2022年煤矿监控网络系统课程设计 .pdf

摘要本课程设计通过对煤矿网络监控系统的组装与调试，还有通过亲自动手操作；使我们学习并实践了在模拟煤矿井下工作环境中对煤矿网络监控系统( 包括分站, 各种传感器 , 避雷器 , 交换机以及控制主机和各种线路)的操作与功能，以及安装步骤与要求，煤矿网络监控系统主要是通过各种传感器所采集并记录所得的各种数据进行分析并在超出安全参数范围时发出报警信号，并及时断电以达到井下工作人员与设备的保护与安全维护。实现煤矿井下真正的安全生产工作。关键词：分站，传感器，网络监控，控制主机。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 17 页 - - - - - - - - - 1 目录1. 前言. 2 2. 设计的目的与要求. 4 2.1 设计目的. 4 2.2 内容及要求. 4 3. 设计步骤. 5 3.1 煤矿监控网络系统概述. 5 3.2 煤矿监控网络传感器的介绍. 5 3.3 煤矿监控网络矿井采煤工作面传感器的设计. 6 3.4 煤矿监控网络传感器的参数设置. 8 3.5 煤矿监控网络分站的概述. 9 3.6 煤矿监控网络分站的安装. 9 3.7 煤矿监控网络分站的调试. 10 3.8 煤矿监控网络软件的安装. 12 4. 总结. 15 5. 参考文献.15名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 17 页 - - - - - - - - - 2 1. 前言煤炭是我国的主要能源， 在一次性能源中， 所占比例在 70%以上。我国煤田遍布全 国，但煤层的赋存条件和地质情况差异很大，很多矿井自然环境恶劣，受到水、火、瓦斯、粉尘、顶板事故等自然灾害的威胁。在这些自然灾害所造成的事故中，瓦斯事故死亡人数占总死亡人数的 30%40% 。特别是瓦斯煤尘爆炸事故，危害更为严重。因此，预防事故是煤矿安全工作的重点。在煤矿中，装备矿井安全监控装置是防止煤矿事故的重要手段，这就要求有更多的煤矿监控系统的研究。在煤矿监控系统中，井下监控分站担负着非常重要的作用，主要包括对井下甲烷、一氧化碳、氧气、二氧化碳等气体浓度的检测；对风速、风量、气压、温度、粉尘浓度等环境参数的检测；对生产设备运行状态的监测、监控等。近几年来， 信息技术被迅速地应用到了煤矿安全生产领域，并取得了明显的经济和社会效益。 国家对煤矿安全生产的管理力度在不断加强，同业各单位都在进行数字化矿井的建设和改造。尽管煤矿安全监控技术已得到发展和应用，但由于多数矿井技术基础薄弱，监控装置的装备情况与有关规定相距甚远。国有重点煤矿中，尚有布部分瓦斯灾害严重的矿井没有装备监控系统，瓦斯断电装置、便携式瓦斯检测仪器的装备数量也不足，国有地方煤矿和乡镇集体煤矿的差距很大。在已经装备了监控装置的矿井中，设备的使用、 维护和进一步更新改造方面尚存在不少问题。煤矿安全监控是综合性技术，涉及到计算机、电子技术、通讯、物理、化学、电工等多种学科，与矿山采、掘、机、运、通等生产环节密切相关，功能复杂，技术难度高。因此，在相当长的时期内，对于监控装置的装备、管理和培训任务十分艰巨。为了从根本上解决煤矿安全问题， 需要依 靠科技进步手段提高煤矿整体安全技术装备与管理水平。其中在高瓦斯矿井建立煤矿安全监测监控系统， 从而改善煤矿安全环境和建立包括煤矿安全隐患全面查排、实时监督管理、 安全保障等内容的安全管理体系是长治久安防止煤矿安全事故的最重要的两个方面。国内外发展状况井下安全检测系统是矿井安全监控技术的一部分，是随着煤炭工业发展而逐步发展起来的。60 年代以后，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监测装置的进一步发展，首先是研制小型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 17 页 - - - - - - - - - 3 化 个人携 带 式仪 器 ，以 后是 矿 井监 控系 统，如70 年 代后 期法国研 制 的CTT63/40 矿井监控系统、 英国的 MINOS 系统、美国的 SCADA 系统等。 我国监控分站技术经历了从简单到复杂、从低水平到高技术的发展过程。