矿井安全监测监控工业技术课件

第十章第十章 矿井安全监测监控工业技术矿井安全监测监控工业技术第一节第一节 安全监测监控系统性能测试安全监测监控系统性能测试矿井安全监测监控系统能否起到应有的作用，矿井安全监测监控系统能否起到应有的作用，与这套系统在使用过程中的性能有很大关系。与这套系统在使用过程中的性能有很大关系。由于监测监控系统构成的复杂性，所以对其由于监测监控系统构成的复杂性，所以对其性能必须要有足够的了解，为此，国家有关性能必须要有足够的了解，为此，国家有关部门曾经制定过专门的安全监测监控系统性部门曾经制定过专门的安全监测监控系统性能的测试标准，如能的测试标准，如772-1998772-1998，在此对其做一，在此对其做一简单介绍。简单介绍。1一、范围一、范围772-1998772-1998标准在测试技术上主要参考了标准在测试技术上主要参考了13730-199213730-1992地区电网数据采集与监控系统通用技术条件和地区电网数据采集与监控系统通用技术条件和13729-199213729-1992远动终端通用技术条件，这两项国远动终端通用技术条件，这两项国家标准均是参照采用了国际标准家标准均是参照采用了国际标准870-1988870-1988远动设远动设备和系统。在测试内容上基本符合原煤炭工业部备和系统。在测试内容上基本符合原煤炭工业部颁布的煤矿监控系统总体设计规范（试行）及颁布的煤矿监控系统总体设计规范（试行）及其他有关的技术法规。在编写格式、表达方法和引其他有关的技术法规。在编写格式、表达方法和引用标准方面执行了用标准方面执行了1.1-19931.1-1993、1.22-19931.22-1993和和1.3-19871.3-1987等的规定，同时参考了其他有关试验方法国家标准等的规定，同时参考了其他有关试验方法国家标准和行业标准的编写方法。和行业标准的编写方法。2二、试验条件二、试验条件1.1.环境条件环境条件除环境试验或有关标准中另有规定外，试验应除环境试验或有关标准中另有规定外，试验应在下列环境条件中进行：在下列环境条件中进行：环境温度：环境温度：15153535；相对湿度：相对湿度：45%45%75%75%；大气压力：大气压力：8686106106。32.2.电源条件电源条件除非有关标准另有规定，否则测试用电源应符除非有关标准另有规定，否则测试用电源应符合以下要求：合以下要求：（1 1）交流供电电源：）交流供电电源：电压：误差应不大于电压：误差应不大于2%2%；频率：频率：5050，其误差应不大于，其误差应不大于1%1%；谐波失真系数：应不大于谐波失真系数：应不大于5%5%。4（2）直流供电电源：电压：误差应不大于2%；周期与随机偏移：0应不大于0.1%。其中为周期与随机偏移的峰到峰值；U0为直流供电电压的额定值。5三、测试仪器和设备三、测试仪器和设备测试仪器和设备一般有以下要求：测试仪器和设备一般有以下要求：（1 1）测试仪器和设备的精确度应保证所测性能的）测试仪器和设备的精确度应保证所测性能的精确度要求，其自身精确度至少应比被测指标高精确度要求，其自身精确度至少应比被测指标高3 3倍。倍。（2 2）测试仪器和设备的性能应符合所测性能的特）测试仪器和设备的性能应符合所测性能的特性。性。（3 3）测试仪器和设备应按照计量法的有关规定进）测试仪器和设备应按照计量法的有关规定进行计量检定，并校准合格。行计量检定，并校准合格。（4 4）测试仪器和设备的配置应不影响测量结果。）测试仪器和设备的配置应不影响测量结果。6四、受试系统的要求四、受试系统的要求接受测试系统，一般是安装在现场生产场所，接受测试系统，一般是安装在现场生产场所，现场检验时，按实际配置的系统进行检验。现场检验时，按实际配置的系统进行检验。进行出厂检验和型式检验时，系统测试至少应进行出厂检验和型式检验时，系统测试至少应具备下列设备：具备下列设备：（1 1）中心站或主站设备一套，一般包括主机）中心站或主站设备一套，一般包括主机（含显示器）、打印机等设备（对双机系统（含显示器）、打印机等设备（对双机系统可根据具体情况适当增加设备）。可根据具体情况适当增加设备）。（2 2）传输接口）传输接口1 1台（系统中具备的话）。台（系统中具备的话）。7（3）分站：出厂检验时，为订货的全部分站。（4）每种本安电源最大组合负载的各种传感器及其他设备；对安全生产监控系统，若每种本安电源最大组合负载不含甲烷传感器，还应提供一组含甲烷传感器的组合负载。（5）构成系统的其他必要设备。受试系统中的设备必须是出厂检验和型式检验合格的产品。8五、测试准备五、测试准备（1 1）被试系统构成结构不同，要求有不同的连）被试系统构成结构不同，要求有不同的连接。例如，对于树型系统按图接。例如，对于树型系统按图10-110-1连接设备，连接设备，N N为参与试验的实际分站数。为参与试验的实际分站数。9n对于总线型系统则按图10-2连接设备。10（2）系统试验前应按规定做好运行前的各种准备，包括系统预调工作和系统中设备的预热工作。（3）被试系统所用的仪器及辅助设备（如电源等）在测试中应正常工作。11六、系统运行检査六、系统运行检査（1 1）试验系统按）试验系统按“测试准备测试准备”中的要求进行连中的要求进行连接。接。（2 2）执行一遍检查程序后，系统应能按规定正）执行一遍检查程序后，系统应能按规定正常运行，正确反映系统内各组成部分的状态。常运行，正确反映系统内各组成部分的状态。12（3）检查程序应符合以下规定：应及时给出运行正常的信息和正在受检部位的工作状态信息；应能检査系统各硬件组成部分正常与否；能检查通信状况；对所检查的结果提供清晰的显示、打印和硬盘记录；检査程序编制原则与技术要求应符合9813-1988附录A的规定。