《监测监控系统》PPT课件.ppt

第 三 讲 ： 监 测 监 控 系 统 一 、 矿 井 监 测 监 控 系 统 现 状 1、 历 史 发 展 及 国 内 外 现 状 煤 矿 安 装 监 控 系 统 是 保 障 矿 井 安 全 生 产 的 重 要 手 段 。 煤 矿 安 全 监 控 是 综 合 性 技 术 ，涉 及 多 项 学 科 ， 内 容 复 杂 ， 难 度 高 ， 要 求 维 护 管 理 人 员 具 有 较 高 的 素 质 。 矿 井 安 全 监 控 技 术 是 伴 随 煤 炭 工 业 发 展 而 逐 步 发 展 起 来 的 。 1815年 ， 英 国 发 明 了 世界 上 第 一 种 瓦 斯 检 测 仪 -瓦 斯 检 定 灯 ， 利 用 火 焰 的 高 度 来 测 量 瓦 斯 浓 度 。 20世 纪 30年 代 ，日 本 发 明 了 光 干 涉 瓦 斯 检 定 器 ， 一 直 延 用 至 今 。 40年 代 ， 美 国 研 制 了 检 测 瓦 斯 气 体 的 敏感 元 件 -铂 丝 催 化 元 件 。 1954年 ， 英 国 采 矿 安 全 研 究 所 （ SMRE） 制 成 了 最 早 的 载 体 催 化元 件 。 60年 代 后 ， 主 要 产 煤 国 家 都 把 发 展 载 体 催 化 元 件 作 为 瓦 斯 检 测 仪 器 的 主 攻 方 向 。电 子 技 术 的 进 步 推 动 了 瓦 斯 检 测 装 置 的 进 一 步 发 展 ， 首 先 是 研 制 小 型 化 个 人 携 带 仪 器 ，以 后 是 矿 井 监 控 系 统 ， 如 70年 代 后 期 法 国 研 制 CTT63/40矿 井 监 控 系 统 、 英 国 的 MINOS系 统 、 美 国 的 SCADA系 统 等 。 我 国 矿 井 安 全 监 控 技 术 经 历 了 从 简 单 到 复 杂 、 从 低 水 平 到 高 技 术 的 发 展 过 程 。 建 国初 到 70年 代 ， 煤 矿 井 下 人 员 主 要 使 用 光 学 瓦 斯 检 定 器 、 瓦 斯 检 定 灯 、 检 知 管 、 风 表 等 携带 式 仪 器 检 测 井 下 环 境 参 数 。 随 着 敏 感 元 件 的 制 造 水 平 的 提 高 和 电 子 技 术 的 发 展 ， 瓦 斯 断 电 仪 问 世 ， 装 备 在 采 掘 工 作 面 ， 回 风 巷 道 等 井 下 固 定 地 点 ， 实 现 了 对 瓦 斯 的 自 动 联 系监 测 及 超 限 自 动 切 断 被 控 设 备 电 源 的 功 能 。 70年 代 末 期 ， 从 欧 美 国 家 先 后 引 进 了 数 十 套矿 井 监 控 系 统 ， 如 法 国 的 CTT63/40系 统 、 波 兰 的 CMC-1系 统 、 CMM-20系 统 及 配 套 的 传感 器 装 备 矿 井 ， 并 相 应 的 引 进 了 部 分 监 控 系 统 、 传 感 器 和 敏 感 元 件 的 制 造 技 术 ， 由 此 推动 了 我 国 矿 井 安 全 监 控 技 术 的 发 展 过 程 。 80年 代 初 期 ， 我 国 多 种 型 号 矿 井 监 控 系 统 通 过了 技 术 鉴 定 ， 逐 步 实 现 了 对 矿 井 安 全 、 生 产 方 面 多 种 参 数 的 连 续 监 测 、 监 控 、 数 据 存 储和 数 据 处 理 。 