& 煤矿监控数据采集分站的设计
煤矿监控数据采集分站的设计
摘 要：介绍了一种用PROFIBUS现场总线在煤矿中进行数据传输的新型方法。本系统采用SPC3和65ALS1176设计了井下智能分站,并用STEP7进行组态。该系统与传统系统相比具有通信可靠、抗干扰性能好、传
【题　名】煤矿监控数据采集分站的设计
【作　者】刘爱华 郑毅
【机　构】山东省兖矿集团鲍店煤矿通讯电算中心 济宁273513 山东龙口煤电有限公司 龙口250012
【刊　名】《自动化应用》2010年 第2期 25-26页　共2页
【关键词】PROFIBUS总线 监控数据采集 智能分站
【文　摘】介绍了一种用PROFIBUS现场总线在煤矿中进行数据传输的新型方法。本系统采用SPC3和65ALS1176设计了井下智能分站,并用STEP7进行组态。该系统与传统系统相比具有通信可靠、抗干扰性能好、传输距离远等特点。
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PROFIBUS总线,监控数据采集,智能分站
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煤矿监测监控
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你可能喜欢摘要：煤矿安全仪器仪表及矿井安全检测系统主要用于煤矿瓦斯、CO、风速、风压、温度等参数以及矿井通风设施状态的检测，为防止瓦斯爆炸、预防煤自然发火以及矿井通风安全管理提供依据。20世纪80年代以来，我国为了预防和控制瓦斯、煤尘的爆炸和大火灾是故的发生，对国有煤矿投资5亿多元，装备了瓦斯断电仪5000余套，风电瓦斯闭锁装置2万余台。这些仪器仪表的使用，对预防、控制煤矿重大灾害的发生起到了极其重要的作用。近10年来，由于我国煤矿检测系统的技术进步，矿井安全监控系统的装备数量也增加很快。据1995年统计，我国有294个矿井装备了检测系统，美国也只有132个煤矿装备了检测系统。这说明我国矿井安全检测技术与发达国家的差距在缩小。关键词：矿井安全检测系统【中图分类号】TD76一、国内煤矿检测技术现状及特点近10年来，我国煤矿安全检测技术发展主要表现在以下方面：安全检测技术标准化工作逐步完善。为了规范管理煤矿检测系统，在原煤炭部领导下，制定出了《煤矿安全生产监控系统总体设计规范》、《煤矿监控系统软件设计规范》以及甲烷、一氧化碳、风速等传感器的行业标准。这些技术规范和标准对检测系统的技术规格、实时性、可靠性、精度、软件功能、关联设备等技术指标和实验方法作出了明确规定。开发新型传输技术，扩大系统容量。我国现有的矿井检测系统的数据传输信道基本上采用电信号传输，既有模拟传输系统，也有数字传输系统。从煤矿生产的实际情况出发，监控系统的网络结构，即中心站和检测分站之间的连接，一般采用树状网络结构。其最大特点是系统所用传输电缆少，但这种机构也存在着传输阻抗难以匹配、接收端信号功率微弱、信躁比小、抗干扰能力差等问题。因此，一些系统采用了数字频带传输技术，一般是采用数字调频移频监控FSK调制解调技术，这是一种数字调制信号传输信息的方式，与基带传输方式相比，这种传输方式有较好的抗干扰能力。随着矿井监控系统容量的增加，以及矿井调度通信功能的综合一体，现有监控系统的网络结构和传输方式难以满足要求，为此中国矿业大学、煤碳科学研究总院常州自动化所等单位相继开发了光纤传输系统，如KJ95就是集矿井调度通信、检测与一身的综合性系统。该系统的主干线是光纤高速通道，系统在透明传输检测数据的同时可以传输微机调度通信系统的28路话音信号。3、 系统应用软件丰富，功能增强。随着微型计算机技术的快速发展，监控系统软件运行环境不断改善，应用软件的开发工作也不短深入。软件的不断升级、功能增强是近年来矿井监控系统技术进步的主要方面。目前，矿井监控系统都采用了Inter系列CPU的工业控制机，硬件配置增强，配有实时、多任务操作系统。系统软件多运行在MicrosoftWindows95/98/2000或 NT4.0中文操作平台上，不仅可以充分利用多进程、多线程技术实时并发处理多任务，还具有丰富多彩的用户界面，使监控软件的前后台处理能力增强。联网是矿井监控系统软件发展的重要方面。监控系统本身就是一个分布式计算机网络。随着煤矿计算机应用水平的不断提高和煤矿企业管理的要求，需要将矿井监控系统与其他计算机构成网络，使网络各节点上的计算机可以调用、分享监控信息，也可以处理管理信息。通过网络系统还可以方便地与矿务局计算机网络交换信息。现有的KJ4、KJ95、KJF2000等监控系统都具备联网功能。