13七、系统功能试验七、系统功能试验系统功能试验内容较多，从系统的设备层开始，系统功能试验内容较多，从系统的设备层开始，一直到管理层，各层设备的重要功能都要进一直到管理层，各层设备的重要功能都要进行试验。行试验。1.1.试验系统的连接试验系统的连接试验系统按试验系统按“测试准备测试准备”中的要求进行连接。中的要求进行连接。142.2.模拟量采集、显示及报警功能试验模拟量采集、显示及报警功能试验（1 1）改变传感器、模拟量发生器的模拟量输出）改变传感器、模拟量发生器的模拟量输出值，在规定时间内，主机、模拟盘、图形终值，在规定时间内，主机、模拟盘、图形终端、电视墙、多屏幕和远程终端等显示设备端、电视墙、多屏幕和远程终端等显示设备（以下简称显示设备）上应显示相应的数据，（以下简称显示设备）上应显示相应的数据，该数据应与模拟量发生器输出值相符，其误该数据应与模拟量发生器输出值相符，其误差符合要求。差符合要求。（2 2）制造模拟量超限或异常故障，系统应有相）制造模拟量超限或异常故障，系统应有相应的声光报警，报警信号方式及响度应符合应的声光报警，报警信号方式及响度应符合规定。规定。（3 3）撤销超限或异常故障，相应的声光报警按）撤销超限或异常故障，相应的声光报警按各自产品标准规定的形式解除。各自产品标准规定的形式解除。153.3.开关量采集、显示及报警功能试验开关量采集、显示及报警功能试验（1 1）改变开关量模拟器的输出状态，在规定时）改变开关量模拟器的输出状态，在规定时间内，显示设备上应显示相应的状态。间内，显示设备上应显示相应的状态。（2 2）制造开关量故障状态或异常状态，在显示）制造开关量故障状态或异常状态，在显示设备上应有相应的显示，并伴有声光报警，设备上应有相应的显示，并伴有声光报警，报警信号方式及响度应符合规定。报警信号方式及响度应符合规定。（3 3）撤销故障状态或异常状态，相应的显示以）撤销故障状态或异常状态，相应的显示以及声光报警均按各自产品标准规定的形式解及声光报警均按各自产品标准规定的形式解除。除。164.4.累计量采集、显示功能试验累计量采集、显示功能试验给出一串累计量信号，在规定时间内，显示设给出一串累计量信号，在规定时间内，显示设备上应显示出相应的数值，该数值应与输入备上应显示出相应的数值，该数值应与输入的一串累计量信号相符，其误差符合要求。的一串累计量信号相符，其误差符合要求。175.5.控制功能（含断电、声光报警功能）试验控制功能（含断电、声光报警功能）试验（1 1）手动控制功能：在规定的输入设备上进行）手动控制功能：在规定的输入设备上进行控制操作，在规定时间内，控制执行显示器控制操作，在规定时间内，控制执行显示器有相应显示，系统亦有相应的显示。有相应显示，系统亦有相应的显示。（2 2）自动控制功能：使系统输出控制信号的模）自动控制功能：使系统输出控制信号的模拟量输入值和开关量状态，在规定时间内，拟量输入值和开关量状态，在规定时间内，按要求被控的就地和异地控制执行显示器有按要求被控的就地和异地控制执行显示器有相应的显示，系统亦应有相应显示和报警。相应的显示，系统亦应有相应显示和报警。（3 3）其他控制功能：按各自产品标准的规定逐）其他控制功能：按各自产品标准的规定逐项进行试验。项进行试验。186.6.调节功能试验调节功能试验（1 1）手动调节功能：在规定的输入设备上进行）手动调节功能：在规定的输入设备上进行遥调量的变化操作，在规定的调节执行指示遥调量的变化操作，在规定的调节执行指示器上应显示相应的数值。该数值应与设置的器上应显示相应的数值。该数值应与设置的调节量所代表的数值相一致，系统亦应有相调节量所代表的数值相一致，系统亦应有相应的显示。应的显示。（2 2）自动调节功能：改变相应的模拟量输入值）自动调节功能：改变相应的模拟量输入值，在相应的调节执行指示器上应显示出相应，在相应的调节执行指示器上应显示出相应的数值，该数值应与设置的调节量所代表的的数值，该数值应与设置的调节量所代表的数值相一致，系统亦应有相应的显示。数值相一致，系统亦应有相应的显示。（3 3）其他调节功能：按各自产品标准的规定逐）其他调节功能：按各自产品标准的规定逐项进行试验。项进行试验。197.7.存贮和查询功能试验存贮和查询功能试验（1 1）该试验应在上述功能试验后立即进行。）该试验应在上述功能试验后立即进行。（2 2）试验按下列步骤进行：）试验按下列步骤进行：使主机停电使主机停电5 5；送电，使主机运行，査询并打印停机前的送电，使主机运行，査询并打印停机前的各种实时监测值、各种状态和统计值以及报各种实时监测值、各种状态和统计值以及报警和解除报警等情况记录。这些记录应与上警和解除报警等情况记录。这些记录应与上述试验一一对应，并注明相应的时间。述试验一一对应，并注明相应的时间。208.8.屏幕显示及打印制表功能试验屏幕显示及打印制表功能试验（1 1）召唤显示和打印：按画面显示目录检査屏）召唤显示和打印：按画面显示目录检査屏幕显示功能和打印制表功能。幕显示功能和打印制表功能。（2 2）定时打印：检査系统在规定时间内打印出）定时打印：检査系统在规定时间内打印出符合有关要求的各种表格和图形。符合有关要求的各种表格和图形。（3 3）屏幕显示及打印出的内容与袼式应符合有）屏幕显示及打印出的内容与袼式应符合有关规定。关规定。219.9.人机对话功能试验人机对话功能试验（1 1）用人机对话方式调用各种菜单，并按菜单）用人机对话方式调用各种菜单，并按菜单和输入提示选测功能。和输入提示选测功能。（2 2）在不中断正常检测的条件下，通过操作生）在不中断正常检测的条件下，通过操作生成、修改各种系统参数、图表和图形，然后成、修改各种系统参数、图表和图形，然后对被修改参数的部分进行实际检测试验，结对被修改参数的部分进行实际检测试验，结果应与修改要求相一致。