现 在 国 内 占 有 较 大 市 场 份 额 的 安 全 监 控 系 统 主 要 有 ：常 州 自 动 化 所 研 制 的 KJ95综 合 安 全 监 控 系 统 、 煤 炭 科 学研 究 院 重 庆 分 院 研 制 的 KJ90型 监 控 系 统 、 北 京 长 城 航 空测 控 技 术 研 究 所 研 制 的 KJ2000安 全 生 产 监 控 系 统 、 天 津福 深 康 斯 培 克 公 司 研 制 的 森 透 里 昂 （ Senturion） 安 全 生产 检 测 监 控 系 统 、 煤 炭 科 学 研 究 院 抚 顺 分 院 研 制 的 KJ4型监 控 系 统 、 北 京 中 煤 安 泰 机 电 设 备 有 限 公 司 研 制 的 KJ78监 控 系 统 和 北 京 仙 岛 新 技 术 有 限 责 任 公 司 研 制 的 KJ66监控 系 统 等 。 2、 煤 矿 监 测 监 控 技 术 发 展 趋 势 1） 数 字 化 监 控 技 术 数 字 化 监 控 技 术 是 信 息 产 业 和 工 业 领 域 的 一 种 先 到性 技 术 ， 是 计 算 机 网 络 和 软 件 技 术 ， 以 及 数 字 通 信 技 术 、微 电 子 技 术 的 集 成 和 发 展 。 2） 矿 井 工 业 以 太 网 技 术 矿 井 工 业 以 太 网 技 术 是 基 于 以 太 网 协 议 的 工 业 网 络技 术 。 二 、 矿 井 监 测 监 控 系 统 的 组 成 矿 井 监 测 监 控 系 统 主 要 由 两 部 分 组 成 ： 硬 件 系 统 和 软 件 系 统 。 1、 矿 井 监 测 监 控 系 统 硬 件 组 成 矿 井 监 测 监 控 系 统 主 要 由 传 感 器 、 执 行 机 构 、 监 控 分 站 、 电 源 箱 （ 或 电 控 箱 ） 、主 站 （ 或 传 输 接 口 ） 、 主 机 （ 含 显 示 器 ） 、 打 印 机 、 模 拟 盘 、 多 屏 幕 、 UPS电 源 、 远程 终 端 、 网 络 接 口 电 缆 、 传 输 电 缆 （ 或 光 缆 ） 和 接 线 盒 等 组 成 。 监 测 主 机 传 输 接 口 分 站KJF16A 串 扩 器KJ8001KJ8001 传 感 器 传 感 器 传 感 器 地 面 分 站RS485总 线 （ 1） 传 感 器 ： 将 被 测 物 理 量 转 换 为 电 信 号 ， 经 三 或 四 芯 电 缆 与 分 站 相 连 ，并 具 有 显 示 和 声 光 报 警 功 能 （ 有 些 传 感 器 没 有 显 示 或 声 光 报 警 ） 。 矿 井 监 测 监 控 系 统 主 要 传 感 器 有 ： 低 浓 度 甲 烷 传 感 器 、 高 浓 度 甲 烷 传 感 器 、 一 氧 化 碳传 感 器 、 温 度 传 感 器 、 风 速 传 感 器 、 风 门 开 关 传 感 器 、 风 筒 传 感 器 、 设 备 开 停 传 感 器 、烟 雾 传 感 器 、 煤 尘 传 感 器 、 煤 仓 煤 位 传 感 器 、 水 位 传 感 器 、 负 压 传 感 器 、 流 量 传 感 器 、电 压 电 流 变 送 器 、 压 力 传 感 器 等 等 。 传 感 器 的 典 型 接 线 端 口 ： 三 芯 线 输 出 ： 电 源 （ +） 、 电 源 （ -） 、 信 号 输 出 。 四 芯 线 输 出 ： 电 源 (+)、 电 源 (-)、 信 号 (+)、 信 号 (-)。 或 电 源 (+)、 电 源 (-)、 信 号 输 出 、 断 电 （ 控 制 ） 信 号 。 传 感 器 信 号 输 出 范 围 ： 本 安 输 出 信 号 ： 200Hz1000Hz。 最 大 输 出 电 流 5mA。 控 制 信 号 输 出 ： 最 大 输 出 电 流 5mA （ 2） 执 行 机 构 (含 声 光 报 警 及 显 示 设 备 ):将 控 制 信 号 转 换 为 被 控 物 理 量 ，使 用 矿 用 电 缆 与 分 站 连 接 。 