从建国初期到 70 年代，煤矿下井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。 60 年代初期，我国开始研制载体催化元件，1964 年煤 炭部组织有关研究所、制造厂攻关， 研制了第一种达到使用水平的载体催化元件；接着， 抚顺煤矿安全仪器厂研制出以该元件为传感器的 AQR-1 型瓦斯测量仪。 随着敏感元件制造水平的提高和电子技术的发展，特别是大规模集成电路的、微型计算机的广泛应用， 使监控分站技术进入了新的发展阶段。70 年代瓦斯断电仪问世， 80 年代以后，国内有多种型号的监控分站通过了技术鉴定。目前，我国已有数十家科研、制造单位生产矿井监控系统、各种传感器、瓦斯报警断电仪、 瓦斯遥测报警断电仪、 风电瓦斯闭锁装置等， 这些装置的推广与应用，改善了煤矿安全技术装备的面貌。缩小了与国外先进技术水平的差距。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 17 页 - - - - - - - - - 4 2.设计的目的与要求2.1 设计目的本课程设计要求给出一个小型矿井开采、通风设计图， 根据井下工作面和巷道的布局及分站、 传感器的布置规则， 进行合理选择和布置各种设备。通过硬件方面分站供电， 分站传感器组装与调试， 校准，故障排查等， 软件方面中心站软件的安装， 侧点定义，数据查询等操作， 使学生熟悉煤矿安全监控系统的基本结构，系统的组装、调试、故障处理，中心站软件的功能，内容等，实现煤矿综合信息化专业方向技术人才的实践培养。2.2 内容及要求1. 对矿井开采、通风设计图进行分析， 结合分站、传感器等设备的安置原则，设计煤矿监控系统并绘出井下监控系统通信布局图； 2. 按照布局图及双机热备要求，安装分站 (1 台)，传感器 (7 台) ，监控主机 (2 台) ，地面环网交换机（ 1台）等设备，完成接线，通信调试； 3. 完成.NET，.b ，SQL Server 2000数据库等中心站支持平台的安装，安装中心站监控软件、 双机热备软件， 建立数据库的连接，软件初始化设置，完成软件基础平台的搭建； 4. 运行监控软件，设置分站号，测点号，信号类型，设置各传感器报警值，断电值，复电值； 5. 双机热备软件初始化设置，调试； 6. 掌握中心站软件、双机热备软件功能，操作及应用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 17 页 - - - - - - - - - 5 3.设计步骤3.1 煤矿监控网络系统概述煤矿监控网络系统是信息产业和工业领域的一种先导性技术，是计算机网络和软件技术以及通信技术和电子技术的集成和发展。在煤矿安全领域引入这一项技术，可以对所辖区域内所有煤矿瓦斯防治情况，包括井下瓦斯浓度， 风机开停状态，设备状态及设备送电断电情况等，实施其中监控，远程监控和实时监控，针对突发情况及时采取调整作业方式，停止生产， 人员撤离等措施。 同时，通过远程监控系统可以对井下采掘工作面的位置进行跟踪，防止越界开采。图 1. 煤矿监控网络系统设计图由图 1 所示，煤矿监控网络系统主要由传感器，分站，避雷器交换机以及控制主机组成 . 是一套集矿井安全监控、 生产工况监控内容为一体的矿井安全生产综合监控系统。3.2 传感器的介绍传感器的意义及作用： 在进入信息时代， 传感器是构成现代信息技术的三大支柱之一， 人们在利用信息的过程， 首先要获取信息， 而传感器是获取信息的主要手段和途径。在煤矿瓦斯监控系统中， 所需要监测的物理量大多数是非电量，这些物理量不适合远距离传输。 为了便于传输、存储物理量，就必须对这些物理量进行变换，将他们变换成便于传输、 存储和处理的物理量。 因此，就需要使用传感器将被监测的非电量信号转换成电信号。传感器作为监控系统的“电感观”，完成这信息的处理和转换功能，其性能的好坏直接影响着系统的监控精度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 17 页 - - - - - - - - - 6 传感器的结构： 传感器一般由敏感元件， 转换元件， 测量元件和辅助电路组成，在矿井监控中又将敏感元件和转换元件统称为传感元件，如图2 所示。