煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)探討

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摘要:安好監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安好生產(chǎn)和管理起到了特別重要的作用,但是,當(dāng)前的安好監(jiān)控系統(tǒng)存在好多問題,系統(tǒng)急待更新?lián)Q代,把新型的技術(shù)應(yīng)用到安好監(jiān)控系統(tǒng),提升系統(tǒng)的切實(shí)性和有效性,提高預(yù)警功能,是目前的主要課題之一。

關(guān)鍵詞:煤礦井下安好；監(jiān)控系統(tǒng)；技術(shù)；探討

1安好監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦安好監(jiān)控系統(tǒng)分井下和地面兩片面。井下主要設(shè)備是礦用分站,是井下信息收集處理的根本單元,配接甲烷傳感器、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、負(fù)壓傳感器、機(jī)電設(shè)備開停傳感器、風(fēng)門開閉傳感器、饋電傳感器,完成采區(qū)數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)場(chǎng)所的安好監(jiān)測(cè)與操縱。地面主要設(shè)備是信息采集處理中心:由傳輸接口、監(jiān)測(cè)管理軟件、監(jiān)控主機(jī)、備用機(jī)、打印機(jī)、監(jiān)視器以及信號(hào)避雷器等組成,主要把井下上傳的監(jiān)測(cè)操縱信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)矫旱V各個(gè)生產(chǎn)部門,對(duì)井下環(huán)境舉行綜合分析和科學(xué)判斷,確保煤礦生產(chǎn)的安好。

2安好監(jiān)控系統(tǒng)存在問題

當(dāng)前一些煤礦使用的安好監(jiān)控系統(tǒng)都是有線傳感器和串行通訊方式,便當(dāng)及穩(wěn)當(dāng)性不高;同時(shí),井下眾多的電子設(shè)備相互之間產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾,使安好監(jiān)控系統(tǒng)的性能受到嚴(yán)重的影響。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

2.1傳感器

井下瓦斯主要是在開采過程中溢出的,工作面瓦斯含量最大,但是,由于工作面布線、安裝等諸多不便,根本沒有設(shè)置瓦斯監(jiān)測(cè)裝置,只是在回風(fēng)巷安裝固定式瓦斯探頭,所以,現(xiàn)有井下固定位置的傳感器,檢測(cè)效果存在很大的局限性。安裝在固定關(guān)鍵位置傳感器不具備完善的自診斷功能,調(diào)校周期短,展現(xiàn)傳感器核心催化元件失效,傳輸故障等問題,在井下工作環(huán)境中,往往輕易被人忽略,這就嚴(yán)重影響了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的切實(shí)性和安好監(jiān)控的有效性。

2.2總線方式

各煤礦使用的安好監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)多為封閉系統(tǒng),互不兼容,使用的通信協(xié)議和信息交換標(biāo)準(zhǔn)都由廠家自己制定,缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前,煤礦監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸廣泛應(yīng)用的是串行通信總線,主要有RS-232、RS-485或其FSK調(diào)制解調(diào)方式等。這種通訊方式存在大量缺點(diǎn)和缺乏,主要表現(xiàn)在:

(1)現(xiàn)有系統(tǒng)均為主從式傳輸,不能得志監(jiān)控分站之間相互通信的要求,其穩(wěn)當(dāng)性受地面主站設(shè)備及主干電纜影響很大。

(2)數(shù)據(jù)通信方式為命令響應(yīng)式,數(shù)據(jù)傳輸效率低。

(3)當(dāng)通訊鏈路展現(xiàn)奇怪時(shí),數(shù)據(jù)不能立刻上傳,系統(tǒng)生動(dòng)性差,實(shí)時(shí)性不夠高。

2.3變頻干擾

變頻器的干擾能直接造成系統(tǒng)的硬件損壞,或使微處理器的系統(tǒng)程序運(yùn)行失控,導(dǎo)致操縱失靈。變頻器干擾主要有兩種處境:

(1)變頻器中普遍使用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件,其產(chǎn)生的諧波對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾,引起信號(hào)波形畸變,影響采集傳輸?shù)馁|(zhì)量;變頻器引起的電壓畸變率在10%—40%左右。

(2)變頻器的輸出片面一般采用的是IGBT等開關(guān)器件,在輸出能量的同時(shí)將在輸出線上產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾,影響周邊電器的正常工作。

3技術(shù)提升途徑

目前系統(tǒng)存在諸多問題,所以系統(tǒng)的技術(shù)提升和升級(jí)勢(shì)在必行,只有從技術(shù)上提升系統(tǒng)的性能,才能使安好監(jiān)控系統(tǒng)的性能有效發(fā)揮,以下主要從三個(gè)方面議論:

3.1便攜傳感器

利用ZigBee技術(shù)研制的便攜式傳感器,將工作面的采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦ぷ髅娑祟^的監(jiān)控系統(tǒng)中,從而實(shí)現(xiàn)隱患源頭的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。便攜式傳感器采用定時(shí)輸出、無線電發(fā)送方式,有兩種供電模式,當(dāng)裝置放置在采煤機(jī)上時(shí)由采煤機(jī)電源轉(zhuǎn)換后的直流電源供電;當(dāng)由礦井工作人員便攜時(shí),那么由礦燈電源供電。傳感器將數(shù)據(jù)從采掘點(diǎn)傳輸?shù)降V井回風(fēng)巷的端頭,在回風(fēng)巷端頭設(shè)有監(jiān)控分站。監(jiān)控分站的嵌入式電路外接2.4GHz的傳輸模塊,實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)的搜集與處理。當(dāng)發(fā)出超限操縱信號(hào),操縱聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào),也操縱工作面的供電系統(tǒng),實(shí)施斷電。