常 用 设 备 为 断 电 仪 （ 或 远 动 开 关 ） ： KDG8型 远 动 开 关 （ 以 下 简称 开 关 ） 是 KJ95型 煤 矿 综 合 监 控 系 统 的 配 套 产 品 ， 也 可 以 与 其 他 类 似技 术 要 求 的 产 品 配 套 使 用 ， 控 制 设 备 的 开 停 。 KDG8远 动 开 关 可 以 看作 是 一 台 继 电 器 ， 分 站 输 出 的 弱 电 控 制 信 号 通 过 远 动 开 关 控 制 矿 用 高电 压 隔 爆 电 源 开 关 。 KDG8远 动 开 关 要 求 输 入 的 控 制 信 号 高 电 平 时 电 压 幅 值 不 低 于 4V、电 流 不 小 于 1.5mA； 低 电 平 时 电 压 幅 值 不 大 于 1V、 电 流 不 大 于 0.5mA。 KDG8远 动 开 关 的 供 电 电 压 为 交 流 660V或 127V。 KDG8远 动 开 关 输 出 为 一 对 无 电 位 触 点 开 关 ， 负 载 电 压 等 级 为AC660V， 频 率 为 50Hz， 负 载 电 流 为 5A。 远 动 开 关 在 实 际 使 用 中 ， 如果 对 应 的 瓦 斯 或 其 他 传 感 器 达 不 到 断 电 条 件 ， 远 动 开 关 输 出 的 是 常 闭 触 点 。 根 据 矿 上 的 实 际 需 要 ， 也 可 以 更 改内 部 的 线 路 ， 改 成 常 开 触 点 。 KDG8远 动 开 关 的 接 线 腔 ， “ 输 入 1、 2”端 子 为 交 流 电 源 输 入 端 子 ，“ 输 出 3、 4”为 控 制 触 点 输 出 端 子 ， “ 信 号 1、 2”为 控 制 信 号 输 入 端 子 。 （ 3） 监 控 分 站 ： 井 下 分 站 是 安 全 生 产 监 控 系 统 中 的 重 要 配 套 部 件 ，和 矿 用 隔 爆 兼 本 质 安 全 型 电 源 箱 及 传 感 器 组 合 在 一 起 ， 可 在 煤 矿 有 瓦 斯 等 爆炸 性 气 体 的 环 境 中 使 用 。 分 站 与 电 源 箱 的 连 接 电 缆 可 以 根 据 安 装 现 场 的 具 体情 况 加 长 ， 最 长 不 得 超 过 1.5米 。 分 站 主 机 ： 分 站 具 有 数 据 采 集 、 控 制 输 出 、 液 晶 显 示 和 与 下 一 级 数 据 采集 站 通 讯 的 功 能 。 主 要 用 作 信 息 采 集 、 信 息 传 输 、 控 制 输 出 。 分 站 具 有 键 盘 、遥 控 器 、 液 晶 显 示 等 人 机 对 话 工 具 ， 不 仅 能 在 系 统 中 使 用 ， 也 能 单 独 作 为 风电 瓦 斯 闭 锁 分 站 使 用 。 分 站 的 输 入 口 与 传 感 器 相 连 来 采 集 各 种 数 据 。 每 路 输 入 口 连 接 一 个传 感 器 。 分 站 具 有 4路 、 8路 、 16路 或 32路 开 关 量 和 模 拟 量 自 适 应 的 输 入 接 口（ 有 些 是 区 分 的 ） ， 安 全 监 控 系 统 通 过 分 站 的 输 入 口 号 来 区 分 分 站 上接 的 传 感 器 ， 通 过 分 站 上 的 红 色 地 址 拨 码 开 关 区 分 分 站 。 输 入 的 开 关 量 信 号 标 准 为 3V/0.5V或 1mA/0.5mA， 模 拟 量 信 号 为2001000Hz。 分 站 由 本 安 不 间 断 电 源 供 电 ,分 站 的 供 电 电 压 是 直 流 12V24V,工 作电 流 不 小 于 400mA。 