果应与修改要求相一致。（3 3）在不中断正常检测的条件下，设定、修改）在不中断正常检测的条件下，设定、修改口令和密级，并检査规定的保护功能。口令和密级，并检査规定的保护功能。2210.10.自诊断功能试验自诊断功能试验（1 1）对任一分站、传感器及传输电缆制造故障）对任一分站、传感器及传输电缆制造故障，系统应能诊断出相应故障，并有相应的显，系统应能诊断出相应故障，并有相应的显示和报警。示和报警。（2 2）将制造的故障撤销，则相应的故障显示和）将制造的故障撤销，则相应的故障显示和报警解除。报警解除。11.11.系统软件自监视功能试验系统软件自监视功能试验操作相应键，使之处于软件监视状态，系统应操作相应键，使之处于软件监视状态，系统应能正确监视软件中各任务运行状态。能正确监视软件中各任务运行状态。2312.12.软件容错功能试验软件容错功能试验（1 1）人为制造键盘操作错误，应不影响整个系）人为制造键盘操作错误，应不影响整个系统软件的运行。统软件的运行。（2 2）制造盘片读写错误或打印机没联机等故障）制造盘片读写错误或打印机没联机等故障，应有故障提示，且不影响整个系统软件的，应有故障提示，且不影响整个系统软件的运行。运行。2413.13.双机切换功能试验双机切换功能试验（1 1）人工手动切换功能试验：进行手动切换操）人工手动切换功能试验：进行手动切换操作，备用主机和相应显示打印设备应投人运作，备用主机和相应显示打印设备应投人运行，所构成的系统应能正常工作。同时测试行，所构成的系统应能正常工作。同时测试从切换操作开始到备用机正常工作的时间。从切换操作开始到备用机正常工作的时间。（2 2）双机自动切换功能试验：设置双机切换的）双机自动切换功能试验：设置双机切换的条件，备用主机及相应显示打印设备应投入条件，备用主机及相应显示打印设备应投入运行，所构成的系统应能正常工作。同时测运行，所构成的系统应能正常工作。同时测试从满足双机自动切换条件开始到备用机正试从满足双机自动切换条件开始到备用机正常工作的时间。常工作的时间。2514.14.实时多任务功能试验实时多任务功能试验（1 1）使打印机连续打印，时间不小于磁盘记录）使打印机连续打印，时间不小于磁盘记录时间间隔。打印结束后，査询存盘记录，不时间间隔。打印结束后，査询存盘记录，不应有信息丢失现象。应有信息丢失现象。（2 2）连续操作键盘，时间不小于磁盘记录时间）连续操作键盘，时间不小于磁盘记录时间间隔，然后査询存盘记录，不应有信息丢失间隔，然后査询存盘记录，不应有信息丢失现象。现象。2615.15.备用电源试验备用电源试验使系统停电，相应设备的备用电源应立即投入使系统停电，相应设备的备用电源应立即投入运行，检查系统，系统应正常工作。运行，检查系统，系统应正常工作。使系统恢复供电，检査备用电源，备用电源应使系统恢复供电，检査备用电源，备用电源应自动退出。自动退出。27八、系统主要性能指标测试八、系统主要性能指标测试1.1.模拟量输入传输误差测试模拟量输入传输误差测试（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）至少测）至少测3 3路，且应分布在不同的分站。对路，且应分布在不同的分站。对于树型和总线型系统，还应考虑分布在不同于树型和总线型系统，还应考虑分布在不同的试验区段。的试验区段。（3 3）被测的每一路模拟量不得少于）被测的每一路模拟量不得少于5 5个试验点，个试验点，试验点应包括下限值、上限值在内，且均匀试验点应包括下限值、上限值在内，且均匀分布。分布。28（4）每一路模拟量试验方法：调节模拟量发生器的输出为下限值，逐渐平稳增加到上限值，再平稳减少到下限值。在一次循环中依次记录系统所显示的各试验点的实测值。（5）按以下方法计算误差：计算各试验点信号所对应的被测量的理论值；按照由低到高层次统计计算传输误差。（6）传输误差应取计算传输误差的最大值。292.2.累计量输入传输误差测试累计量输入传输误差测试（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）至少测）至少测3 3路，且应分布在不同的分站。对于路，且应分布在不同的分站。对于树型和总线型系统，还应考虑分布在不同的试验树型和总线型系统，还应考虑分布在不同的试验区段。区段。（3 3）每一路累计量试验方法如下：）每一路累计量试验方法如下：启动累计量信号模拟器，使之输出一串规定启动累计量信号模拟器，使之输出一串规定的最小脉冲宽度，数量不小于的最小脉冲宽度，数量不小于30003000个脉冲信号，个脉冲信号，同时记录系统所显示的累计量实测值；同时记录系统所显示的累计量实测值；改变脉冲量的个数，重复上述试验改变脉冲量的个数，重复上述试验5 5次以上。次以上。30（4）误差计算按模拟量输入传输误差测试的规定进行。（5）累计量传输误差应取的最大值。313.3.模拟量输出传输误差测试模拟量输出传输误差测试（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）至少测）至少测3 3路，且应分布在不同的分站。对路，且应分布在不同的分站。对于树型和总线型系统，还应考虑分布在不同于树型和总线型系统，还应考虑分布在不同的试验区段。的试验区段。（3 3）被测的每一路模拟量输出值不得少于）被测的每一路模拟量输出值不得少于5 5个个试验点，试验点应包括上限值、下限值在内，试验点，试验点应包括上限值、下限值在内，且均匀分布。且均匀分布。