核, 并发有防爆和煤安标志证书。

(4) 系统设计采用先进的通信、监测、信息处理、计算机等技术构建以无线传感器网络 (wireless sensor network) 为技术基础的井下轨道运输监控系统。它依靠无线接收网络检测车辆的运行状况, 由就近控制分站传送到运输调度中心, 在图形显示设备上以模拟图显示出来, 供调度人员掌握, 并且依靠计算机强大的记忆、判断和运算能力, 将调度人员的调度意图分解为具体的控制指令, 控制执行设备完成道岔位置与进路开放等调度动作, 从而达到保障运输安全、提高指挥效率、增加经济效益的目的。

2 主要实现功能

(1) 调度功能:

具有自动、手动、检修三种工作方式, 可在上位机或主控台上切换, 检修方式用于人工调整井下车场的信号灯。能根据设计及现场实际情况, 完成信号闭锁和道岔控制。调度员能醒目地监视到矿井运输各主要区域内所有电机车的运行和设备工作状态, 系统能按调度员发出的运行任务指令自动指挥列车循环运行, 根据需要也可随时分进路、分车辆实施调度, 即实现自动或半自动调度。

(2) 闭锁功能:

具有进路与进路之间的开通情况闭锁和区段自动解锁功能。道岔位置指示闭锁, 保证进路上全部道岔闭锁在规定位置。列车占用区间闭塞, 保证其他车辆不得进入占用区间。信号指示和电动转辙机联动并闭锁, 确保信号指示与道岔实际位置相符, 不致错发信号。具有道岔不密贴闭锁和挤岔显示及报警。系统应具备“故障导向安全”的功能及矿井运输“信、集、闭”所需要的其它闭锁功能。

(3) 显示功能:

本系统显示器和计算机进行双屏显示, 显示形式可采用模拟图、表格、汉字、图像等。显示内容包括: (1) 列车位置、运行方向等; (2) 区段车辆情况; (3) 信号灯及闭锁信号灯状态; (4) 道岔位置及挤岔不密贴显示; (5) 机车询问显示; (6) 井下车场的模拟显示。

(4) 管理功能:

管理计算机能自动打印有关管理数据或图表。管理数据内容主要包括: (1) 统计每班、每日、各煤仓的出煤量; (2) 电机车和系统内各种设备的运行情况; (3) 闯红灯时间、地点等。管理图表主要有:机车运行循环图表, 系统运行日志及相关报表等。在计算机中能随时反映系统内设备的工作状态, 并诊断出故障位置, 即具备故障诊断功能。

(5) 超速报警功能:

能够及时提醒由于各种原因导致机车行驶过快, 同时当车辆进入区段时, 设备有语音提示:“该区域车辆占道, 其它车辆禁止进入”。能够在现场提供超速、追尾、掉车等报警, 让机车司机能够及时了解机车的运行状况。

(6) 故障自诊断功能:

能随时反映系统内设备和传感器的工作状态, 能自动进行故障诊断并完成报警。

(7) 可视化监测功能:

在计算机终端和图形设备上以文字、模拟图和表格等形式实时显示各列车位置、车号、运行方向、车皮数及信号机的状态、道岔位置和区段占锁等运行状态信息。实时显示运输大巷运行机车状态, 运行过。操作员能统观全局, 知道每辆车的具体位置, 便于整体控制。

(8) 重演功能:

能够根据记录的运行过程数据, 对记录信息进行分类查询, 在图形设备上以随意速度重现指定时间内的实际运输过程, 重演站场状态, 查看调度主机的各项系统信息, 对记录信息的分类查询, 为分析事故原因、改进调度策略提供技术支持。

(9) 防追尾功能:

通过无线网络传感器获取机车的位置, 同时报警, 避免机车追尾。

(10) 其它功能:

弯道语音报警功能:系统应具备语音功能, 有清晰的语言报警功能, 具备声、光、电一体的提示输出。兼容性和可扩充性:系统具有优良的兼容性和可扩充性, 例如:可接温度、瓦斯、湿度等其它传感器, 并配合相应软件以形成运输、生产和环境三合一的监控系统。远程诊断与维护功能:远程计算机可以通过网络, 在不影响系统运行的情况下对系统进行诊断和维护。

3 工作原理

KJ221井下系统主控器通过网络电缆, 一方面接受工控机的访问, 将所收集的检测信息整理打包, 上传给工控机, 同时接受工控机下发的控制指令;另一方面系统主控器自己将不停地对所连接的检测设备进行检测, 如接收器机车累计请求信息、显示器和司控道岔的回测信息等, 并下达控制命令, 控制司控道岔和显示器。具体处理过程如下:

系统主控器对显示器的处理过程:主控器除按上位机命令以编码方式发送显示器点灯模式外, 还不停地检测显示器的显示状态, 并判断是否与命令模式一致, 否则就向上位机告警。如果和分站失去通讯时间超过10秒, 则显示器将自动归为显示器初始模式。

系统主控器对司控道岔执行器的控制和检测过程:首先将定位或反位命令以编码的形式连续发送给执行器驱动模块, 同时不停地检测执行器的状态回测信号。若回测位置与控制位置不一致或道岔不到位时, 系统主控器将及时把信息上报给上位机, 上位机将给系统主控器连续发3次执行命令, 直到道岔到位, 否则上位机将报警挤岔。

系统主控器对接收器信息的处理过程:接收器将从天线接收到的信号转换成编码信号传给系统主控器, 系统主控器将这些编码转换成固定代码, 如:车类、行车方向、行驶速度等各种请求, 然后传送给上位机。

显示器的基本工作原理是:系统根据路段占用情况和机车位置状况, 决定对显示器发出何种显示信号命令, 显示器接收显示信号命令时, 显示所需的信号, 如红灯或绿灯。同时显示器也将自身当前显示模式, 回送给系统主控器, 以告知自身显示状态。若显示器与系统失去通讯, 10秒钟后自动复位。

在KJ221系统中, 将KJ221-FS发射器安装在机车司机驾驶室内, 天线安装在车顶棚中间, 供电采用机车逆变器输出的24V电源。系统运行时, 发射器将机车车号编码及机车调度、管理所需的其它编码信息键控调制后用无线电的方式发送出去, 这些信息被安装在平巷各监测点的接收器接收后, 传给系统主控器, 再由系统主控器通过网络传至上位机监控系统, 从而使系统实时显示车号、车类等信息。