3.2CAN總線

CAN總線相比于串行通信系統(tǒng),具有較好的過錯(cuò)操縱才能、高速率長距離的傳輸、完善的模范和協(xié)議等優(yōu)點(diǎn),是由DSP內(nèi)嵌操縱器,外部擴(kuò)展具有高速光電隔離和總線驅(qū)動(dòng)的收發(fā)器CTM1040組成,布局簡(jiǎn)樸,功能穩(wěn)當(dāng),較好地得志煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的要求。優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)采用多組工作方式,網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可主動(dòng)向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,且可按系統(tǒng)實(shí)時(shí)性分成不同的優(yōu)先級(jí),假設(shè)發(fā)生總線沖突可裁減總線仲裁時(shí)間。

(2)采用短幀布局并有硬件CRC校驗(yàn),受干擾概率低,總線占用時(shí)間短,當(dāng)發(fā)送信息錯(cuò)誤時(shí),可自動(dòng)重發(fā),節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí)具有自動(dòng)退出總線的功能,不影響總線的通訊。

(3)單條總線可接110個(gè)節(jié)點(diǎn),并可通過CAN//RS232(485)網(wǎng)橋便當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)展節(jié)點(diǎn)數(shù)。

(4)傳輸介質(zhì)用雙絞線、同軸電纜或光纖,通信速率最高達(dá)1Mbit/s和5kbit/s。

基于CAN總線的煤礦安好監(jiān)控系統(tǒng),能有效對(duì)礦井安好環(huán)境、通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、變電所電量參數(shù)、礦井機(jī)電設(shè)備運(yùn)行等舉行實(shí)時(shí)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)、高速、高穩(wěn)當(dāng)性的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),各監(jiān)控終端可根據(jù)優(yōu)先級(jí)別舉行自主通訊,并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)終端之間的預(yù)警連鎖,主機(jī)對(duì)全局參數(shù)舉行信息融合、綜合分析、診斷及輔佐決策。

3.3裁減變頻器諧波對(duì)其它設(shè)備影響的方法

(1)使用隔離變壓器。變頻器的供電電源與安好監(jiān)控系統(tǒng)的供電電源要相互獨(dú)立,或者在變頻器和安好監(jiān)控系統(tǒng)的輸入一側(cè)安裝隔離變壓器。使用隔離變壓器,可以將絕大片面的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前,也可以將變頻器放入屏蔽箱內(nèi),起到好像的作用;變頻器的輸出盡量遠(yuǎn)離高壓電源的電纜敷設(shè),同時(shí)將信號(hào)傳輸電纜做屏蔽處理,并有效接地。

(2)多相脈沖整流。在產(chǎn)生的諧波對(duì)比小的處境下,可以采用多相整流的方法。12相脈沖整流電壓畸變率大約為10%—15%,18相脈沖整流的電壓畸變率約為3%—8%,得志EN61000-3-12和IEEE519-1992嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(3)無源濾波器。采用無源濾波器后,滿載時(shí)的電壓畸變率可降至5%—10%,得志EN61000-3-12和IEEE519-1992的要求,適用于全體負(fù)載下的電壓畸變率<30%的處境。但是在輕載時(shí)功率會(huì)因加無源濾波器而降低。

(4)輸出電抗器。在變頻器輸入側(cè)加交流電抗器,裁減變頻器的輸出在能量傳輸過程中線路產(chǎn)生的電磁輻射。電抗器務(wù)必安裝在距離變頻器最近的地方,盡量縮短與變頻器的引線距離。采用交流電抗器后,進(jìn)線電流的電壓畸變率大約降低30%—50%,是不加電抗器電流的一半左右。

(5)作好信號(hào)線的抗干擾。輸入線路要盡量短且絞合,絞合的雙絞線能降低干擾,由于變更了導(dǎo)線電磁感應(yīng)e的方向,使其感應(yīng)彼此抵消;配線時(shí)制止和動(dòng)力線接近;信號(hào)線與動(dòng)力線分開配線,把信號(hào)線放在有屏蔽的金屬管內(nèi),或者動(dòng)力線和信號(hào)線分開距離要在40cm以上;為了制止信號(hào)失真,對(duì)于較長距離傳輸?shù)男盘?hào)要留神阻抗匹配。

4終止語

根據(jù)煤礦行業(yè)特點(diǎn),礦井安好監(jiān)控系統(tǒng),涉及地理范圍較廣、監(jiān)控點(diǎn)多,需要監(jiān)控點(diǎn)距離遠(yuǎn)、分散等特點(diǎn)。針對(duì)目前安好監(jiān)控系統(tǒng)展現(xiàn)的問題,通過技術(shù)更新,利用便攜式傳感器實(shí)現(xiàn)系