32（4）每一路模拟量试验方法：在规定的输入设备上进行遥调量的变化操作，使之从下限值逐渐平稳增加至上限值，再平稳减少到下限值。在一次循环中依次记录调节执行指示器上的模拟量输出实测值。（5）误差计算按模拟量输入传输误差测试的规定进行。（6）模拟量输出（调节量）传输误差应取的最大值。334.4.系统巡检时间测试系统巡检时间测试（1 1）按）按“测试准备测试准备 中第六条的要求连接设备。中第六条的要求连接设备。（2 2）先投入）先投入1 1台分站，分站应带足所有的输入台分站，分站应带足所有的输入输出容量。用秒表测得系统连续运行数次循输出容量。用秒表测得系统连续运行数次循环所需的时间环所需的时间1 1。345.5.控制执行时间测试控制执行时间测试（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）在规定的输入设备上发控制命令，用秒表）在规定的输入设备上发控制命令，用秒表测量从控制命令发出至控制执行指示器作出测量从控制命令发出至控制执行指示器作出响应的时间。响应的时间。（3 3）使系统输出控制信号的模拟量输入值和开）使系统输出控制信号的模拟量输入值和开关量状态，用秒表测量从信号输入到控制执关量状态，用秒表测量从信号输入到控制执行指示器显示相应动作的时间。行指示器显示相应动作的时间。（4 4）对已包含执行机构的试验系统，试验中测）对已包含执行机构的试验系统，试验中测得的时间即为控制执行时间；对不包含执行得的时间即为控制执行时间；对不包含执行机构的试验系统，控制执行时间应为试验中机构的试验系统，控制执行时间应为试验中测得的时间加执行机构的动作时间。测得的时间加执行机构的动作时间。356.6.调节执行时间测试调节执行时间测试（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）在规定的输入设备上进行遥调量的变化操）在规定的输入设备上进行遥调量的变化操作，使之从下限值至上限值，再从上限值至作，使之从下限值至上限值，再从上限值至下限值，用秒表分别测量调节量发出至调节下限值，用秒表分别测量调节量发出至调节量执行完毕的时间。量执行完毕的时间。（3 3）对已包含执行机构的试验系统，试验中测）对已包含执行机构的试验系统，试验中测得的时间即为调节执行时间；对不包含执行得的时间即为调节执行时间；对不包含执行机构的试验系统，调节执行时间应为试验中机构的试验系统，调节执行时间应为试验中测得的时间加执行机构的动作时间。测得的时间加执行机构的动作时间。367.7.站内事件分辨率测试站内事件分辨率测试（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）将开关量模拟器的两路输出信号接至任意）将开关量模拟器的两路输出信号接至任意一台分站的任意两路开关量输入端上，在开一台分站的任意两路开关量输入端上，在开关量信号模拟器上设置一个时间定值，使该关量信号模拟器上设置一个时间定值，使该值等于规定的站内事件分辨率。启动开关量值等于规定的站内事件分辨率。启动开关量信号模拟器，则系统应打印出符合先后次序信号模拟器，则系统应打印出符合先后次序并带各自时标的两个事件的顺序记录。并带各自时标的两个事件的顺序记录。（3 3）试验至少在两个分站上分别进行）试验至少在两个分站上分别进行3 3次。次。378.8.站间事件分辨率测试站间事件分辨率测试（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）将）将n n路开关量信号模拟器输出分别接至路开关量信号模拟器输出分别接至n n台台分站的任一路开关量输入端上，在开关量信分站的任一路开关量输入端上，在开关量信号模拟器上设置一个时间定值，使该定值等号模拟器上设置一个时间定值，使该定值等于规定的站间事件分辨率。启动开关量信号于规定的站间事件分辨率。启动开关量信号模拟器，系统应打印出符合先后次序并带有模拟器，系统应打印出符合先后次序并带有各自时标的各自时标的n n个事件的顺序记录。个事件的顺序记录。（3 3）试验应至少进行）试验应至少进行3 3次，次，n n至少为至少为3 3。389.9.画面响应时间测试画面响应时间测试（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）用秒表测试每幅画面从输入命令结束开始）用秒表测试每幅画面从输入命令结束开始直到全部画素显示完毕的时间。直到全部画素显示完毕的时间。（3 3）试验至少进行）试验至少进行3 3次。次。399.9.画面响应时间测试画面响应时间测试（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）用秒表测试每幅画面从输入命令结束开始）用秒表测试每幅画面从输入命令结束开始直到全部画素显示完毕的时间。直到全部画素显示完毕的时间。（3 3）试验至少进行）试验至少进行3 3次。次。4010.10.传输速率测试传输速率测试（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）将示波器跨接在传输信道上，运行系统，）将示波器跨接在传输信道上，运行系统，由示波器读出传输速率。由示波器读出传输速率。4111.11.系统速率测试系统速率测试测试方法有仪表测试法和实际测算法，这里简测试方法有仪表测试法和实际测算法，这里简单给出实际测算法：单给出实际测算法：（1 1）对于双向传输监测、监控系统，方法如下：）对于双向传输监测、监控系统，方法如下：按按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。