图 2 传感器结构组成图3.3 矿井采煤工作面传感器的设计低瓦斯，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井必须在工作面设置瓦斯传感器T1，是为了检测采煤工作面瓦斯释放量，以及在工作面回风巷设置瓦斯传感器T2.，是为了检验回风效果保证通风和瓦斯排放的正常。图 3 U 型采煤工作面瓦斯传感器布置高瓦斯与瓦斯突出矿井的采煤工作面上隅角必须设置瓦斯传感器T0，检测瓦斯涌出量具体大小。 低瓦斯和高瓦斯采煤工作面串联通风时，被串联工作面进风巷设置瓦斯传感器T4，是检测井下通风是否正常， 以免过多瓦斯进入工作面，导致瓦斯超限。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 17 页 - - - - - - - - - 7 图 4. 采用两条巷道回风的采煤工作面传感器的布置T1不能控制工作面进风巷内全部非本质电气设备，则在近风巷设置瓦斯传感器 T3.为了检测井下通风总效果，在工作面混合回风流处设置瓦斯传感器T5，为了检测下一条回风巷的通风效果，设置瓦斯传感器T6 和 T7.有专用排瓦斯巷设置瓦斯传感器 T8.检测专用瓦斯航道瓦斯排放效果。图 5. 有专用排瓦斯的采煤工作面传感器的布置名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 17 页 - - - - - - - - - 8 3.4 传感器的参数设置瓦斯传感器设置地点传感器编号报警浓度断电浓度复电浓度断电范围采煤工作面上隅角T0 1.0CH4 1.5CH4 1.5CH4 工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备低瓦斯和高瓦斯矿井的采煤工作面T1 1.0CH4 1.5CH4 1.0CH4 工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备煤与瓦斯突出矿井的采煤工作面T1 1.0CH4 1.5CH4 1.0CH4 工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备采煤工作面回风巷T2 1.0CH4 1.0CH4 1.0CH4 工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井回采工作面进风巷T3 0.5CH4 0.5CH4 0.5CH4 进风巷内全部非本质安全型电气设备采用串联通风的被串采煤工作面进风巷T4 0.5CH4 0.5CH4 0.5CH4 被串采煤工作面及其进回风巷内全部非本质安全型电气设备采用两条以上巷道回风的采煤工作面第一、第二条回风巷T5 1.0CH4 1.5CH4 1.0CH4 工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备T6 1.0CH4 1.0CH4 1.0CH4 专业排瓦斯巷T7 2.5CH4 2.5CH4 2.5CH4 工作面内全部非本质安全型电气设备有专业排瓦斯巷的采煤工作面混合回风流处T8 1.0CH4 1.0CH4 1.0CH4 工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 17 页 - - - - - - - - - 9 3.5 分站的概述分站是整个监控系统的核心设备， 在系统中它起到采集各种传感器的监测数据，并将数据处理结果传输给地面监控中心的作用。分站除了是系统的数据处理中心外，同时还为各传感器提供本安工作电源，并能根据采集数据的限制要求对井下机电设备执行断电和复电控制动作。目前，分站按体积和传感器数量来划分，可分为大分站， 中分站和小分站三种。其中，大分站可挂接16 个传感器， 8 路控制输出；中分站可挂接8 个传感器，4 路控制输出；小分站可挂接4 个传感器， 2 路控制输出。在实际应用中可根据传感器数量来选择分站类型。图 6 分站电路原理框图3.6 分站的安装1）分站供电分站电源箱的交流输入电压为220V，电源变压器采用恒压式设计，利用变压器的一个谐振绕组与外接电容的补偿作用，达到二次侧电压不随一次侧电压波动而变化，从而实现对输入电压的稳定。