车辆传感器采用电涡流式无接触传感方式工作, 即当机车车轮经过安装在轨道内侧的一对车辆传感器时, 车辆传感器产生感应信号并上报系统主控器, 从而实现机车车位的监测。另外, 每对车辆传感器的安装均错开一定的距离, 这样除了可以监测机车车位外, 还可以判别机车运行方向以及通过的车轴数, 使计算机能够计算出车皮数, 从而实现运量的月报表统计工作。

4 结语

相对于传统的系统, KJ221优势明显:

KJ221采用无线传感器网络, 把无线网络传感器分布在大巷的顶端或两侧, 信号布满大巷内可以有效解决由于车轮挤压、机车震动、积水的情况造成的信号失灵问题。

KJ221采用无线传感器能够实时、准确的把采集到的信息输送到主控器上, 由主控器发送到工控机上, 达到显示机车的位置、方向、机车的运输过程。通过调节无线网络传感器的分布来精确机车位置, 可以精确到10米, 给机车精确定位提供有效依据。

KJ221系统采用无线传感器网络技术, 每辆机车只有一个发射器相当于每辆车只有一个信号源。从根本上杜绝了传统“信集闭”由于轨道上轨道传感器信号不稳定产生很多信号源造成的大量的假车现象。

KJ221使用无线网络传感器技术, 对机车的精确定位、跟踪、监控、调度全是无线双向传输, 有效解决了这一难题同时也降低了成本。另外, KJ221系统为现场总线控制结构 (FCS) , 各分站就近安装在控制现场, 并联挂接在一条通信电缆上, 比较以集散分布式 (DCS) 控制结构和轨道计轴传感器为技术核心的系统, 节约电缆30%以上;KJ221系统为分布式现场总线控制系统, 只有一条总线, 单个设备都能够直接挂接在总线上, 1000米一台分站, 不需要单独的电源箱和接线箱。

可操作性好, 定位精度可自由选择。煤矿井下机车定位系统采用先进无线网路传感器技术, 识别区域可以准确界定, 通过网络接收机的布局, 机车定位精度为10米, 运行稳定, 计算误差小等优点.与其它常用节点定位技术相比, 无线电干涉测距定位技术具有定位精度高, 传播距离远, 所需硬件设备少等优点。整个系统设计成为“傻瓜型”, 对用户的要求极低, 具有简易可调的功能、故障自动巡检功能等。系统操作简单, 并可对故障地点自动报警, 维护方便。

煤矿井下监控系统 篇5

煤炭是我国重要的能源资源，我国的煤炭工业长期停留在人工开采水平，生产效率低，安全隐患多，如瓦斯爆炸、地下渗水等事故经常发生，随着计算机应用在各行各业的逐步普及，煤炭生产水平目前逐 步实现了自动化，生产效率大大提高。下面是我们的一个客户使用研祥工控机、远程采集模块在煤炭生产监控中的应用。

[系统要求]

井下采掘点分散，并随着生产不断改变;

要求系统安装、维护方便;

系统监测数据准确;

[系统框图]

[系统原理]

选用研祥工控PIII主机作为煤矿调度室的主控机,用研祥的ARK-14520通讯模块和ARK-14017模拟量输入模块、ARK-14050数字输入输出模块组建RS-485网络来采集井下的各种数据和控制风机、水泵等设备的运转，

在矿井下的不同位置安放各种传感器,监测当地的的水位、瓦斯含量、温度、含氧量等数据，通过ARK-14017变换为数字信号用RS-485总线传至井上调度室主控机。另外在井口还有传感器监测风压、风的流量，判断风机是否运转。主机根据各点数据情况通过ARK-14050来控制水泵、风机的运转，从而调节风量,控制水位，保证井下矿工的正常工作。另外，瓦斯含量、水位超限系统还会通过ARK-14050发出声光报警，提示调度人员及井下矿工注意，直至排除故障。

[系统配置]

机箱：IPC-810P

主板：FSC-1621VD

CPU：PIII800

内存：128M

硬盘：40G

通拟模块：ARK-14520

模拟量输入模块：ARK-14017电源

模块：ARK-243

[系统评价]

1主机采用WINDOWS操作系统，VB编程，画面简单直观，很适合煤矿一般人员操作;

煤矿井下监控系统 篇6

关键词：煤矿；井下运输系统；事故原因及控制措施

随着社会的发展，我国的经济发展十分迅速，带动着煤矿事业也在快速发展，其中的煤矿井下运输系统在实际的工作中发挥着重要的作用，并能够提升生产的质量。我国的煤矿井下运输系统主要是利用皮带进行运输，这在实际的工作中能够提高煤炭的生产效率，但是其井下运输系统也在管理和实际的运行过程中出现一些问题，导致事故的发生。本文通过分析煤矿井下运输系统事故发生的原因，来进行控制措施的探讨。

1.煤矿井下运输系统出现事故的原因

通过对煤矿井下运输系统实际的运行进行分析，不难发现出现事故的原因主要集中在五个方面，下面就具体进行分析。

1.1在井下运輸系统管理方面存在安全隐患

首先煤矿井下运输系统中在进行系统管理方面存在安全隐患，大多数工作人员对煤矿井下运输系统，一般是皮带运输系统的管理方面松懈，在思想和意识上没有认真落实安全第一和生产第二的思想，有时候甚至是在实际的管理中违反相关的规章制度，导致一些生产安全违规行为的出现，影响井下运输系统的正常运行和操作。

1.2对运输系统进行维修的工作人员缺少必要的专业素质

在煤矿皮带井下运输系统中，进行维修和护理的工作人员自身缺少必要的专业素养，他们自身的文化程度就高低有别，一些专业的维修技术还不能完全掌握，这些人员自身的安全意识不够，专业知识掌握不牢固，这样在进行设备维修的过程中，没有一定的安全意识，责任心也不强，最终容易导致安全事故发生。

1.3专业人员管理方面存在问题

在井下运输系统运行过程中，值班人员在管理上存在问题，主要体现在值班人员经常被冒名顶替，尤其是一些系统中非常重要的操作人员，他们本身的责任就比较重大，让别人冒名顶替，尤其是让新进人员进行值班，没有考虑到他们的专业技能还不够熟练的问题，以及这些人员在上岗工作的时候还没有进行专业的安全培训。让这些人员进行顶替值班，容易引发安全事故。

1.4经常调换岗位操作人员

在煤矿井下运输系统中存在一个非常严重的安全隐患就是运输系统实际操作人员经常进行调换岗位的行为，这些岗位调整的行为没有考虑到工作人员自身的专业素养和知识技能，在不考虑用工的因素时，经常会出现一些老弱病残人员纳入实际的操作岗位上的现象，这些行为都是引起安全事故的一些影响因素。