42主机运行误码率测试软件，产生随机信号，进行发送并接收（或连续发送00并接收）。分站运行“收即发”程序。主机将经分站和传输系统返回的随机信号与发送的随机信号相比较，统计错误码数并显示或打印输出。系统运行时间应保证传输不少于5倍误码率倒数的码数。系统传输误码率为错误码数除以传输的总码数。43（2）对于单向传输监测系统，方法如下：按“测试准备”中的要求连接设备。分站循环发送00，主机将接收到的数值显示和打印输出统计错误码数。系统运行时间应保证传输不少于5倍误码率倒数的码数。系统传输误码率为错误码数除以传输的总码数。44九、系统工作稳定性试验九、系统工作稳定性试验（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。系统连续运行，运行时间应符合产品标准的规系统连续运行，运行时间应符合产品标准的规定。试验开始和结束，均应测试系统功能和定。试验开始和结束，均应测试系统功能和主要指标。试验中按规定的时间间隔测试系主要指标。试验中按规定的时间间隔测试系统功能。统功能。（3 3）试验中，如出现关联性故障则终止试验，）试验中，如出现关联性故障则终止试验，等故障排除后重新开始计时试验，如出现非等故障排除后重新开始计时试验，如出现非关联性故障，等故障排除后继续试验，排除关联性故障，等故障排除后继续试验，排除故障过程不计时。故障过程不计时。45十、电源波动适应性试验十、电源波动适应性试验（1 1）按）按“测试准备测试准备”中的要求连接设备。中的要求连接设备。（2 2）将系统电源线接到电压可调的电源上，根）将系统电源线接到电压可调的电源上，根据产品标准要求的电压波动范围调节电压，据产品标准要求的电压波动范围调节电压，并在每组合状态下等温度稳定，但至少保持并在每组合状态下等温度稳定，但至少保持1515后，测试系统功能。后，测试系统功能。46第二节第二节 监测监控系统设计原则及步骤监测监控系统设计原则及步骤一、监测监控系统设计步驟一、监测监控系统设计步驟1.1.了解安全、生产系统对监测监控系统的要求了解安全、生产系统对监测监控系统的要求不同的安全、生产系统对监测监控系统的要求不同的安全、生产系统对监测监控系统的要求不同。因此，首先必须详细地了解安全、生不同。因此，首先必须详细地了解安全、生产对系统的要求，明确设计任务。产对系统的要求，明确设计任务。472.2.调研、搜集资料调研、搜集资料在明确设计任务后，就要有目的地进行调研、在明确设计任务后，就要有目的地进行调研、搜集资料。主要内容应包括：搜集资料。主要内容应包括：（1 1）通过国际互联网，了解所设计系统目前国）通过国际互联网，了解所设计系统目前国内外现状及发展趋势；内外现状及发展趋势；（2 2）通过查新了解有关新理论、新技术、新元）通过查新了解有关新理论、新技术、新元器件等；器件等；（3 3）实地考察已有成熟系统的使用情况；）实地考察已有成熟系统的使用情况；（4 4）熟悉有关的法律、法规、设计规范、检测）熟悉有关的法律、法规、设计规范、检测验收规范。验收规范。483.3.系统总体方案确定系统总体方案确定在充分调研、掌握大量资料的基础上，针对实在充分调研、掌握大量资料的基础上，针对实际设计系统确定设计的总体方案，选择系统际设计系统确定设计的总体方案，选择系统的结构形式。的结构形式。4.4.选择一次传感器、控制执行机构或元件选择一次传感器、控制执行机构或元件根据设计要求及确定的总体方案，选择所需要根据设计要求及确定的总体方案，选择所需要的一次传感器和合适的控制执行元件。的一次传感器和合适的控制执行元件。5.5.选择计算机选择计算机根据总体方案及可靠性、经济性等情况选择计根据总体方案及可靠性、经济性等情况选择计算机的机型、机种。算机的机型、机种。496.6.系统硬件设计系统硬件设计根据总体方案的要求，进行系统硬件设计和具根据总体方案的要求，进行系统硬件设计和具体电路设计，尽量采用成熟的、经过实践考体电路设计，尽量采用成熟的、经过实践考验的电路和环节。同时考虑新技术、新元器验的电路和环节。同时考虑新技术、新元器件、新工艺的应用。件、新工艺的应用。7.7.系统软件设计系统软件设计根据软件设计原则、方法及系统的要求进行应根据软件设计原则、方法及系统的要求进行应用程序设计。尽量采用组态软件，注意兼容用程序设计。尽量采用组态软件，注意兼容性、可扩展性。性、可扩展性。508.8.系统实验室调试系统实验室调试系统软硬件设计完成并进行正确组装后，按设系统软硬件设计完成并进行正确组装后，按设计任务的要求在实验室进行模拟实验。通过计任务的要求在实验室进行模拟实验。通过实验对设计系统进行初步考核，以便发现问实验对设计系统进行初步考核，以便发现问题、进行改进，为现场工业性试验奠定基础。题、进行改进，为现场工业性试验奠定基础。9.9.工业性实验工业性实验将所设计的系统安装于实际工业现场，由生产将所设计的系统安装于实际工业现场，由生产过程对系统进行实际考核，对存在的问题进过程对系统进行实际考核，对存在的问题进行改进，最大限度地满足生产、安全要求。行改进，最大限度地满足生产、安全要求。煤矿井下使用的设备还必须经过指定机关进行煤矿井下使用的设备还必须经过指定机关进行防爆检验，在取得防爆检验，在取得“防毒合格证防毒合格证”后，可能后，可能进行工业性试验。进行工业性试验。5110.10.编写鉴定技术文件编写鉴定技术文件一般在工业实验通过之后，有关部门要对系统一般在工业实验通过之后，有关部门要对系统组织技术或产品鉴定，需要编写鉴定技术文组织技术或产品鉴定，需要编写鉴定技术文件。鉴定技术文件一般应包括以下内容：件。鉴定技术文件一般应包括以下内容：（1 1）任务来源及要求，即计划任务书、合同书。）任务来源及要求，即计划任务书、合同书。