变压器副边给出两个绕组，分别输出27 V，24 V两组电压， 27 V电压经桥式整流，滤波后经12 V板稳压后向分站提供+12 V/400mA直流电源，经18 V 板滤波平滑后再配上过流，过压，短路保护的安全栅电路，向配接传感器提供+18 V/350mA直流电源。 24 V电压用来给备用电池充电，当电池电压达到额定值后，电路自动保护，有效避免过量充电。2) 规划连接根据分站需要连接的传感器即控制线路等做出规划，最好用表格记录每个传感器及控制的对应通道口与控制线路。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 17 页 - - - - - - - - - 10 3)连接传感器到分站一个分站传感器接口插座可挂接两个传感器，它们共用分站插座的18V 正地，通过各自的白色信号线与分站插座的信号1 和信号 2 确定具体通道号。 所需用到的连接盒有两通和三通连接盒，使用连接盒连线线缆时注意剥线不能过长，只能使用工具剥线，不能用明火烧线。4)连接控制线控制线分两个位置连接， 第一个为分站的近程断电输出，大分站有四路， 中分站和小分站各有一路，位于分站电源箱内，打分站由具体的控制线路数标示。第二个为分站远程断电输出，大分站有四路， 中分站由 3 路，小分站由 1 路，位于分站接口插座控制口，通过蓝色说明标签表示不同的控制线路数。5)通信线连接通信线通过分站的三芯接口插座通过接口装置将RS485 信号转换为RS232或 RJ45的十倍，最终与地面中心站主机相连，注意信号+、-的方向。6)查看传感器等设备是否通电公国，如果没有通电，检查线路连接是否正确。3.7 分站的调试井下分站的硬件网络平台建好后，并不能正常工作， 还要对它进行相关的参数设置才能投入使用。 分站的参数调试可使用遥控板直接对分站进行设置，也可以使用遥控板设置好分站号后，由中心站主机在地面进行设置。但在实际工作中我们必须在井下完成设备的故障排除和网络的变更，此时的调试工作就不可能在地面设置。（1） 分站号的设置将遥控板对准显示窗，同时按住“”和“”大约8 秒，直到分站显示窗显示“0d 003”为止，即进入了分站的状态调试， 分站号设置用编号“ 0d”表示，编号“0d”只在刚进入分站调试状态时出现。此时可通过“”和“”两个键增加或减小得到具体的数值参数。（2） 传感器类型选择设置将遥控板对准显示窗，同时按住“”和“”大约八秒，进入分站的配置状态，通过遥控器“选择键” 切换得到编号为 “1”的项目，并通过“”和“”名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 17 页 - - - - - - - - - 11 两个键增加或减小得到具体的通道号数值。在选择好通道号后， 通过“选择” 键切换到编号为“ 2”的项目，并通过“”和“”两个键改变数值为“ON”或“OFF” 。“ON”表示开启通道，“OFF”表示关闭通道。通过“选择”键切换到编号为“3”的项目，并通过“”和“”两个键改变数值为对应传感器的量程代码。（3） 分站限制参数的设置设置上限断电值：通过遥控板的“选择”键切换到编号为“5”的调试项目，并通过“”和“”两个键改变数值为“1.5” 。设置上限复电值：通过遥控板的“选择”键切换到编号为“6”的调试项目，并通过“”和“”两个键改变数值为小于上限报警值。设置上限断 /复电对应控制输出： 通过遥控板的 “选择”键切换到编号为 “7”的调试项目，并通过“”和“”两个键改变数值，同时观察指示灯的状态。改变数值的同时亮起的控制指示灯为关联的控制输出线路。设置上限报警值：通过遥控板的“选择”键切换到编号为“8”的调试项目，并通过“”和“”两个键改变数值为“1.0”设置下限报警值： 当按照上限参数设定完风速传感器的上限参数后，通过遥控板的“选择”键切换到编号为“A”调试项目，并通过“”和“”两个键改变数值为比 0.25 稍微大一点的数值。设置下限断电值： 通过遥控板的 “选择”键切换到编号为 “C”的调试项目，并通过“”和“”两个键改变数值为“0.25” 。设置下限复电值： 通过遥控板的 “选择”键切换到编号为 “D”的调试项目，并通过“”和“”两个键改变数值为“0.35” 。保存参数：当对分站的调试结束或个别参数修改完毕，即可保存参数并退回正常工作状态。通过遥控器的“选择”键切换项目编号“4.” ，此时数值部分会显示” gd” 。