1.5井下运输系统的设备存在安全隐患

除了一些人员上的因素之外，煤矿井下运输系统还存在的问题就是设备的更新。许多运输系统还未能达到设备整体更新的程度，许多设备已经出现了老化现象，但是还是在实际的工作中进行操作，这些设备上的隐患容易导致整个井下运输系统产生严重的安全事故。

2.控制煤矿井下运输系统事故的措施

2.1加强质量管理标准化，规范用工制度

为了减少和避免煤矿井下运输系统在运行过程出现安全事故，首先应该加强质量管理标准化，这样才能保证煤矿企业在生产时的安全性，其次应该严格规范用工制度，使工作人员能够在工作中端正态度，认真对待工作，在工作中保证项目的质量，按照发展的目标进行标准质量的生产。质量的标准化主要是体现在工程的设计环节、操作环节、维修等环节，加强技术操作人员的技能，从思想意识到技术维修各方面都重视质量的标准化。

2.2加强对系统操作人员的技能培训

为了使煤矿井下运输系统的操作人员能够熟练进行业务，应该对系统的操作人员进行技能培训，主要的方法可以有以下几点：一是建立必要的竞争机制，这样能够使员工通过竞争来上岗工作，按照岗位制度进行员工管理，并且按照岗位所需的技能进行工资分配，这样能够带动员工进行自主学习；二是定期组织工作人员以比赛的形式进行技术检验，对于比赛胜利的员工予以物质奖励，这样能够充分调动工作人员的工作积极性和热情，使员工能够在工作岗位上按照规定和要求进行作业；三是进行外培与内培相结合、内培为主，重点与业余培训相结合、重点培训为主，以及新岗位、新工人、新技术相结合的“三结合”方式对员工进行强化培训，以此来不断地提高员工的专业素养，减少工作时出现的安全隐患。

2.3对系统操作进行管理监督与检查

除了对煤矿井下运输系统进行人员的培训以及加强生产的质量之外，还应该对整个系统操作进行严格的管理监督和检查，这样才能够减少违章蛮干以及麻痹侥幸等心理现象的产生。具体的监督管理方式有：加强对生产安全的监督管理和制约机制，这样能够在煤矿工程中设置相关的管理监督部门，充分发挥他们的作用，监督井下运输系统的正常运行；建立有效的、科学的安全管理制度，这样能够根据制度严格规定员工的工作职责，在员工当中严格执行岗位责任制以及安全生产责任制度，这样能够使员工明确了解各自的责任，在工作中树立安全意识；建立健全安全激励机制，这样能够及时激励员工认真工作，建立严格的考核制度和奖惩制度，对员工进行督促和检验，使员工能够有工作紧张感，严格进行安全作业。

2.4及时对系统设备进行维护和更新

为了加强煤矿井下运输系统的安全性，应该要及时对系统设备进行维护和更新，要对使用设备的人员进行责任制落实，让员工谨记安全责任；在实际的工作中，煤矿企业可以采用包机制，认真做到定机、定人、凭借证件上岗工作，这样能够在员工当中执行岗位制度，并要求员工按照规定进行设备操作；工作中要对设备交接班工作进行严格的管理，认真做好交接班时设备的运行记录。对于设备本身，工作人员要设计好设备的安装以及改造等环节的工作，认真选好设备的型号，并进行购买，在施工过程中认真做好监督管理工作，这样避免和减少设备所带来的安全隐患。

3.结语

煤矿井下运输系统直接影响到整个煤矿事业的生产。因此企业应该十分重视煤矿的井下运输系统，使其能够正常运行起来，并能够保证生产质量，对于一些安全隐患要采取预防措施，减少事故的发生，并为整个工程项目做好基础保证。

参考文献：

[1]宋修通，王军，刘建伟.煤矿安全事故分析及对策[J].山东煤炭科技，2012.

[2]祝军.里伍铜矿井下运输系统改造方案优化选择[J].采矿技术，2010.

煤矿井下排水泵监控系统的设计 篇7

煤矿井下排水系统是煤矿生产中的主要工作系统之一, 它承担排出井下全部涌水的重要任务, 是保证煤矿安全生产的关键设备。排水系统是煤矿生产的耗电大户, 占全部生产用电的13%～18%。因此, 有效地控制排水系统, 使其高效低耗、经济可靠地运行对煤矿安全生产意义重大, 也是降低煤炭生产成本的有效途径。

本文根据煤矿的生产实际情况, 研制了一套井下排水泵监控系统。该系统以AVR单片机ATmega16为核心采集与处理数字信号、实时监测排水系统各项运行参数、自动控制排水泵的运行、监控井下水仓的水位, 并具有水位超限自动报警功能;采用单片机控制与PC监视相结合的方式, 使地面调度室能随时监控排水泵的运行状况, 当排水泵的参数超限时, 可在地面远程操作排水泵[1]。下面给出该系统的硬件和软件设计。

1 系统结构

井下排水泵监控系统包括AVR单片机系统、传感器组、传感器接口电路、电源模块、A/D转换电路、键盘、LCD显示模块、水位报警器、上位机通信模块[2], 如图1所示。

该系统负责测量并显示主排水泵的电压、电流、真空度、润滑油油压、油温等一系列参数, 根据所测量得到的参数进行综合逻辑分析, 判断是否出现异常情况, 并在异常情况出现时自动启动继电器接口来控制相应的节点, 关闭排水泵, 并报警, 达到自动保护排水泵的目的[3];及时自动清理井下排水泵笼头淤积的杂物;当主排水泵的真空度达不到要求时启动保护, 实现电气闭锁, 进行润滑油断油保护, 强行停止排水泵运行;测量、传输、显示水井水位值, 并根据得到的水位值进行判断, 当检测到水位值低于最低水位警戒线或高于高水位警戒线时, 系统会进行相应的报警, 水位的警戒线可人工设置[4]。

该系统采用RS485通信接口与上位机通信, 实现实时监控功能, 并可存储历史数据。

2 系统软件设计

笔者采用的调试和仿真工具为AVR Studio, 编译工具为ICCAVR。根据煤矿井下排水泵监控系统的功能要求, 程序主要完成如下功能[3]:与DS18B20通信, 采集温度信号;对真空度、油压、电压、电流、水位进行A/D采集;实时处理数据, 根据具体情况用按键设置报警标志, 并控制固态继电器的开关及报警电路;将显示数据送至显示面板;将采集到的数据送至上位机。