（2 2）研制报告。说明目前国内外有关情况、研）研制报告。说明目前国内外有关情况、研制设计的关键、解决方法和措施、最终结果制设计的关键、解决方法和措施、最终结果（有的称为可行性论证报告）。（有的称为可行性论证报告）。52（3）试制报告。说明试制过程、试制过程中出现的问题、解决措施。（4）技术条件。写明对设计检验的方法及达到的功能指标要求（也可称为技术考核试验大纲）。（5）型式试验报告。由指定机关进行检验后作出的结论性报告。（6）标准化审査报告。由指定机关对设计中标准化情况作出的报告。（7）防爆检验报告。由指定机关对煤矿井下应用的设备作出的防爆检验报告。53（8）系统图册。系统设计的详细图纸。（9）使用说明书。写明系统概况、主要技术指标、使用条件、使用方法、注意事项等。（10）工业试验大纲。写明试验现场地点、条件，试验时间，设备安装情况，考核内容、方法等。（11）工业试验报告。由现场对所试验系统作出总体和结论性报告。（12）证明文件。査新证明，即查阅与本设计有关的国内外最新情况证明。有的鉴定还需要“经济效益和社会效益”的有关证明。54二、安全、生产系统对安全监测监控系统的要二、安全、生产系统对安全监测监控系统的要求求安全、生产系统对监测监控系统的要求应由设安全、生产系统对监测监控系统的要求应由设计单位提出，但提出的要求一般都比较笼统，计单位提出，但提出的要求一般都比较笼统，因此，在此基础上还必须做进一步调査研究，因此，在此基础上还必须做进一步调査研究，收集有关系统设计的大量原始资料，其内容收集有关系统设计的大量原始资料，其内容一般要包括：一般要包括：（1 1）需要检测参数的种类、数量、极限变化范）需要检测参数的种类、数量、极限变化范围、常用范围。围、常用范围。（2 2）需要检测参数的性质，例如，模拟量是电）需要检测参数的性质，例如，模拟量是电压型、电流型、频率型还是电阻型，开关量压型、电流型、频率型还是电阻型，开关量是触点信号还是有源信号等。是触点信号还是有源信号等。（3 3）检测对象所处环境是一般场所还是有爆炸）检测对象所处环境是一般场所还是有爆炸危险、高温、潮湿等特殊场所。危险、高温、潮湿等特殊场所。55（4）检测精度和速度。（5）监测对象环境、数量、性质等。（6）控制对象环境、数量、性质、控制方式及控制精度等。（7）信息输出形式，如显示、打印记录、存储、传输距离等。（8）系统可靠性，系统是长期还是短期运行，允许故障时间，若发生故障后后果如何等。56三、监测监控系统设计原则三、监测监控系统设计原则在最大限度满足安全、生产系统要求的前提下，在最大限度满足安全、生产系统要求的前提下，一般要力求做到五性。一般要力求做到五性。1.1.可靠性可靠性监测监控系统可靠性高，是系统设计最重要的监测监控系统可靠性高，是系统设计最重要的原则。要保证系统在使用条件下工作稳定且原则。要保证系统在使用条件下工作稳定且可靠性高，必须具备较强的抗干扰性能。可靠性高，必须具备较强的抗干扰性能。2.2.先进性先进性使用的元器件、传感器、执行器、检测方法、使用的元器件、传感器、执行器、检测方法、控制方法、程序设计、输入输出方式及手段控制方法、程序设计、输入输出方式及手段等，都应符合技术发展方向，具有技术的先等，都应符合技术发展方向，具有技术的先进性。进性。573.3.通用性通用性系统不需任何改动或只进行少许改动就能应用系统不需任何改动或只进行少许改动就能应用于其他场合，构成新的监测监控系统。于其他场合，构成新的监测监控系统。4.4.合理性合理性电路结构简单，软硬件功能搭配恰到好处，便电路结构简单，软硬件功能搭配恰到好处，便于安装、维护检修。于安装、维护检修。5.5.经济性经济性系统功能强，成本低，性能价格比高。系统功能强，成本低，性能价格比高。58四、监测监控系统总体方案的确定四、监测监控系统总体方案的确定总体方案确定的好坏，直接影响到整个监测控总体方案确定的好坏，直接影响到整个监测控系统的功能、指标、系统投资及实施细则的系统的功能、指标、系统投资及实施细则的好坏，甚至关系到设计的成败。好坏，甚至关系到设计的成败。总体方案确定主要是根据了解和调研所掌握的总体方案确定主要是根据了解和调研所掌握的大量资料，结合具体实际情况和现时可行的大量资料，结合具体实际情况和现时可行的技术措施及方法来进行。技术措施及方法来进行。591.1.确定系统的结构确定系统的结构在确定总体方案时，必须首先确定好系统的结在确定总体方案时，必须首先确定好系统的结构。它是系统设计的重要一步，系统的结构构。它是系统设计的重要一步，系统的结构确定是根据所设计的监测监控系统复杂程度、确定是根据所设计的监测监控系统复杂程度、测控范围及要求，确定出系统为一级管理系测控范围及要求，确定出系统为一级管理系统还是分布式多级管理系统，是单计算机运统还是分布式多级管理系统，是单计算机运行还是多计算机运行。行还是多计算机运行。60n监测监控系统一般为一级或二级计算机管理系统。一级管理系统多为星型或树型，如图10-3所示。图中，为受控或检测单元。61二级管理系统多为环型、直线型、树型、如图10-4所示。622.2.选择传感器选择传感器在确定总体方案时必须选择好被测参量的传感在确定总体方案时必须选择好被测参量的传感器，它是影响系统检测精度的重要因索之一。器，它是影响系统检测精度的重要因索之一。特别是随着半导体技术、监测监控技术的发特别是随着半导体技术、监测监控技术的发展，测量各种参量（如甲烷浓度、一氧化碳、展，测量各种参量（如甲烷浓度、一氧化碳、浓度温度、风速等）的传感器种类繁多，规浓度温度、风速等）的传感器种类繁多，规格各异。因此，如何正确选择传感器，确实格各异。因此，如何正确选择传感器，确实不是一件容易的事，必须给予髙度重视。