煤礦瓦斯監測系統 (煤礦安全生產監控)

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一． 概述：
　　煤礦安全在煤炭生產中占有特別重要的地位。煤礦事故發生的主要形式為瓦斯爆炸、瓦斯突出及中毒窒息。咎其原因主要為：
1、地質條件變化使掘進面或工作面的瓦斯異常涌出并大量積聚。
2、全局和局部通風結構及管理不善，導致異常涌出的瓦斯得不到排除或稀釋。
3、現場監控報警手段落后，不能及時發現和排除事故隱患，不能及時發出報警。
4、上級煤管機關對各礦井下瓦斯變化，缺少直接、定量、有效、客觀的監控條件與手段。
二、系統特點
1、 系統全面執行新版防爆標準，監控標準及新版的煤礦安全規程。　　　　　　　　　　　　
2、 監控軟件選用最新的Windows2000為平臺進行開發，操作簡單， 功能強大，界面美觀，具有語音報警功能 　3．特有的軟件容錯糾錯技術，提高了系統的可靠性。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3、 經濟型系統采用差分平衡式無地線傳輸方式，保證數據傳輸質量，符合歐洲工業標準，具有極強的抗干擾能力。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4、全隔離分站，由大容量不間斷電源供電,分站采集控制電路與輸入、輸出電路在電氣上徹底隔離，提高了運行的可靠性。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5、分站特有設計使分站在接傳感器時不區分開關量、模擬量，同時分站能適應頻率電壓、電流等多種信號制，減少了設備種類，并可充分利用設備，使用十分靈活,性能價格比高。
6、特有的電源繼電器箱設計，將不間斷電源和斷電器組合在一起，降低了成本提高了性能價格比。 　　　　　
7、長期從事煤礦安全監測監控系統的研制、生產在安全監測監控方面積累了豐富經驗。特殊的設計，經得起惡劣環境的考驗。
三、系統主要功能　
1、系統可采集瓦斯、風速、負壓、一氧化碳、溫度等模擬量以及開停、風門、饋電等開關量。
2、系統可實現風、電、瓦斯閉鎖功能。
3、系統同時具有自動控制功能和手動控制功能。
4、系統具有故障報警和故障統計功能。
5、停電后系統可工作2小時以上。
6、軟件功能；
簡單配置功能。地面可對井下分站、傳感器的數量、類型、參數、安裝地點等進行設置。豐富的圖形功能。軟件可由顯示工藝流程模擬圖、各種監測數據動態圖形、柱狀圖、實時曲線、歷史曲線動態圖形可由用戶根據實際情況自行設計。
實用的報表功能。軟件可自動生成報表，報表內容、起止時間可由用戶設定。可靠的存儲功能。軟件每三分鐘存儲一組數據。
7． 井口瓦斯數據實時顯示；不僅可使“煤礦安全員”也可讓每位下井煤礦員工自覺對瓦斯安全進行有效的監督和警視。
8． 網絡功能。
在煤管局設服務器一臺，通過寬帶網將煤管局與各煤礦監控系統連接成一個網絡，設在煤管局服務器隨時向各個小煤礦提取數據，并在服務器上進行數據存儲、報警、顯示、打印。同時可在煤管局監控中心設置“各礦瓦斯數據監視大屏”，行之有效的對各煤礦進行監督指導。
四、井下硬件系統組成及技術參數
1、綜合指標：
系統容量 ： 128臺分站 系統傳輸速率：1200bps
系統巡檢周期 ： 不大于20s 傳輸方式 ： 基帶半雙工RS485
上到分站間傳輸距離： <1.5Km 分站到傳感器之間傳輸距離： < 2 Km
傳輸電纜芯線 ： 4-6芯
2、控制分站
輸入測點數量 ： 8個（開關量和模擬量任意接入）
開出口數量 ： 4個