下面主要介绍数据收发模块的程序设计。数据发送采用查询方式, 其程序流程如图2所示。

数据接收采用中断方式, 如果接收到的一个字节是未接收完的数据包, 则将其添加到数据包缓冲区末尾, 否则根据帧头规则新建数据接收缓冲区。其程序流程如图3所示。

3 单片机与PC通信设计

上位机与下位机数据处理任务分配[5]:

(1) 上位机与下位机在开始通信时, 先进行连通测试, 及设备识别, 即上位机要识别出下位机是本系统的监控器, 而监控器也要识别出上位机是本系统的工作站。

(2) 实时控制的参数及处理措施由上位机设定, 然后将参数发给下位机并存储在下位机上, 下位机根据测量到的各项参数值与预设的参数值的上下限比较, 作出是否过界的判断, 然后按照预先的设定措施进行处理, 并将处理标记及结果一同发送到上位机上。

(3) 上位机接收下位机的各项参数值, 并将参数存储到数据库, 同时, 上位机进行临时操作, 下位机随时执行上位机发送的命令, 例如启停某个部件、设定某项参数等。

4 结语

本文以ATmega16为核心设计的煤矿井下排水泵监控系统, 通过现场应用证明运行可靠、开发成本低。并且AVR单片机开发系统便于软件模拟仿真和在线编程, 比采用51系列单片机开发系统, 缩短了开发周期, 简化了硬件设计, 提高了系统性能, 并预留出充足的扩展空间。

参考文献

[1]姚福强, 李世光, 李晓梅, 等.煤矿井下主排水泵计算机监控系统设计[J].煤矿机械, 2004 (1) :1-2.

[2]丁化成.AVR单片机应用设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.

[3]钟远文, 李胜勇.单片机在煤矿井下水泵自动控制中的应用[J].广东自动化与信息工程, 2001 (4) :41-43, 47.

[4]孙大鹏, 金强.矿井主排水泵自动控制的研制[J].矿山机械, 2007 (4) :138-139.

[5]彭澄伟, 徐振栋, 魏岱宁, 等.矿井主排水泵自动控制系统研究[J].煤炭工程, 2008 (6) .

[6]吉爱忠, 王启旺.矿井主排水泵笼头自动清淤装置[J].江苏煤炭, 2004 (3) .

[7]赵玉剑, 范修荣.单片机与PC串行通信的实现[J].机电产品开发与创新, 2008 (5) :96-97, 115.

[8]秦邦振, 秦杰, 王考成.PLC在煤矿水泵自动控制中的应用[J].河北煤炭, 2007 (6) .

[9]卢超.单片机与PC机的通信设计[J].工矿自动化, 2007 (5) .

煤矿井下防爆视频监控系统的设计 篇8

关键词：煤矿,视频监控,监控网络,防爆控制

0 引言

目前,在煤矿生产的安全控制中已广泛使用各种安全生产监测监控系统,包括危险气体浓度(主要指瓦斯浓度)、各种危险压力数据的监控、设备运行状况的监控、通风状况的监控、视频监控等系统。现阶段的煤矿井下防爆视频监控系统主要是将煤矿井下特殊场合的声音、视频信息反馈到地面监控调度室,工作人员在地面根据观察到的井下情况作出判断并加以处理控制。显然,这不利于井下工作人员实行人机交互、实时直接的控制,不能提高煤矿井下防爆视频监控系统的效率,有一定的局限性。

目前所开发的煤矿井下视频监控系统的防爆产品主要集中在摄像单元,如摄像仪防护罩、云台、解码器外壳等部分设备,而对于控制单元和监视记录单元,防爆产品还不多见。在分析总结现阶段煤矿井下防爆视频监控系统的基础上,笔者设计了一种煤矿井下防爆视频监控系统。该系统可大大提升煤矿视频监控系统的安全性和可靠性,对保障煤矿安全生产具有重要意义。

1 煤矿井下防爆视频监控系统的发展

1.1 早期防爆视频监视系统

最早期的煤矿防爆视频监视系统多以摄像仪与监视器(电视)一对一的监视系统为主,如图1所示。其工作原理:将井下防爆摄像仪与地面监控室监视器或调度室电视屏通过井下视频电缆一对一直接相连,有多少个摄像仪就有多少个监视器。该系统监控设备繁多、复杂,没有任何技术含量,是闭路监视系统发展的最初阶段,其主要目的还是以监视为主。后来出现了控制器、视频服务器、变倍镜头及云台,使得多个井下防爆摄像仪通过视频电缆进入地面视频服务器,这样就可以共用一台监视器相互切换监控画面,或者共用一道电视墙来对井下各场所进行实时监控。由于引入了云台,井下人员可以根据井下实时情况来控制井下防爆摄像仪的监控方向,进一步扩大了监视范围。此时的切换控制电路因受技术的限制,只是简单的硬件电路组合,视频切换和控制还是分开独立的,所以视频监控系统的性能和功能都不高[1]。

1.2 防爆视频监视控制系统

20世纪90年代,随着计算机多媒体技术的发展,开发出了防爆视频监视控制系统。该系统通过视频捕捉卡将一路视频采集到计算机进行显示;以此为主,建立一套完善的软硬件结合的系统,将视频监视中采集到的声音、视频信号通过开发的图像分析处理系统软件进行分析处理,然后根据处理的数据与指定的控制数据相对照,根据结果操控井下的云台及镜头,自动或者人为地把控制等具体行动有机结合起来,使得煤矿井下防爆视频监控系统真正摆脱了只监视不控制的时代。

1.3 网络化的防爆视频监控系统

随着电视技术、摄像技术、计算机技术的迅猛发展,尤其是1994 年以后,网络技术的迅猛发展及通信技术的高速发展,为视频监控系统的完善和网络化提供了更加广泛的技术基础,因此,许多煤矿井下防爆监控设备都增加了网络接口,甚至是光纤接入功能,为煤矿井下监控网络提供了硬件设备。后来随着煤矿信息化的发展,全矿井光纤环网的配置又为煤矿井下监控网络提供了传输设备,这样就逐步形成了视频监控网络系统。该系统最大的特点是采用了网络技术构成监视网,方便了数据的传输与共享。这样的监控网可以构成某一范围内的局域网实现有限范围内的监控(见图2) ,也可以进入 Internet实现更大范围内的监视(见图3)[2,3]。

现阶段视频监控系统的网络化相当普及,这主要是因为现阶段煤矿井下大多采用光纤采集井下各种信息,以及工作站点和各种网络构架的运用,使得井下数据采集、上传与控制信号的下传、反馈更加有效。这不仅让视频监视与控制结合更加紧密,还使视频监控系统功能更全、稳定性更高。