在不是一件容易的事，必须给予髙度重视。在选择传感器时，应考虑以下几个方面：选择传感器时，应考虑以下几个方面：63（1）最重要的是检测精度、范围及寿命。在选择精度指标时，要以系统测控精度要求为依据，然后考虑系统中产生误差诸因素，对总误差进行合理的预分配，再按预分配给传感器的误差来选择所需传感器的精度。（2）信号输出形式，如电压、电流、频率输出及其分站信号采集种类的配套等因素。传感器安装位置及数量要符合有关规定，本章第三节内容有详细叙述。643.3.选择分站通道选择分站通道分站通道是连接计算机与监测监控对象的纽带，分站通道是连接计算机与监测监控对象的纽带，是系统的重要组成部分。通道不通就无法保是系统的重要组成部分。通道不通就无法保证系统可靠工作。若通道产生误差过大，就证系统可靠工作。若通道产生误差过大，就无法达到预期的检测和控制目的。选择通道无法达到预期的检测和控制目的。选择通道主要是根据传感器的信号种类、数量及受控主要是根据传感器的信号种类、数量及受控设备的状况，选择通道中的关键性元器件，设备的状况，选择通道中的关键性元器件，例如，多路开关、采样保持器、转换器、转例如，多路开关、采样保持器、转换器、转换器等。换器等。654.4.选择外围设备选择外围设备外围设备配置种类、型号主要根据系统要求和外围设备配置种类、型号主要根据系统要求和系统规模来确定。系统规模来确定。在上述工作完成后，画出一个完整的监测监控在上述工作完成后，画出一个完整的监测监控系统原理框图，其中包括各种传感器、执行系统原理框图，其中包括各种传感器、执行器、输入输出通道的主要元器件、微机及外器、输入输出通道的主要元器件、微机及外围设备。它是整个系统的总图，要求简单、围设备。它是整个系统的总图，要求简单、清晰、一目了然。清晰、一目了然。在确定系统总体方案时，对系统的软、硬件功在确定系统总体方案时，对系统的软、硬件功能应做统一考虑。因为监测监控系统所要实能应做统一考虑。因为监测监控系统所要实现的某种功能，往往既可以由硬件实现，也现的某种功能，往往既可以由硬件实现，也可以由软件完成。到底采用什么方式比较合可以由软件完成。到底采用什么方式比较合适，应根据系统实时性及整个系统的功能价适，应根据系统实时性及整个系统的功能价格比综合平衡后加以确定。格比综合平衡后加以确定。66第三节第三节 监测监控系统的选型及施工设计监测监控系统的选型及施工设计根据前面几节讨论的安全监测监控系统设计的根据前面几节讨论的安全监测监控系统设计的一般方法，在实际工作中，根据矿井的实际一般方法，在实际工作中，根据矿井的实际情况和用户的要求，直接选用国内外成熟的情况和用户的要求，直接选用国内外成熟的系统，即选型设计。系统一旦选定，用户就系统，即选型设计。系统一旦选定，用户就要根据生产矿井实际情况进行施工设计。本要根据生产矿井实际情况进行施工设计。本节我们通过具体的例子，介绍监测监控系统节我们通过具体的例子，介绍监测监控系统的选型设计和施工设计。的选型设计和施工设计。67一、监测监控系统选型设计一、监测监控系统选型设计1.1.矿井概况矿井概况某矿井年产原煤某矿井年产原煤12001200，为低沼气矿井；矿井生，为低沼气矿井；矿井生产布置有两个采区，共产布置有两个采区，共4 4个采煤工作面，个采煤工作面，4 4个个掘进工作面，要求监测监控系统进入矿工业掘进工作面，要求监测监控系统进入矿工业局域网。局域网。2.2.系统选型系统选型根据矿井情况和用户要求，选用根据矿井情况和用户要求，选用4 4系统。系统。68（1）选用工控机为系统主机，并加一台备用机，486以上，主频200以上，内存16以上，硬盘2.1以上，带3.5英寸软驱和光驱，彩色图形终端选用400，其他外设另选。根据矿工业局域网的情况，选用网络连接卡。（2）传感器的数量与型号的选择。根据煤矿安全的有关要求，确定测点89个（模拟量37个，开关量52个），考虑二期工程测点共122个。配备2台风电闭锁装置。（3）按测点分布设置10台井下分站（2台备用于井上）。（4）通信电缆选用3914芯电缆，传感器电缆选用型。693.3.系统方框图设计系统方框图设计（1 1）图例说明。）图例说明。（2 2）系统方框图，如图）系统方框图，如图10-510-5所示。所示。.7.7分站传感分站传感器配置图，如图器配置图，如图10-610-6所示。所示。70714.4.系统概算系统概算（1 1）系统配套清单，如表）系统配套清单，如表10-110-1所列。所列。727374（2）通信干线材料汇总表，如表10-2所列。75n（3）系统通信电缆明细表，如表10-3所列。7677二、监测监控系统施工设计二、监测监控系统施工设计根据安全监测监控系统选型设计，对所需要的根据安全监测监控系统选型设计，对所需要的产品进行招标和定购之后，则需要根据现场产品进行招标和定购之后，则需要根据现场生产的情况，进行安全监测监控系统安装的生产的情况，进行安全监测监控系统安装的施工设计。进行施工设计的依据主要是有关施工设计。进行施工设计的依据主要是有关的煤矿安全监测监控系统及检测仪器使用管的煤矿安全监测监控系统及检测仪器使用管理规范。理规范。1.1.一般性要求一般性要求系统安装前，使用单位必须根据已批准的作业系统安装前，使用单位必须根据已批准的作业规程或安全技术措施提出安装申请单，规程或安全技术措施提出安装申请单，分别送通风和机电部门，安装断电控制系统分别送通风和机电部门，安装断电控制系统时，使用单位或机电部门必须根据断电范围时，使用单位或机电部门必须根据断电范围要求，提供断电条件，并接通井下电源及控要求，提供断电条件，并接通井下电源及控制线，在连接时必须有安全监测工在场监护。