傳輸速率 ： 1200bps
供電電源 ： DC12-18V，50mA
　　　　　　　　　
3、KGJ15智能遙控甲烷傳感器
量 程： 0-4%CH4
輸出信號： 200-1000Hz
響應時間： 小于30S
工作電壓： DC6-21V
工作電流： < 50mA
斷電輸出： DC12V，大于100mA
　　　　　　　　　
4、斷電執行器：
開關量輸入信號：0mA/5mA；
繼電器組數 ：2組；
繼電器觸點形式：常開或常閉；
繼電器通斷能力：交流36V/5A、交流127V/2A、交流660V/0.35A；
斷電狀態返回 ：0mA/5mA。
　　　　　　　
5、電源繼電器箱
供電電源： 交流127V、220V或660V；
本安輸出： 直流18V/650mA。；
備用電池供電時間： 大于2h；
斷電輸出： 2組；
斷電能力： AC36V/5A、AC127V/2A、AC660V/0.35A；
斷電狀態返回： 0mA/5mA
　　　
6、礦用智能風量傳感器
測量范圍: 風速0.3～15m/s
坑道斷面積： 小于30M2
允許誤差： 小于＋0.3m/s
重復性誤差： 讀數值+1%
輸出信號： 200～1000Hz/5～15Hz 或4～20mA/1～5mA
工作電壓： 本安DC12～18V
工作電流: 小于60mA 　
換能器工作頻率：140～150KHz
　　　　
7、負壓(壓力)傳感器
防爆型式 本質安全型，標志為“ExibI”
最大測量范圍 0-1Kpa、0-5Kpa、0-100Kpa、0-500Kpa
過載能力 200%測量范圍上限
基本誤差 1%
輸出信號 200--1000Hz頻率或1--5mA恒流
工作電壓： DC 12 - 18 V
工作電流 不大于60mA
輸出信號 200--1000Hz頻率或1--5mA恒流
　　　
8、一氧化碳傳感器
防爆型式: 礦用本質安全型, 標志為 ”ExibI”
測量范圍: 0—100ppm 或 0-1000ppm
基本誤差: 0—50ppm ±4ppm
50—200ppm ±(4+3%測量值)ppm
200—1000ppm ±(4+3%測量值)ppm
反應時間： 30S
探頭壽命： 1年
顯示方式： 3位LED
輸出信號： 200～100Hz/5～15Hz或 1～5mA/4～20mA電流
工作電壓： DC8V～24V 　
工作電流： 小于60mA 　
　　　　　　　　　
9、礦用設備開停傳感器
防爆型式 礦用本質安全型，標志為“ibI”
工作電壓 DC8-24V
工作電流 不大于10mA
被測設備電纜范圍 外徑：16-80mm
工作方式 直接卡固在供電電纜外皮上，連續工作
輸出信號 開關量，電流及無電位接點
輸出信號傳輸距離 2Km
　　　　　　　　　　
五、井上硬件系統組成及技術參數
1、傳輸接口
容量 128臺分站
傳輸速率 1200-2400bps
傳輸方式 RS485
傳輸距離 不小于15Km
供電電源 AC220V/DC24V
工作電流 300mA
　　　
2、井口瓦斯監視屏
傳輸速率 2400-9600bps
傳輸方式 RS485
傳輸距離 不小于1 Km
供電電源 DC12V
工作電流 300mA
顯示瓦斯數量： 2-5路/每塊
　　　　　　
3、煤管局監控中心數據大屏
傳輸速率 2400-9600bps
傳輸方式 RS485
供電電源 DC12V
工作電流 300mA-3A
顯示M煤礦數量： 最多255個礦
　　
4、其他系統硬件
包括：煤礦監控計算計、煤煤管局監控計算計、打印機、電源系統、網絡連接硬件等。
六、煤礦監控系統