如KJ95系统与矿井调度通讯系统组成网络，通信系统中的语音工作站不断访问服务器，如果发现井下某一测点瓦斯超限，确定报警语音信息，语音工作站将语音信息转换成语音信号送交换机，再由交换机对井下进行广播报警。专业化安全检测系统不断出现。矿井安装安全检测系统的目的是要防止发生瓦斯、火灾等重大灾害事故的发生。煤矿自然发火预测预报、瓦斯突出预报、矿井带式输送机巷火灾检测等一系列专业安全检测系统相继研制成功。有煤科总院抚顺分院开发的KJF系统将束管检测技术也环境监测系统相结合，将束管系统置于井下，解决了束管检测技术存在的取样时间延迟问题，为采空区自然火灾检测预报及采空区注氮防火状态监测提供了手段；煤科总院重庆分院开发的KJ54型矿井安全检测系统是在现有检测系统的基础上，根据我国煤矿生产的实际情况和多年来与自然灾害斗争的实际经验，以多种自然灾害的预报为目标而研制的新一代矿井安全检测系统。与一般的环境检测系统不同，该系统强调了对矿井自然灾害的实时分析与处理。系统包括：矿井环境及工况检测、煤与瓦斯突出实时分析检测、矿井冲击地压实时分析检测、煤层自然发火实时分析检测（束管检测）、瓦斯异常涌出实时分析检测、巷道火灾实时分析检测和瓦斯抽放实时监测。重视、加强传感器的开发研究。传感器是煤矿监控系统的重要组成部分。我国煤矿安全检测技术的发展，也相应带动了煤矿安全检测传感器的技术进步。传感器技术的发展受到了原煤炭部领导及煤矿现场的重视和关注。原煤炭部曾多次组织了传感器科技攻关，并取得一定成效。煤炭科学研究总院重庆分院等单位采用单片微机研制出智能型甲烷传感器，增加了红外线非接触调校和自动调校功能，传感器整机稳定性有了一定提高。为了克服高浓度瓦斯冲击造成催化元件失效的问题，一些研究院所和企业采用催化和热导两种敏感元件研制了高、低浓度瓦斯传感器，相应延长了传感器的使用寿命。但是，稳定性和测量精度问题并未彻底解决。为提高电化学CO敏感元件的寿命和稳定性，煤炭科学研究总院抚顺分院和武汉大学分别研制出胶体电解质和固体电解质CO元件，解决了电解质泄露问题，元件的使用寿命达到了2年。为了适应煤矿检测系统的发展，还开发了新的品种，如煤炭科学研究总院抚顺分院研制了CO2传感器、O2传感器、采空区多点温度传感器、微压力传感器及重庆分院研制的离子烟雾传感器等。结语：我国是一个产煤大国，大、中、小型煤矿星罗棋布，自然灾害种类和安全状况不尽相同。因此，应开发生产各种不同型式的安全监测仪器，以适应不同类型矿井不同监测需求。参考文献：王涛，矿井安全监控原理与应用. 中国矿业大学出版，1995赵质敏，煤矿瓦斯监测仪器设备实用手册. 煤炭工业出版社，1993
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　　一、概述 　　目前，煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣，所以容易发生事故。利用远程视频监控系统，地面监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，而且能及时发现事故苗子，防患于未然，也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料。因此远程视频监控系统是现代矿井安全生产监控系统的重要组成部分。 　　当前一些煤矿使用的视频监控系统都是早期的模拟监控，性能和稳定性不高。现在随着网络技术和计算机技术的发展，基于TCP/IP协议的IP网的应用得到广泛普及。高速宽带主干网的建成和各地区高速接入系统的迅速发展，促进了基于IP技术的各种视频通信应用,如网络远程视频监控系统的发展。所以在煤矿安全监控系统中引入现代网络远程视频监控系统将是一种趋势。
　　二、系统优势 　　煤矿企业多数都建有一套闭路电视监控系统，采用的是模拟视频信号，具有很大的局限性：首先，有线模拟视频信号的传输对距离十分敏感，当传输距离大于1000米时，信号容易产生衰耗、 畸变、群延时，并且易受干扰，使图像质量下降，当用于井下复杂的工作现场时，效果不好；其次，有线模拟视频监控无法联网，只能以点对点的方式监视现场，并且使得布线工程量极大，不便于系统的维护和升级；最后，有线模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质(如录像带)，查询取证时十分烦琐。　　“Gloview”网络视频监控系统的优点正好克服了模拟闭路电视监控的局限性：首先，数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据，基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性；其次，数字视频可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无须重复布线；另外，数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷。 　　另外，“Gloview”网络视频监控系统提供数据接口，把煤矿运输的称重环节，通过科学的数据采集手段，将重量数据与视频数据结合，直观的现实货车运煤的实际数据。