1.4 防爆视频监控系统的无线移动化

无线局域网络的运用是构建数字综合无线局域网络系统的无线通信平台的基础,而无线网络的优势是布线简单、成本低;信号通过微波传输,降低了系统成本和施工难度;信号抗干扰性强,不易失真;系统设备可以将高清晰的摄像头信号高保真地传送,其传输速度快,没有延时;采用2.4 GHz和5.8 GHz频率技术,可以在较远的范围内传输,而且可以添加放大器或者无线数字微波中继传输机以延长传输距离,监控距离可达数十千米;后期维护简单方便;系统结构简单,如果有新增节点加入不用重新布线,只需插入到主干电缆上即可,出现故障查找容易,维护方便,简单可靠。现阶段主要用于煤矿井下无线接入的网络类型有GPRS、GSM、CDMA、WiFi、Zigbee技术等。但基于井下复杂的环境与无线传输的局限性, 煤矿井下监控系统的无线传输尤其是视频监控系统的无线传输技术还不成熟(见图4),因此,煤矿井下的防爆视频监控系统的无线灵活化还有待开发与研究。而地面的无线监控不受这些影响,完全可以开发出更完善、更灵活的移动监控网[4]。

2 煤矿井下防爆视频监控系统的设计

笔者设计了一套煤矿井下防爆视频监控系统,如图5所示。该系统使得井下工作人员观察与操控

可以相互挂钩,方便作业,也能在井下发生事故时起到“黑匣子”的作用,完善了煤矿井下防爆视频监控系统体系,提高了系统的安全性和可靠性。

该系统在防爆区域使用标准防爆设备,在安全区域结合现代化监控的特点,综合了计算机技术、IP视频技术、视频数据的压缩及解压处理技术、互联网应用技术,实现了基于TCP/IP的点对点、点对多点、多点对多点等远程视频实时编码组播(广播)和监控、远程控制摄像机和云台的功能。该典型防爆视频监控系统还可扩展至气体防爆、粉层防爆等各种危险环境的视频监控中。在今后的开发过程中,如果将矩阵控制器、多画面分割器以及多媒体等设备放入井下,则会形成一套更加完善的系统;如果进一步研究开发对视频监控对象的控制功能,那么对煤矿安全监控系统的性能将是一个极大的提高。

3 结语

从煤矿井下防爆视频监控系统的发展历程出发,总结了现阶段煤矿井下防爆视频监控系统的不完善,尤其是矿用防爆视频监控设备开发的不全面。研制了一种新型煤矿井下防爆视频监控系统,完善了井下防爆视频监控体系,有利于井下工作人员实行人机交互、进行实时控制、直接作业,提高了煤矿井下视频监控的效率。但防爆视频监控系统的开发及利用还刚刚起步,还要再开发特殊环境应用的视频监控系统,对视频监控对象的控制功能也需要进一步研究开发。

参考文献

[1]周金良,陈亮.防爆监视控制系统的发展及应用[J].中国安防产品信息,2004(6):44-47.

[2]肖涛,马震,付吉奎,等.一种面向中小型煤矿的视频监控系统设计[J].工矿自动化,2009(10):107-109.

[3]黄欢,和卫星,吕继东,等.基于无线局域网的煤矿视频监控系统[J].工矿自动化,2008(2):45-48.

浅谈煤矿井下通信系统 篇9

1.1 漏泄通信系统

漏泄通信系统, 是一种较为成熟的煤矿井下移动通信系统, 依靠在井下巷道设一条中间电缆屏蔽层的完整性被有规律地破坏的同轴电缆来实现。该电缆称漏泄电缆, 其与漏泄设备输出口相连接, 之后会在周围形成连续、均匀的电磁场, 起天线传输作用。漏泄通信系统是一种井下模拟无线通信产品, 因其采用模拟调制、频分复用的方式, 可能造成噪声累积、工作点漂移等模拟系统的缺点。

目前比较著名的是加拿大矿通公司开发的“飞士”系统, 可提供32个声音与数据控制信道和16个视频信道, 所有信号传输同时进行, 既可与光导纤维网络连接, 又可与普通电线的电话、数据系统连接。我国较著名的是武汉七环的漏泄通信系统。

漏泄通信系统具有拓展性好、敷设灵活、可根据需要增加长度、可调整信道的优点, 也具有信号覆盖不均、易出现盲区、容量较小的缺点。漏泄通信系统在90年代曾经是井下无线通信系统的主导产品, 但现在很多已被取代。

1.2 无线小灵通通信系统

小灵通, 又名“无线市话”, 利用微蜂窝技术, 以无线方式接入, 实现终端通信。井下无线小灵通通信系统的出现, 是井下通信系统的一场技术革命, 实现了特殊环境下的无线通信。

继漏泄通信系统, 小灵通通信系统的发展也已经成熟, 后者基本取代前者成为井下通信的主流, 目前国内大部分矿井都采用小灵通进行通信。小灵通系统在井下主要采用40 m W的基站, 可同时提供3路通话信道, 并能对少量的人员和车辆进行定位。每个小灵通基站有自己的星型有线网络连接, 通过多芯电缆或光缆实现。

小灵通的建设和使用都较为方便, 在实际建设中, 各大矿井大多使用小灵通通信系统作为自己的井下通信系统, 其优势不言而喻。但小灵通系统存在基站通话数偏少的缺点, 且基站不能直接接入高速以太环网。伴随工信部“小灵通退网通知”, 曾经风靡大街小巷的小灵通告别了商业市场, 曾经的中兴、华为等技术型厂家纷纷转战手机通信领域, 小灵通技术几乎走到了尽头。虽然煤矿井下的小灵通系统是可以继续使用的专网, 但其技术已经被市场淘汰, 售后难以保证, 彻底退出通信市场只是时间问题。选用更稳定、更先进的无线井下通信技术, 是未来发展的必然趋势。

1.3 CDMA多功能无线通信系统

CDMA是一种建立在扩频通信技术基础上的无线通信技术, 在煤矿井下的具体应用, 主要是将CDMA的技术控制要点融入煤矿井下的地形与深度。其通过形成原数据信号带宽被扩展的现象, 实现整个信息通道的运用。

煤矿CDMA系统包括地面局端机、井下覆盖网和相应终端设备, 地面局端机为安装有功率受限天线的30m铁塔, 井下覆盖主要通过漏泄电缆、定向天线和全向天线。CDMA系统采用CDMA2000 1X技术, 以软交换技术建立核心网, 通过服务器、子系统、基站等, 建立一种能增强有效对接的控制方式。