再同时按住遥控器的“”和“”两键大约8 秒，直到分站显示窗显示正常工作状态为止。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 17 页 - - - - - - - - - 12 3.8 软件的安装SQL2000 的安装步骤如下：第一步：把 SQL2000 的安装盘放到光驱以后，系统会自动运行一个安装程序，如果光盘没有启动安装程序，可以手工运行 autorun.exe 文件执行安装程序。第二步：在安装程序的第一个界面中有：“安装 SQL 2000 Server 组件”、“安装 SQL 2000 Server 的先决条件”、“浏览安装 / 升级帮助”、“阅读发布说明和访问我们的 web 站点”，选择“安装 SQL 2000 Server 组件 ”的选项。第三步：进入下一个安装选项，其中有“安装数据库服务器” 、“ 安装Analysis Service”、 “安装 English query”三个选项，选择“安装数据库服务器”选项 . 第四步：进入下一个安装界面， 在选择下一步以后会出现一个把服务安装到哪个计算机的一个设置界面，可以使用缺省选项“本地计算机”，然后点下一步 。第五步：进入到安装选项界面， 使用缺省选项“ 创建新的 SQL Server 实例 ” ，或安装“ 客户端工具” ，然后点下一步 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 17 页 - - - - - - - - - 13 第六步：输入公司名称和使用者名称以后会进入到一个安装定义的界面，使用缺省选项“服务器和客户端工具”，选择下一步 。第七步：进入到安装类型选择界面， 使用缺省选项“ 典型安装” 。然后选择 下一步 。第八步：进入到服务器账户配置界面，账户的选择和配置是一个非常重要的步骤，因为它直接决定了 SQL Server 的启动账号和访问账号。在这里还是使用缺省的系统设置。 缺省的系统设置中账号模式使用的是：对每个服务器使用同一个账号，自动启动 SQL Server 服务。在选择服务账户时，可以选择使用本地账户，也可以选择使用域用户 账户， 为了方便配置，请用户均选择使用“本地系统账户”，然后进行下一步操作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 17 页 - - - - - - - - - 14 第九步：进入身份验证模式界面， 在选择身份模式时， 为方便配置， 建议用户均采用“混合模式”。下面录入的 sa 密码请一定要记住， 如果忘记， 你将无法登陆服务，数据也将不能使用，当然，用户也可以不设置密码。【建议初级用户将此处密码设为空】名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 17 页 - - - - - - - - - 15 4. 总结通过本次课程设计， 让我学到了一些在课堂是学不到的知识和能力，很好的锻炼了理论联系实际， 与具体题目结合的能力。 同时也让我们很好的如何发现问题，解决问题，积累了一些解决问题的经验。让我们懂得了实际中遇到的问题怎样用理论去解决。经过了为期一周的课程设计, 我们在其中学到了很多的东西, 要把一个实验做好需要将老师讲过的东西来灵活运用, 并且, 在实验过程中会遇到一些困难和问题, 这时应该自己去努力想办法来解决, 可以去图书馆借些资料 , 或者在上网的时候去查询搜索一些对自己有帮助的信息。经过这次实训我也了解了知识不仅要知道还要弄清楚它的真实内容, 我们对待知识的学习不得有一丝一毫的马虎，我也懂得了, 多看些课外资料，可以使得自己的专业知识得到更好的补充。总而言之，这次课程实训是我受益匪浅，希望这样的机会能更多一些！名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 17 页 - - - - - - - - - 16 5. 参考文献1 煤矿监控网络系统安装与维护电子科技大学出版社2 KJ90NA/NB 煤矿监控系统煤炭科学研究总院重庆研究院名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 17 页 - - - - - - - - -