制线，在连接时必须有安全监测工在场监护。78n模拟量传感器应设置在能正确反映被测物理量的位置。开关量传感器应设置在能正确反映被监测状态的位置。声光报警器应设置在经常有人工作便于观察的地点。n井下分站应设置在便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或硐室中，安设时应垫支架，使其距巷道底板不小于300，或吊挂在巷道中。79n隔爆兼本质安全型等防爆电源，宜设置在采区变电所，严禁设置在断电范围内。隔爆兼本质安全型防爆电源严禁设置在下列区域：低瓦斯和高瓦斯矿井的采煤工作面和回风巷内；煤与瓦斯突出矿井的采煤工作面、进风巷和回风巷；掘进工作面内；采用串联通风的被串采煤工作面、进风巷和回风巷；采用串联通风的被串掘进巷道内。80n为保证安全监测监控系统的断电和故障闭锁功能，断电控制器与被控开关之间必须正确接线。具体方法由煤矿主要技术负责人审定。n与安全监测监控仪器关联的电气设备，电源线和控制线在拆除或改线时，必须与安全测控管理部门共同处理。检修与安全监测监控仪器关联的电气设备，需要安全监测监控仪器停止运行时，须经矿主要负责人或主要技术负责人同意，并制定安全措施后方可进行。812.2.甲烷传感器的设置甲烷传感器的设置甲烷传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的甲烷传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于位置，距顶板（顶梁）不得大于300300，距巷道，距巷道侧壁不得小于侧壁不得小于200200，并应安装维护方便，不影，并应安装维护方便，不影响行人和行车。响行人和行车。82（1 1）长壁采煤工作面甲烷传感器必须按图）长壁采煤工作面甲烷传感器必须按图10-10-7 7设置。设置。U U形通风方式在上隅角设置甲烷传感形通风方式在上隅角设置甲烷传感器器T0T0，工作面设置甲烷传感器，工作面设置甲烷传感器T1T1，工作面回，工作面回风巷设置甲烷传感器风巷设置甲烷传感器T2T2；若煤与瓦斯突出矿；若煤与瓦斯突出矿井的甲烷传感器井的甲烷传感器T1T1不能控制采煤工作面进风不能控制采煤工作面进风巷内全部非本质安全型电气设备，则在进风巷内全部非本质安全型电气设备，则在进风巷设置甲烷传感器巷设置甲烷传感器T3T3；83n低瓦斯和髙瓦斯矿井采煤工作面采用串联通风时，被串工作面的进风巷设置甲烷传感器T4，如图10-7（a）所示。nZ形、Y形、H形和W形通风方式的采煤工作面甲烷传感器的设置参照上述规定执行，如图10-7（b）、（c）、（d）、（e）所示。84（2）采用两条巷道回风的采煤工作面甲烷传感器必须按图10-8设置。甲烷传感器T0、T1和T2的设置同图10-7；在第二条回风巷设置甲烷传感器T5、T6。采用三条巷道回风的采煤工作面，第三条回风巷甲烷传感器的设置与第二条回风巷甲烷传感器5、6的设置相同。85（3）有专用排瓦斯巷的采煤工作面甲烷传感器必须按图10-9设置。甲烷传感器0、T1、2的设置同图10-7；在专用排瓦斯巷设置甲烷传感器T7，在工作面混合回风风流处设置甲烷传感器T8，如图10-9所示。（4）工作面甲烷传感器的设罝：86878889909192髙瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面甲烷传感器必须按图10-10设置。在工作面混合风流处设置甲烷传感器T1，在工作面回风流中设置甲烷传感器T2；采用串联通风的掘进工作面，必须在被串工作面局部通风机前设置掘进工作面进风流甲烷传感器T3。9394高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井双巷掘进工作面甲烷传感器必须按图10-11设置。在掘进工作面及其回风巷设置甲烷传感器T1和T2，在工作面混合回风流处设置甲烷传感器T3。95高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的掘进工作面长度大于800m时，必须在掘进巷道中部增设甲烷传感器。掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。（5）采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷测风站应设置甲烷传感器。96（6）设在回风流中的机电硐室进风侧必须设置甲烷传感器，如图10-12所示。97（7）使用架线电机车的主要运输巷道内，装煤点处必须设置甲烷传感器，如图10-13所示。98（8）高瓦斯矿井进风的主要运输巷道使用架线电机车时，在瓦斯涌出巷道的下风流中必须设置甲烷传感器，如图10-14所示。99n复习思考题复习思考题n1.安全监测监控系统性能测试的内容有哪些安全监测监控系统性能测试的内容有哪些？n2.安全监测监控系统性能测试过程中要遵循安全监测监控系统性能测试过程中要遵循哪些技术规范？哪些技术规范？n3.安全监测监控系统设计基本原则是什么？安全监测监控系统设计基本原则是什么？n4.安全监测监控系统设计基本步骤有哪些？安全监测监控系统设计基本步骤有哪些？n5.煤矿安全生产系统对安全监测监控系统有煤矿安全生产系统对安全监测监控系统有哪些基本要求？哪些基本要求？1006.安全监测监控系统选型设计主要内容有哪些？7.试分析长壁采煤工作面不同通风方式瓦斯传感器的安装特点及其理由。8.试分析有专用排瓦斯巷的采煤工作面瓦斯传感器的安装特点及其理由。9.试分析不同种类掘进工作面甲烷传感器设置的特点及其理由。10.结合某一矿井生产实际情况，做一个监测监控系统的施工设计。101