CDMA技术可以实现井下人员的语音通信和视频功能, 而且具备设备管理、数据监测、图像传输等功能。系统容量大, 覆盖面广, 适应性好, 与地面无线网不冲突, 特别适用于一矿多井、一局多矿的组网, 能够节省投资。

1.4 Wi-Fi无线通信系统

Wi-Fi是目前应用最广的无线网络通信技术, 其广阔的应用前景值得关注。2004年德国最早将Wi-Fi技术运用于煤矿井下, 2007年中国的Wi-Fi设备也通过了国家安全标准认证, 投入使用。

经过多年发展, 运用于煤矿井下的Wi-Fi语音通讯系统已有了较成熟的发展, 实现了井上井下的通讯一体化, 完善了调度功能。且Wi-Fi的矿用语音系统具有脱网通讯能力, 在出现事故时通讯不会中断, 方便营救被困人员。

Wi-Fi无线通信系统布设简单, 安装方便, 建设成本低, 设备能耗低, 传输效率高, 带宽大, 承载业务多样。是目前煤矿井下通信主要的发展方向。

2 新兴技术在煤矿井下通信系统中的应用

除了上述四种技术, 蓝牙、3G、透地通信等技术也在煤矿井下通信系统中有所应用。其中3G技术是新的热点, 目前已被运用到煤矿井下的3G通信技术主要有采用分布式基站覆盖矿井, 和采用基于微微蜂窝或飞蜂窝基站覆盖矿井两种结构。可实现与调度电话、行政电话的互通, 有可视化功能。

其优势在于核心技术可靠, 厂商众多, 产业链庞大, 潜力无限。但相比于Wi-Fi, 3G技术带宽稍小, 目前建设成本也偏高, 还有待发展。

煤矿井下无线监控与通信系统, 集合了数字通信、传输、传感、控制、网络等多种新技术, 充分考虑到煤矿井下复杂的地质条件和恶劣的工作环境, 体现了低成本、高性能、易操作、易维护的优势, 有效帮助了煤矿的安全生产和管理, 是未来技术发展的重要方向。

3 结语

作为安全生产的一种辅助, 探究煤矿井下通信系统具体选择何种通信技术, 主要考虑的应包括成本控制、距离等客观因素, 最重要的是以安全生产为中心, 利用无线通信技术在煤矿井下形成安全的生产环境, 保障井下工作人员的安全。适用于煤矿生产的通信产品很多, 企业管理者应综合考量, 选择传输能力强、覆盖面广、使用方便灵活的最适合本企业的产品。

摘要：目前已发展成熟的井下无线通信系统主要包括漏泄通信系统、无线小灵通通信系统、CDMA多功能无线通信系统、Wi-Fi无线通信系统四种技术, 从组成、技术、应用、优缺点的角度, 分别对其展开讨论, 并由商用通信发展趋势结合煤矿井下通信系统现状, 对井下通信未来趋势进行分析, 提出选择合适通信技术的依据。

煤矿井下气体检测系统技术 篇10

煤矿井下存在有CH4、CO等易燃易爆气体, 当因井下通风不畅, 造成瓦斯聚集, 可能会引发瓦斯爆炸的恶性事故。事故发生后不仅会毁坏矿井, 影响煤矿正常开采, 而且严重情况下会造成井下矿工的伤亡。近几年随着煤矿地不断开采, 煤矿的挖掘深度不断增加, 煤层瓦斯气体浓度增加等不利因素又增加了煤矿发生瓦斯爆炸的可能。为此检测井下瓦斯气体的浓度, 进行通风控制、人员疏散等工作意义重大。现有的井下气体检测装置未能将数据上传或是采用的通信技术落后, 已经不符合智慧矿山的要求, 需要设计新型的煤矿井下气体检测系统, 本文对此展开研究意义重大。

煤矿井下气体检测系统的构成

煤矿井下气体检测系统中的气体检测装置一般检测井下CH4气体浓度, 当然也有检测井下氧气或是毒性气体的。从结构上又可分为携带式与固定式:携带式允许井下人员携带检测装置实时或定期检测进行气体种类与浓度, 而固定式则安装于井下固定地点, 实时检测该地点气体种类与浓度。本文着重讨论固定式气体检测装置。

随着科技发展, 煤矿安全监视系统越来越智能化, 原有井下固定式检测装置由于没有上传数据的功能或是只能通过串口简单地将数据传递给计算机未能实现数据的远方实时监视, 已不适用现有的煤矿安全监视系统。为此新型检测装置必须能够将采集到得气体浓度数据传递到煤矿地面监控中心。新的煤矿井下气体检测系统的构成如图1所示。煤矿井下各气体检测装置一方面完成对所在地点的气体进行实时采集分析气体组成与含量并进行实时显示, 并进行预警;另一方面通过以太网网路将数据进一步传输给地面监控中心的监控主机, 以便煤矿管理人员实时监控井下各监测点的气体瓦斯含量。

该新型煤矿井下气体检测系统采用以太网进行数据传输, 消除了原有RS232或是485通信造成的传输距离的限制, 通信网络能在煤矿井下进行任意拓展、全方位覆盖井下各处, 且能够根据井下的布局灵活配置气体检测装置。而且地面监控中心能够获取井下各区域的气体瓦斯浓度, 也可根据瓦斯浓度进行实时处理分析, 当浓度超限时也可对井下相关区域按危险程度发出报警信号。

煤矿井下气体监测装置的设计

煤矿井下气体检测装置的硬件简化图如图2所示。图中瓦斯传感器、温度传感器将装置所在煤矿井下区域的气体与温度转换成电信号通过调理电路输出给CPU单元。CPU以DSP作为硬件核心, 完成信号的获取采集运算工作, 并进一步分析判断是否瓦斯传、温度超限而后发出报警。同时装置将采集到的瓦斯气体数据通过以太网实时传输给地面监控中心。按键与显示部分完成读取人员按键输入与液晶显示功能, 电源部分给装置内各器件供电使装置正常运行, 调试接口允许厂家在出厂前和现场调试设备。

装置上电开机后首先进行液晶显示屏、DSP芯片、以太网控制器等器件的初始化, 然后进行瓦斯浓度与温度的采集工作。DSP芯片对输入的瓦斯信号进行浓度急速与判断, 如果超限发出警报。无论浓度是否超限, 计算出的瓦斯浓度均通过当液晶屏实时显示, 并将数据打包成数据帧格式通过以太网传递给地面监控中心。软件流程图如图3所示。