　 　由于大中型煤礦需對井下的各類設備的運行情況進行檢測，同時監控參數也較多。除瓦斯斷電閉鎖外還有；如風量、一氧化碳、溫度、負壓、水位等需要采集監控。因此須采用“井下監控分站”方式。系統組成框圖如下；

七、寬帶網上級監控系統
1、系統說明：由于煤礦安全事故的不斷發生及行業管理出現的疏忽現象，國務院十分重視煤礦安全生產問題，加大行業管理力度，逐步形成量化監督管理模式，并相繼成立“安全評價”部門機構，實現監督管理的常年有序、真實有效及信息網絡化管理。而“寬帶網煤礦瓦斯監控中心”正是為各級安全監管機關及主管部門，實現這一實時安全監管目標所必須的條件與硬件手段。其系統構成如下所示；
　　　　
2、系統硬件構成：陰影部分為必選件，其他為任選件

3、上級監控軟件組成
系統采用GPRS的傳輸方式，采集各個煤礦下的瓦斯、風量、一氧化碳等參數，實時的數據顯示（表格方式，地圖方式），方便的歷史數據查詢，數據報表，網絡查看等功能（其他界面圖從略）。
功能：1 安裝與煤礦的井下瓦斯監控系統中的數據上傳軟件，不影響原系統的正常工作。2 以地圖形態和數據表形象直觀的顯示有關數據與報警指示。 3 數據分項統計查詢，報告輸出與打印功能。
系統主界面

表格方式查看各煤礦數據

八、系統監控軟件介紹
本系統需要加密狗的支持，系統第一次運行，將提示用戶輸入加密狗的使用端口，申請字與識別字（若為授權軟件，我們將提供加密狗，識別字與申請字）。輸入后點擊確定。若檢測到加密狗，軟件正常運行，否則提示用戶進入演示模式，系統只能運行10分鐘。此三項參數輸入一次后，以后運行不用再輸入。
　　軟件自動進入運行主界面，如下圖所示，此程序中現最多可安裝16個瓦斯傳感器（若有更多的傳感器，可增加），若沒有安裝，圖標變為灰色，顯示未安裝。下圖中程序共安裝了3路傳感器，其中前兩路通訊正常，第三路沒有數據。安裝的傳感器，若有出現警告信息是，其左下方出現紅色方框指示燈，并且紅黑閃爍說明此瓦斯出現警告，其中包括此傳感器斷線、報警、斷電等，界面中出現紅色的“發現報警或故障，請查看處理”的提示條（見下圖所示），詳細的請點擊此瓦斯傳感器的圖標或單擊菜單的實時數據查看進入所有數據查看窗體（見下面的介紹）查看此傳感器的詳細信息。
　　　　　　 　
1、實時數據查看：單擊菜單欄下實時顯示下的實時數據查看，使用此功能。此窗體實時顯示安裝傳感器的瓦斯值，其中狀態項實時顯示瓦斯采集的正常與故障，若出現通訊錯誤、報警（超過設置報警值）、斷電時，請采取相應的安全措施。程序界面如圖所示。
2、實時曲線查看－>3路：單擊菜單欄下實時顯示下的實時曲線查看，使用此功能。此窗體實時顯示安裝傳感器的實時曲線，共可顯示三路，用戶可在左側選擇要顯示的傳感器，曲線即可顯示對應的傳感器的實時曲線。若出現通訊錯誤的情況，左側的瓦斯濃度顯示變為“通訊故障”，右側曲線變為空（右圖第三路即為此種情況）。此窗體最多只能顯示3路數據的實時曲線，程序界面如右圖所示。
3、實時曲線查看－>多路：此窗體實時顯示所有安裝傳感器的實時曲線，若傳感器多于3路時，此功能有效。程序界面同上圖界面大致相同（用戶不用選擇），不在贅述。
4、實時報警數據查看：單擊菜單欄下實時顯示下的實時報警數據查看，使用此功能。此窗體實時顯示出現瓦斯濃度的報警的傳感器及位置，以及現在的瓦斯濃度值。若無報警數據，將顯示“現在暫無報警數據”。程序界面如下圖所示。
5、實時斷電數據查看：單擊菜單欄下實時顯示下的實時斷電數據查看，使用此功能。此窗體實時顯示斷電傳感器的位置，檢測值。若無斷電數據，顯示“暫無斷電數據”。窗體與報警數據大致相同，不在贅述。