　　三、系统组成 　　根据这种现场条件，我们采用拓普威视网络视音频监控系统，该系统基于嵌入式Web服务器，系统采用VXWORKS操作系统,安全可靠，获得较好的网络视频传输。在外部环境上，在全局各矿都构建了一个以光纤为传输媒介的千兆以太局域网，可以实现语音和视频的快速传输，这为基于嵌入式Web服务器的网络视频监控的应用提供了良好的条件。　　此外，煤矿还提出希望能将视频监控的图像在本矿的局域网上传输，这样矿领导、调度室、安检科等在办公室里就可随时通过电脑了解现场的工作和设备运行情况。
　　四、监控前端
　　井下摄像机的视频输出通过BNC连接到网络视音频服务器，然后通过RJ45接头将视音频服务器连接到网络，再为视音频服务器设置一个IP地址，就可以依托已有的快速局域网，实现在局域网的任何地方，授权用户都可以利用浏览器来观看井下的工作情况。 　　拓普威视的视音频服务器包含一个内置的WEB服务器，它可以增强传统监视系统的性能，并为在一个安全的内部网甚至互联网上发布监控图像提供了网络连通性。视频摄像机的管理、配置和监控――所有的这些都只须在你的指尖通过Microsoft IE的标准WEB浏览器来完成。拓普威视网络视音频服务器的监控软件是一种既容易安装又容易使用的产品，它相对低廉的投资花费使得它在加强监控系统中成为一个全能的角色。　　此外，还可以将其他矿井安全监测设备如：瓦斯传感器、通风检测设备、报警设备等通过辅助的输入设备连接到拓普网络视音频服务器上。
　　五、监控中心　　调度中心主要由监控服务器、监控客户终端等组成。主要完成矿区现场图像接收与显示，用户登录管理，优先权的分配，控制信号的协调，图像的实时监控，录像的存储、检索、回放、备份、恢复等。 　　在厂区网络上配置一台监控服务器，安装拓普威视中心服务器监控软件，中心服务器前端对各变电站的摄像机、视频服务器进行管理，后端对所有的上网用户进行管理，同时担负录像报警等众多功能。在值班室安装一到数台监控客户机，监控用户首先登陆监控服务器，输入用户名密码，获得相应的授权后，即能访问到前端的摄像机，同时也可以安装一台大屏幕显示器（或背部投影机、等离子显示器等），利用拓普威视网络视音频服务器监控系统软件的强大功能，可以在大屏幕上同时显示出1/4/6/8/9/10/16个摄像机的画面。系统也可以采用常规的电视墙显示方式。 　　系统能够对各矿区,所有关地磅数据、图像进行监控和监视，以便能够实时、直接地了解和掌握各矿区第情况，并及时对发生的情况作出反应。 　　监控服务器功能强大，可以同时管理数十个矿区系统和数十个甚至是上百个在线用户，在以后矿区扩容时，调度中心无须增加硬件设备投入；系统能够对数十个活动视频图像的同时接收、满足所有在线客户的转发申请；系统具有完善的录像服务：人工录像、计划录像和报警录像，可存储、检索、备份和恢复大量的图像数据库文件；具有强大的录像回放能力，可以根据用户网上提交的申请独立地为用户提供录像的检索和回放，可以同时响应大量的用户申请；系统也具有完善的用户认证机制（用户名、密码、前端系统密码、优先级）机制，强大的中心协调机制（并发申请、图像转发、录制申请，并发控制协调等），整个系统基于先进的软件平台，符合标准和未来发展方向。
　　六、监控终端　　拓普威视网络视音频监控系统采用成熟WEB技术，系统为用户提供了良好的人机界面，客户端通过浏览器方式访问系统。网络上的任何一台微机/笔记本电脑只要安装了拓普威视网络视音频监控系统的客户端图像控件之后，即可成为一个功能完备的监控客户终端。客户可以随时随地查看所需要的现场图像和地磅数据。系统可以以多画面显示现场图像，并能任意控制镜头。对于地磅的数据系统则以曲线，柱状图和表格等的形式直观表现，如果需要还能通过计算机与前端的工作人员对话。　　
　　随着TCP/IP技术各个领域都得到发展和应用，基于IP技术的嵌入式Web服务器视频监控系统必将在煤矿井下安全生产监控上得到更广泛的应用，并会影响到整个矿井安全监测系统的发展方向。
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