地面监控中心监控主机设计

地面煤矿监控中心应设置一台符合工业控制要求的电脑作为井下瓦斯气体监控主机。该监控主机要求能通过以太网实时接收进行气体检测装置上传的瓦斯数据, 并进行处理以便进行界面显示。而且地面瓦斯监控主机允许煤矿管理人员进行设定瓦斯超限阈值、设定数据读取周期、打印报表等工作。

监控主机软件采用VB进行程序编写, 程序设计主要由以太网通信控制部分、数据处理、界面显示、超限报警、用户管理、参数配置等几部分组成, 设计框图如图4所示。监控主机软件通过以太网通信控制程序解析出井下各区域气体检测装置上传的数据后通存入数据库中以便进行数据进一步处理。数据库同时也应存储煤矿管理人员的户名密码、监测区域编号、中间运行数据等等。监控主机应能提供良好的监视控制界面, 煤矿管理人员能直观地观测出井下监测区域的瓦斯气体浓度, 并通过界面打印报表、维护系统等。

结语

煤矿井下监控系统 篇11

关键词：煤矿；井下人员；定位系统；RFID

近些年来随着我国经济的快速发展，为了追求短期的经济利益，使得各种的煤矿安全事件频频发生，国家对于煤矿安全方面的投入也是越来越多，但是现实是目前的煤矿人员的安全措施仍然不到位。相关的人员管理中还是采取人为管理，使得各种事故频频发生，这是由于人为操作所以出错的机会大一些，而且一旦事故发生之后，地面人员不能够知道井下人员的具体分布的情况，使得救援的工作非常难开展，这一点在实际中都已经被广泛的验证了。为了解决这个问题，对于井下工作人员的定位技术的研究课题也就被提上了日程，这种技术可以保证在井下人员需要帮助的时候可以被很方便的找到进而提供各种协助，可以极大地减少各种的伤亡事故的发生，各方面的损失也会变得更少。

为了缓解这种情况，提高对于煤矿的信息化管理的要求，提升煤炭行业的安全技术水准，本文着重介绍一种以RFID技术为核心的定位系统技术，这种技术最大的特点就是无线、非接触式的自动识别的功能的实现，而且可以实现多目标、运动目标的非接触式的识别，并且可以做好加密和解密方面的工作，如今这种技术已经在公路，煤矿和铁路行业中被广泛的运用，但是由于我国的这方面的工作起步较晚，目前仍然处于起步阶段。

1.RFID技术的基本结构和工作原理

1.1 电子标签

电子标签是用于在信息的发送过程中把信息通过天线来发送给读写器以便于识别的，而且根据电子标签的不一样，电子标签主要可以分为有源电子标签以及无源电子标签两种类型：有源的电子标签本身有电池来提供电源，可以提供较远的作用距离，但是工作时间短，体积比较大，使用的成本比较高而且对于具体的适用环境也都有各种的要求；无源电子标签本身没有携带电池组，主要的工作原理是利用波束的供电技术来把接受的射频能量转化成为直流电源的能量以便为无源电子标签供电，这种标签的特点就是工作时间长，作用距离短，而且适合在很多种的工作情况下使用，比较实用。

1.2读写器

读写器是电子标签实现非接触式的无线通信的主要实现方式，主要的功能也就是识别出每一张在其工作范围内的电子标签的存在以及其发射的信息，并且把数据经过电子调制器那边去处理的工具。在各种设备的有效作业距离内，当数据从读写器中发出的时候，读写器内部缠绕的天线以及电子标签之间缠绕的天线之间共同的作用也就会形成一个磁场，电子标签内部的接受天线也会利用其会产生变化的负载的特点进而来控制接受天线的反射回来的信号，把返回的电磁波发送给读写器，当读写器接收到反射信号时，进行解码获取被识别的信息并发出相应的电磁载波.

1.3 天线

读写器会通过天线来发射出具有一定频率的信号，比如在RFID进入到读写器的工作场所的时候，其天线本身就会被感应而产生电流，这个时候RFID的标签也就会由于获得能量而被激活进而向讀写器发送出自身的编码信息。对于射频识别系统来说，接收耦合天线相当于等效有一个可变负载；读写器接收到来自标签的载波信号，对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理；计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其它操作.

2.整个系统的基本结构组成

2.1 电子标签

为了使得定位技术可以有最好的实用性以及最好的推广的方便性，系统的考虑到重量、成本与运行的维护各方面的情况，本文介绍的方案则主要是一种集成天线的无源电子标签，这种标签的作用半径可以达到十米，无源电子标签在读出器的作用距离之外的话是没有作用的，只有在电子标签的相应的距离之内，接受了读写器的射频能量才能够有反应，进而开始工作的过程。电子标签工作所需要的能量通过电磁耦合单元或天线，以非接触的方式传送给电子标签.每个标签都有一个全球唯一的lD号码——UID（通常为制造时间），可以进行读写、覆盖、增加的操作，可将每一个矿工的个人信息写入其专属卡中，以便读写器进行识别.为了适应煤矿的各种极端条件，此次设计的电子标签进行了防水与防高温的设计，即使在这些极端的情况下也依然会正常的工作。在具体地使用中，考虑到电子标签的易携带性，可以考虑把电子标签和矿灯的电源放在一起，这样可以获得很长的使用寿命。

2.2 读写器

由于对整个系统进行整体考虑，考虑到各方面的成本因素并且对煤矿进行实地考察后发现，采用单方面的只读器会获得较好的效果，这种标签在有效的工作范围内，只能够进行电子标签的发射信号的读取，并不能够来对电子标签进行读写操作。在这里采用的工作频段在902～928 MHz频段，每个信道占20 dB的带宽，约达到50 kHz和500kHz之间.与天线配合控制，经过跳频，有效范围可达8～10 m，采用ISQl8000—6协议.读写器可与标签以50～100次/s的频率通信，即可识别50～100个/s对象，这种技术标准是完全可以满足煤矿的工作要求的，在实际中可以考虑把读写器固定的安装，固定位置的读写器可以对电子标签进行完全的识别，而且还可以极大地忍受各种的恶劣的情况并且在没有可见光的情况下也是可以读出的，在高温以及外界的粉尘的情况下也可以正常的工作。

2.3天线

本系统采用的天线具有以下的特点，即足够小，可以方便的粘贴到任何的地方，有着各个方向的信号接收的覆盖面，可以获得最大的信号的接收，不论具体的人员处于什么方向上，天线的极化都有可能与读写器之间的询问信号相互的匹配到一起，价格非常便宜。而且具体的依据RFID的工作频段的不一样，电子标签也可以主要分为近距离的感应天线以及远距离的辐射的天线这两种类型，由于系统的需要所以选择了远距离的辐射天线场辐射天线主要有电场偶极子天线、对称振子天线以及微带天线，通常是谐振式的，一般取为半波长.