6、歷史數據顯示：選擇菜單欄歷史顯示下的歷史數據查看，進入歷史查看功能。程序界面如圖所示。數據每3分鐘保存一次，我們可以查詢一天內的歷史數據。首先選擇查詢的傳感器的位置，然后選擇查詢的時間，我們將顯示一整天的數據，若為空則說明此時為保存數據（可能未開機、演示模式等原因）。若無任何數據，將提示用戶“無查詢數據。”。單擊“打印報告”按鈕，將顯示打印報告，單擊左上角的打印機圖標將打印數據報告。其它歷史查詢中的打印報告功能與此相同。單擊前一天或后一天按鈕，將自動查詢前一天或后一天選定位置的歷史數據，此兩項功能在以后窗體中，功能類似，不在贅述。界面如圖所示。
7、歷史曲線查看：單擊菜單欄歷史顯示下的歷史曲線顯示將出現歷史曲線顯示窗體。此窗體使用曲線顯示的方式顯示一天的歷史數據。窗體啟動，將自動查詢第1路的當天的歷史數據。若為空，說明此時間內無歷史數據。軟件界面如圖所示。可報表打印（略）。
8、歷史報警數據查看：單擊菜單欄歷史顯示下的歷史數據查看將出現歷史顯示窗體。窗體啟動將自動查詢第1路的當天的歷史報警數據。若沒有報警數據，顯示“無報警數據。”。選擇左側相應的路數，將自動顯示其歷史報警紀錄。可報表打印（略）。
9、歷史斷電查看：單擊菜單欄歷史顯示下的歷史斷電數據查看將出現歷史斷電顯示窗體。窗體啟動自動查詢當天的第一路的斷電紀錄。若沒有斷電數據，顯示“無斷電數據”。選擇左側的相應的路數自動顯示輸入日期內的歷史斷電數據。可報表打印（略）。
10、其它歷史故障：單擊菜單欄歷史顯示下的其它歷史故障將出現其它歷史故障查詢窗體。窗體啟動，將自動查詢當天的諸如通訊失敗、停機、非法關機等故障的紀錄。若無故障，顯示“無歷史故障”。可報表打印（略）。
11、傳感器標定：單擊菜單欄系統設置下的傳感器標定，出現傳感器標定窗體。此窗體用于對傳感器的標定。如果上位機的采集數據與實際的傳感器的顯示數據不符時，使用此功能，此功能是對上位機軟件的標定，對傳感器無操作。首先選取要標定的傳感器，若通訊無數據，當前采樣值未空，此時無法完成標定功能；若有數據，請選取兩個相對間隔比較大的數據標定。例如：在顯示瓦斯濃度未0時，采樣值為405，我們在零點物理量中輸入0，單擊確認零點，然后我們將使用測試功能，將傳感器模擬輸出2.5，采樣值變為1400，我們輸入2.5，單擊確認終點，此時系統提示“標定成功”，完成對此傳感器的標定操作。其它相同。
12、傳感器設置：單擊菜單欄系統設置下的傳感器設置啟動傳感器設置窗。此窗體包括增加與刪除功能。輸入傳感器名稱，位置，地址，報警值，大屏地址按“增加”按鈕，系統提示增加成功，即增加完一路傳感器。單擊已安裝傳感器項，將顯示此傳感器的相關參數。單擊刪除，系統提示“真的刪除嗎？”，如果選擇是，系統將刪除此傳感器；否，中止刪除操作。
13、數據傳輸設置：單擊菜單欄系統設置下的數據傳輸設置啟動傳感器設置窗體。1）設置采集的端口，選擇與傳感器傳輸的端口，單擊確定即可。2）選擇加密狗的使用端口，輸入識別字，申請字單擊確定。請不要隨意設置此項，如果所以設置將造成軟件運行在演示狀態，只能運行10分鐘。
14、聲音設置：用戶可設置聲音是否允許，將允許聲音選中，說明允許聲音提示，否則不進行聲音提示。首先選取相應的報警聲，斷電聲，通訊失敗聲（也可手動在輸入框輸入，請確保路徑正確），可單擊試聽收聽聲音，選擇確保正確后，單擊保存，系統提示“保存成功”完成本次操作。單擊“返回”按鈕返回主界面。
15、登錄：此功能主要是用于調試是使用的。輸入密碼后，系統將調試窗與日志窗置為可選擇。調試窗用于查看系統與傳感器的通訊是否正常。日志窗查看用戶使用過程中是否對系統設置進行修改等操作，以避免隨意設置造成的系統運行錯誤等問題的發生。
對于菜單中的相應的選項，在快捷菜單中均可使用，請參照相應的快捷欄的提示使用。