监 控 系 统 一 般 都 采 用 的 是 总 线 方 式 ， 所 有 分 站 都 挂 接 在 2根 总 线上 面 ， 所 以 需 要 通 过 分 站 内 部 的 拨 码 开 关 来 设 定 分 站 地 址 。 各 分 站 的地 址 ， 由 分 站 上 的 八 位 拨 动 开 关 S1进 行 预 先 设 置 。 设 定 的 地 址 采 用 8位 二 进 制 编 码 。 每 一 位 拨 向 ON表 示 0， 反 之 为 1。 设 定 时 只 需 将地 址 分 解 成 1、 2、 4、 8、 16、 32、 64、 128的 权 相 加 。例 如 需 拨 地 址 为 7#分 站 时 ， 只 需 把 开 关 D0、 D1、 D2拨 到 ON的 相 反位 置 ， 如 下 图 所 示 ， D0的 权 为 1； D1的 权 为 2； D2的 权 为 4。 即 ：D0 D1 D2 1 2 4 7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7ON 分 站 输 入 输 出 接 口 的 位 置 如 下 ： 在 开 启 电 源 开 关 以 前 ， 首 先 检 查 分 站 箱 的 输 入 输 出 插 头 座 （ 如 上 图 所 示 ）连 接 是 否 正 确 。 插 头 座 功 能 详 见 附 表 1： XZ1： 电 源 箱 的 接 口 ， 7针 针 式 。 XZ2： 通 讯 电 缆 接 口 ， 7针 孔 式 。 XZ3： 1、 2路 模 拟 量 输 入 , 7针 孔 式 XZ4： 3、 4路 模 拟 量 输 入 , 7针 孔 式 XZ5： 两 态 开 关 量 输 入 和 智 能 传 感 器 输 入 ， 10针 孔 式 。 XZ6： 远 程 控 制 量 输 出 ， 7针 孔 式 。 （ 4） 隔 爆 兼 本 安 电 源 箱 隔 爆 兼 本 质 安 全 型 不 间 断 电 源 是 为 井 下 监 控 设 备 提 供 直 流 不 间 断 稳 压 电 源 ，适 用 于 煤 矿 井 下 有 瓦 斯 、 煤 尘 爆 炸 危 险 的 环 境 中 向 矿 用 本 质 安 全 型 设 备 供 电 。同 时 还 提 供 内 部 蓄 电 池 供 电 状 态 输 出 信 号 ， 供 监 测 系 统 监 视 电 源 的 供 电 情 况 。 电 源 技 术 参 数 ： 1） 交 流 电 源 供 电 方 式 电 源 箱 可 以 选 择 多 种 电 压 等 级 （ 交 流 127V、 220V、 380V、 660V） 作 为外 部 交 流 输 入 电 源 ， 内 部 调 线 方 便 ， 可 以 直 接 在 井 下 更 改 电 源 电 压 输 入 等 级 。 2） 输 出 信 号 电 源 箱 在 安 全 监 控 系 统 的 中 使 用 时 输 出 单 路 直 流 本 质 安 全 型 稳 压 电 源 ，电 压 为 （ 18V 8%） ， 额 定 电 流 为 （ 1.0A） ， 本 安 输 出 过 压 保 护 动 作 电 压18.8V， 本 安 输 出 过 流 保 护 动 作 电 流 1.05A。 电 源 箱 可 以 输 出 电 池 供 电 状 态 信 号 ， 当 交 流 供 电 时 ， 信 号 输 出 电 压 不 大于 0.7V， 无 交 流 输 入 、 由 电 池 供 电 、 灌 电 流 为 2mA时 ， 信 号 输 出 电 压 不 低 于3V。 3） 电 源 箱 蓄 电 池 的 功 能 a. 转 换 时 间 ： 0S； b. 电 池 容 量 ： 12V 4.0Ah 2只 电 池 c 供 电 时 间 ： 不 小 于 4小 时 d 充 电 方 式 ： 恒 流 充 电 后 转 浮 充 。 （ 5） 主 站 （ 或 传 输 接 口 ） 传 输 接 口 完 成 主 控 计 算 机 与 分 站 之 间 信 息 交 换 的 功 能 。 设 备 放 置 在 地 面 调 度 机 房 主控 计 算 机 旁 。 主 控 计 算 机 向 分 站 发 送 的 下 行 信 号 先 经 过 信 号 转 换 ， 将 RS232信 号 制 转 换 为 TTL信号 制 ， 并 通 过 光 电 隔 离 元 件 ， 隔 离 开 主 机 与 分 站 间 的 电 联 系 ， 避 免 了 相 互 间 的 干 扰 ，同 时 接 口 面 板 上 的 下 行 指 示 灯 闪 烁 。 最 后 由 485转 换 芯 片 转 换 为 485信 号 制 的 本 质 安 全型 信 号 发 送 给 分 站 。 分 站 将 接 收 到 的 信 号 转 换 、 处 理 、 分 析 后 ， 如 果 该 信 号 时 本 分 站的 信 号 ， 则 分 站 将 主 控 机 需 要 的 信 息 回 送 给 传 输 接 口 再 由 传 输 接 口 转 换 信 号 后 传 输 给主 控 计 算 机 。传 输 接 口 输 出 到 分 站 接 口 有 两 路 ， 分 为 地 面 和 井 下 。 分 别 可 以 接 入 井 下 分 站 和 地 面 分站 。 其 原 理 完 全 相 同 。 这 样 可 以 避 免 地 面 分 站 遭 雷 击 时 影 响 井 下 分 站 的 传 输 。传 输 接 口 主 要 实 现 的 功 能 ： a.具 备 监 测 、 监 控 输 入 、 输 出 信 号 的 转 接 功 能 ； b.具 备 RS232串 行 口 二 合 一 的 功 能 或 从 机 热 备 用 的 功 能 ； c.具 备 电 源 、 下 行 及 上 行 传 输 指 示 功 能 。 d.直 流 本 安 电 源 具 有 过 压 、 限 流 和 短 路 保 护 功 能 。 传 输 接 口 主 要 主 要 技 术 参 数 a.供 电 电 源 额 定 值 ： 交 流 220V 工 频 50Hz（ 范 围 80 115 ） b.传 输 距 离 ： 20Km（ 传 输 电 缆 PUYVR31或 PUYVR39） ； c.传 输 方 式 ： 主 从 、 基 带 、 半 双 工 ； d.接 口 与 主 机 通 讯 RS232信 号 制 ； e.接 口 与 分 站 通 讯 信 号 为 本 质 安 全 型 ， 485信 号 制 f.输 出 本 安 直 流 电 源 ： 电 压 为 24V， 最 大 短 路 电 流 为 500mA。 g.传 输 速 率 ： 1200bps、 2400 bps、 4800 bps 、 9600 bps； h.容 量 ： 126个 分 站 。 （ 6） 主 机 中 心 站 主 机 应 安 装 在 地 面 机 房 中 ， 机 房 的 防 尘 、 防 静 电 、 防 雷 击 、 恒 温 、恒 湿 、 供 电 电 源 以 及 屏 蔽 接 地 等 均 应 符 合 GB2887-82 计 算 机 场 地 技 术 要 求 的 规 定 。 组 成 ： 中 心 站 主 机 一 般 硬 件 系 统 和 软 件 系 统 两 部 分 组 成 ， 其 中 硬 件 由 主 机箱 、 显 示 器 、 键 盘 、 鼠 标 和 打 印 机 组 成 ； 软 件 由 系 统 软 件 和 相 应 的 监 测 软 件组 成 。 硬 件 配 置 ： 机 型 ： 工 控 机 CPU： Intel Pentium 100MHz（ 或 更 高 ） 内 存 ： 16MB（ 或 更 多 ） 硬 盘 ： 4GB（ 或 更 多 ） 显 示 器 ： SVGA彩 色 显 示 器 ， 至 少 支 持 800 600 分 辨 率 。 