2.4单片机

单片机的主要功能就是可以管理读写器以及网络接口模块的通讯接口部分，主机需要与单片机进行连接进而来访问电子标签。使用在煤矿的工作条件下的单片机需要具备以下的特点：即价格便宜、节省能量、具有较高的处理速度、体积较小而且具备很好地防爆特点。本系统主要采用的是美国的超低能耗的单片机C8051F30x.C8051F 30x单片机具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件，特别是它在设法保持CISI结构及指令系统不变的情况下对指令运行实行流水线作业推出了CIP.51的CPU模式整个指令集的平均运行速度是8051的9.5倍.这种高速的指令运行速度使系统具有了很高的处理速度.

3.结语

综上所述，为了使得煤矿的井下人员可以获得更好的安全保证，本系统考虑到了在煤矿的工作条件下的多种需求，本系统安全可靠，可以经受极端的恶劣条件，而且价格也是比较低廉，该系统的推广应用将为井下出现事故时，提供快速的救护方面起到积极作用。

参考文献：

[1]吕振，刘丹，李春光.基于捷联惯性导航的井下人员精确定位系统[J].煤炭学报，2011

[2]李成学，郭林霞.基于RFID技术的煤矿井下人员管理信息化的研究[J].中国矿业，2011

[3]范迪，吕常智，李虎.基于射频模块的矿井巷道人员定位的实现[J].煤矿机械，2011

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煤矿井下监控系统 篇12

井下胶带输送机已成为煤矿生产中非常重要的运输设备, 它能否安全高效地运行, 直接决定着矿井机电设备的开机率和产量, 而老式的胶带传输方式, 采用继电控制, 每条皮带可以独立控制开停, 系统分散, 控制的灵活性差, 且各皮带的配置差异较大, 同时用人工操作, 操作人员劳动强度大, 运行效率低, 且易引起操作失误, 造成设备损坏, 甚至人员伤亡, 给矿上带来重大的损失。为此实现胶带输送机的集中控制就显得更加必要。根据上级总公司战略管理的要求, 减人提效成为当下矿业公司调整经济结构、转变经济发展方式、推动科学发展的重要抓手和突破口, 减人提效工作已经成为聚隆矿业公司内生性的战略要求。

2 创新点

采用了先进的自动化技术、PLC控制技术、信息化技术及计算机网络通信技术, 进行系统信息的采集、传输、加工处理、现场控制和状态显示, 实现系统的集中控制;提高了系统的实时性, 使煤流线上所有设备的闭锁关系更加可靠, 完全实现了各种运行模式下的顺煤流停车, 逆煤流启车的顺序控制;同时, 利用数据库技术, 进行数据信息的存储加工, 实现故障查询、操作查询、设备开停查询、数据实时曲线显示等功能, 使系统管理功能更加完备。

3 技术关键

通过这项技术的应用, 针对胶带机集中控制系统的实际运行情况, 结合减员提效、可靠先进的原则, 实现如下功能和目标:

3.1 视频监控

对煤流系统关键控制点增加视频摄像头, 并实现联网;在二部强皮机头候车硐室安装一台隔爆显示器对图像实时监测, 在控制室安装一台硬盘录像, 对现场图像进行实时监测及录像。实现对煤流系统现场全景全覆盖。

3.2 胶带机集控

集中控制系统将矿方原有三部强力皮带控制系统和平皮带、转载皮带、给煤机通过以太网络连接成集控煤流, 按照现场工作的流程, 增加各设备和流程的闭锁关系及沿线预警提示, 保证安全。界面如图1 所示。

项目试运行以来, 系统煤流量控制更加精确, 运输量稳定, 极大地提高了系统的产品输送能力, 提高了设备的开机时间, 提升了设备的利用率。系统可以从集控室实时观测到系统各设备的运行状态, 可以较好的调节系统各环节功能的发挥, 使系统运行效率达到最佳。

4 实现的功能

为了满足日常运行、检修、故障处理等需要, 操作台具备三种控制模式:就地检修、就地手动和就地自动。操作人员可采用不同方式控制各条皮带的启动和停止。

(1) 就地检修控制。当日常检修或故障处理以及特殊需要时, 操作人员可在操作台上单独控制每个设备的开停。

(2) 就地手动控制。在这种方式下, 设备之间存在闭锁关系, 只有前面的皮带开后, 后面才能开。

(3) 就地自动控制。在这种方式下, 操作人员只需在操作台上选择好系统启停流程, 可实现系统的一键按煤流开车。

(4) 工况图显示。工况图动态显示整个系统皮带、给煤机运行的工况, 以及主要保护有关参数信息。

(5) 信息图显示。实时显示皮带、给煤机开/ 停状态。如皮带开停状态、检修状态及运行开机时间、停机时间等参数。

(6) 故障及保护显示。同时实时显示皮带和各种保护传感器的工作状态, 显示皮带的故障类型, 分站之间通信是否异常。

(7) 地面远程功能。上位机具有远程开车停车、故障诊断、历史记录开停查询等功能, 同时可时时浏览视频图像。

5 结束语

按照党中央、国务院的决策部署, 根据省委、省政府的要求, 依据集团战略管理的需要, 减人提效成为冀中能源邯矿集团聚隆公司调整经济结构、转变经济发展方式、推动科学发展的重要抓手和突破口, 已经是大势所趋, 并且减人提效工作已经成为公司内生性的战略要求, 应用前景广阔。

摘要：为调整经济结构、转变经济发展方式、推动科学发展, 减人提效, 实施安全高效运行, 我矿积极研发, 通过自动化技术、PLC控制技术、信息化技术及计算机网络通信技术, 进行系统信息的采集、传输、加工处理、现场控制和状态显示, 实现系统的集中控制;提高了系统的实时性, 使煤流线上所有设备的闭锁关系更加可靠, 完全实现了各种运行模式下的顺煤流停车, 逆煤流启车的顺序控制。

关键词：主运输,集控系统,井下运输,PLC,自动化技术

参考文献

[1]朱霞清.PLC技术在煤矿带式输送机中的设计与应用[J].煤矿机械, 2013 (09) .

[2]魏旗.变频器和PLC组合控制系统在传送带多种速度控制中的应用[J].山东工业技术, 2013 (04) .

[3]李新.基于PLC的煤矿带式输送机的节能改进技术[J].科技创业家, 2013 (15) .