显 示 卡 ： PCI或 AGP显 示 卡 ， 至 少 支 持 800 600、 64K色 显 示 模 式 网 卡 ： Ethernet网 卡 串 行 口 ： 用 于 中 心 站 与 分 站 的 通 讯 并 行 口 ： 接 打 印 机 其 它 ： 软 驱 、 光 驱 、 键 盘 、 鼠 标 、 打 印 机 软 件 ： 以 Windows操 作 系 统 为 平 台 。 用 Microsoft Windows 95/98/2000/XP（ 中 文 版 ） 作 为 计 算 机 的 操 作 系 统 ， 采 用 了 多 任 务 、 多 进 程 、 多 窗 口 的 程 序设 计 方 法 （ 监 测 软 件 详 见 具 体 系 统 ） 。 （ 7） 打 印 机 ： （ 8） 模 拟 盘 、 多 屏 幕 ： （ 1、 2、 3、 4、 5、 ）（ 9） UPS电 源 ： 不 间 断 电 源 。（ 10） 远 程 终 端（ 11） 网 络 接 口 电 缆（ 12） 监 测 系 统 电 缆（ 13） 接 线 盒 2、 监 测 监 控 系 统 软 件 （ 1） 操 作 系 统 软 件 用 Microsoft Windows 95/98/2000/XP（ 中 文版 ） 作 为 计 算 机 的 操 作 系 统 。 （ 2） 主 控 软 件 主 控 软 件 安 装 在 主 控 计 算 机 上 ， 主 要 完 成 数 据的 采 集 ， 与 地 面 井 下 分 站 通 讯 。 （ 3） 服 务 器 软 件 服 务 器 软 件 主 要 完 成 数 据 的 转 换 ， 把 主 控 计 算机 上 的 数 据 读 入 服 务 器 。 （ 4） 工 作 站 软 件 工 作 站 软 件 安 装 在 各 台 需 要 显 示 安 全 监 控 系 统信 息 的 计 算 机 上 ， 可 以 显 示 系 统 的 各 种 信 息 ， 但不 能 更 改 安 全 监 控 系 统 主 控 软 件 上 的 各 种 参 数 。 三 、 监 测 监 控 系 统 主 要 技 术 指 标 1、 系 统 容 量 ： 包 括 可 接 分 站 数 量 、 可 接 测 点 数 量 （ 非 智 能 型 传 感 器 ：模 拟 量 输 入 /开 关 量 输 入 /控 制 量 输 出 ； 智 能 型 传 感 器 ） 。 2 、 巡 检 周 期 ： 每 台 分 站 为 0.2s。 按 64台 分 站 计 算 ， 系 统 最 大 巡 检 周 期是 12.8s， 符 合 规 范 要 求 。 3 、 传 输 距 离 ： 中 心 站 到 分 站 距 离 20km； 分 站 到 传 感 器 距 离 2km（ 在加 大 传 感 器 电 缆 线 径 时 可 达 到 3km） 。 4 、 数 据 传 输 ： 中 心 站 与 分 站 ： 2400波 特 ， 差 分 同 步 二 相 码 ， 两 线 无极 性 ； 分 站 与 智 能 传 感 器 ： 9600波 特 , RS485接 口 。 5 、 误 码 率 ： 中 心 站 到 分 站 、 分 站 到 智 能 传 感 器 均 小 于 10-6。 6 、 可 接 入 的 传 感 器 信 号 类 型 ： 频 率 型 200 1000Hz(优 选 ) ； 电 流 型 ；电 压 型 ； 触 点 型 ； 智 能 型 （ 标 准 的 RS485数 字 信 号 传 感 器 ， 智 能 传感 器 ） 。 7、 测 量 精 度 ： 普 通 精 度 ： 测 量 精 度 为 0.4%； 高 精 度 ： 测 量 精 度 为0.1% 。 8、 后 备 电 池 供 电 时 间 ： 满 载 4小 时 。