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煤矿综合安全监控系统立项报告

煤矿综合安全监控系统立项报告
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一、立项依据

矿井监控系统是煤炭企业高产、高效、安全生产的重要保证。煤矿井下是一个特殊的工作环境,有瓦斯等易燃、易爆气体,有硫化氢等腐蚀性气体,有水温、温度等环境参数及设备的运行状态需要监测;还要对井下的非安本性设备进行控制。目前而言,从系统集成的角度来看,煤矿生产、管理的自动化与信息化水平相对不高,特别是煤矿安全生产监测监控系统尚没有行业标准、各厂家都是自行制定传输协议和接口标准,系统之间不能互通和兼容,存在“信息孤岛”现象。信息资源难于共享,监测系统、控制系统和管理系统不能实现联动。

煤矿综合安全监控系统本着煤矿“装备现代化、系统自动化、管理信息化”要求,以煤矿的安全生产为前提,通过实现“三化”,达到减员、高效的目的。通过集中监测监控,减少值班人员、提高生产调度效率,实现安全生产、设备监控、集中调度的一体化管理环境。通过视频、监、测、控的有机结合,实现统一调度、统一监控的完美整合。实现对矿井人员、安全、设备、计划、报表等进行高效管理,帮助领导进行辅助决策。

㈠ 国内外现状、水平和发展趋势

监控子系统之间,监控系统与生产管理以及与生产调度系统之间存在数字鸿沟,即信息互不相通,导致无法将管理与生产监测信息紧密结合起来。从系统集成的角度来看,煤矿生产、管理的自动化与信息化水平相对较低,特别是煤矿安全生产监测监控系统尚没有行业标准,各厂家都是自行制定传输协议和接口标准,各子系统之间不能互通和兼容,存在“信息孤岛”现象,信息资源难于共享,监测系统、控制系统和管理系统不能实现联动。

㈡ 项目研究开发目的和意义

煤矿综合安全监控系统是各矿在生产、安全及管理方面的一个实时监测监控系统,对于煤矿的生产运行状况、安全水平、预测预报具有重要的作用。为了加强对公司下辖各矿的安全生产进行管理,利用现有网络了解各矿的安全生产情况,将各矿的各种监测数据、各矿调度信息以及各矿的调度信息系统成在公司调度室,组建为一监控子网,使公司各个部门及领导可在网上浏览各自所需的信息。并将各矿的安全监测信息系统与管理信息系统有机结合,加强企业内部协作与通信,提高生产和管理效率,增强企业的市场竞争力,使煤矿企业的信息化进程实质性的跨上一个新台阶。

㈢ 项目达到的技术水平及市场前景

发展安全高效煤矿,推进煤炭资源整合,是国务院“十二五”规划纲要对煤炭行业的要求。煤矿安全生产“十二五”规划,更是提出了,煤矿井下安全避险“六大系统”工程,煤矿瓦斯综合治理示范工程,煤层气地面开发利用示范工程,供电、井下运输、排水、提升等系统安全技术及防灭火工程,矿井水害治理工程,小煤矿安全改造工程这6个煤矿安全生产水平提升工程。综合安全监控系统研制成功后,将是目前矿山安全领域的先进产品,有着旷阔的市场前景

二、研究开发内容和目标

㈠ 项目主要内容及关键技术

综合安全监控系统的组网如图所示:

如上图所示,本系统由煤矿环境监测系统、生产设备检测系统、生产人员监测管理系统、煤矿现场管理安全排查系统组成,其中煤矿环境监测系统包含:瓦斯监控、顶板监测(离层、压力)、火灾监测(CH4、氧气、烃类、烯类、温度),水位监测。生产设备检测系统包含:胶带温度监测、电缆温度监测、设备振动监测。生产人员监测管理系统包含:人员定位系统等系统。煤矿现场管理安全排查系统包含:无线视频、无线电话、无线PDA。

项目主要开发内容:

1、煤矿综合安全监控系统由灾害预警综合信息平台,专用监控平台、64台综合分站系统组成,综合分站系统由分站和隔爆兼本安电源电池箱组成

2、综合分站进一步包含分站主板

3、综合分站进一步包含电话调度子系统

4、综合分站进一步包含视频监控子系统

5、综合分站进一步包含工业现场总线子系统

6、综合分站进一步包含工业以太网子系统

7、综合分站进一步包含数据采集子系统

8、综合分站进一步包含WiFi通讯子系统

9、综合分站进一步包含人员定子系统

10、隔爆兼本安电源电池箱

11、隔爆兼本安电源电池箱进一步包含电源管理模块

12、隔爆兼本安电源电池箱进一步包含电源管理模块

13、隔爆兼本安电源电池箱进一步包含电池充电管理模块

14、隔爆兼本安电源电池箱进一步包含12V本安电源模块

15、隔爆兼本安电源电池箱进一步包含21V本安电源模块

16、专用监控平台进一步包含瓦斯监控平台

17、专用监控平台进一步包含顶板检测平台

18、专用监控平台进一步包含火灾检测

19、专用监控平台进一步包含水位检测

20、专用监控平台进一步包含胶带、电缆温度检测

21、专用监控平台进一步包含设备震动检测

22、专用监控平台进一步包含人员定位系统平台

23、专用监控平台进一步包含无线通讯平台

24、灾害预警综合信息平台包含系统联动预案处理、事故抢修、应急指挥、预警预案研究和事件评估

项目关键技术如下:

1)使用百兆以太网接口作为成帧器,实现64个分站与地面通讯控制器组成光纤自愈环网。环网保护倒换条件参照SDH的保护原理,故障恢复时间在50ms之内。

2)分站间的通讯,采用定时的以太网帧,使得传统的TDM业务同IP/以太网数据的转换方便可靠,并使传统的TDM业务与IP/以太网业务可以在一个统一的平台上传输和交叉连接,实现监控数据、工业视频、调度电话综合传输

3)设计通用背板总线,实现语音、视频、数据采集和检测控制各子系统同的自由组合。

4)设计精准的授时系统,使授时精度达到1ms,系统的同步信号精度为15.6us,可实现检测数据大范围的同步采集

5)分站及传感器全面实现了智能化和红外遥控调校、设置。分站模拟量和开关量端口可任意互换,并支持多种信号制,有实时数据存储能力。

6)具有自检功能,可对分站、电源、传感器、电缆等设备进行诊断,能报警和记录并自动切断故障支路。有完善的多级口令保护功能。

7)系统可监测瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温度、风门开关等环境参数,也可监测煤仓煤位、水仓水位、压风机风压、箕斗计数、各种机电设备开停等生产参数和电压、电流、功率、电度等电量参数,以及胶带跑偏、胶带速度、轴承温度、机头堆煤等各种机电设备的运行情况。

8)传输系统故障时,井下分站可继续独立工作,并可以保存12小时监测数据,等传输通道恢复后,再将历史数据上传

9)设计1路12V/1.5A和5路21V/0.6A的隔爆兼本安电池电源箱,以满足综合分站的用电要求

10)

㈡技术创新点(国家有关部门、全国(世界)性行业协会等具备相应资质的机构若颁布相关技术参数或标准,应提供。)

1、综合实时通讯及多系统综合监控分站

综合分站采用实时通讯系统,可以综合实现生产安全监测、工业电视、调度电话接入、工业以太网、工业现场总线数据等多种信号的传输。系统由煤矿环境监测系统、生产设备检测系统、生产人员监测管理系统、煤矿现场管理安全排查系统组成,其中煤矿环境监测系统包含:瓦斯监控、顶板监测(离层、压力)、火灾监测(CH4、氧气、烃类、烯类、温度),水位监测。生产设备检测系统包含:胶带温度监测、电缆温度监测、设备振动监测。生产人员监测管理系统包含:人员定位系统等系统。煤矿现场管理安全排查系统包含:无线视频、无线电话、无线PDA。

2、分布式高速同步采集系统

分站间的数据传输通过定时发送以太网帧实现,百兆帧的每个bit的承载带宽与传统的TDM业务每bit的承载带宽相同,都是512K,使得传统的TDM业务(话音、视频),同IP/以太网数据的转换方便可靠,并使传统的TDM业务与IP/以太网业务可以在一个统一的平台上传输和交叉连接。这种高效的实时协议,使得端到端的延时为15.6us,在此基础上的实时授时系统,其精度可以在100us以内。通过这个授时系统,可以使128分站的2048个数采通道“同时”采集数据,时间误差在100us以内

3、同步以太网背板总线

使用百兆以太网时钟同步技术,实现主板MB与各业务板的时钟同步和数据传输。MB板与业务板通过100M以太网PHY连接,业务板提取线路收时钟(RXC)和接收有效信号(RXDV),将这两个信号作为业务板的发送时钟(TXC)和发送有效信号(TXDV),这样业务板就与主板实现收发数据同步,原理如图所示

4、多通道实时报警

由于分站间采用了多通道传输技术,系统除了传统的巡检方式外,还增加了配置下发数据通道,历史数据上传通道和告警数据上传通道,告警通道是分站与通讯服务之间建立的“点到点”链接,使得系统的告警时间大为缩短,在128个分站的最大配置情况下,异地断电的完成时间为600ms

㈢主要技术指标

系统容量:

系统可以支持128个分站,人员识别卡16384个。

光传输规格:

波长:1310nm/1550nm

速率:100Mbit/s

发光功率:-4~-8dbm(1310nm),0~5dbm(1550nm)

接收灵敏度:-28dbm

提供物理层及业务层的保护功能,保护倒换时间<50毫秒

最大传输距离

传感器及执行器至分站之间的最大传输距离2㎞(使用MHYVR型电缆,电缆截面积1.5㎜2,

直流电阻12.8Ω/㎞,分布电感0.8mH/㎞,分布电容0.06μF/㎞);

分站至MCTP-M宽带接入器、分站至分站之间最大传输距离10㎞。

以太网规格:

以太网接口速率:10M/100M/1000Mbit/s

标准:IEEE 802.3

IEEE802.3u 100BaseTx

IEEE 802.3x

总线数据规格:

接口种类:CAN、Profibus、FSK, DPSK、RS485/RS232/RS422

速率:0 — 57.6kbps(自适应)

协议/标准:RS232、RS485、RS42、CAN

支持的协议包括:Xmodem、Zmodem、Ymodem、Kermit、ModenBUS、PROFIBUS

话音接口规格:

环路阻抗:FXO >600 Ω;FXS 1.8KΩ

环路电流:≥23mA

收铃灵敏度:≤100mVA

保护特性:YDN 065-1997标准

音频特性:300~3400Hz

音频阻抗:600Ω

模拟视频规格:

信号制式: PAL/NTSC制可选;

信号输出电平: 1Vp-p

信号输出接口及阻抗:BNC接头,75Ω阻抗

视频通道: 压缩 H.264

速度: 每秒1-30幅(可编程)

带宽 4Mb/s可调

本安参数规格:

Ui:12.1V,Ii:910mA,Ci:0.2nF,Li:0mH。

模拟量规格:

电流型信号范围:1mA~5mA。

频率型信号范围:200Hz~1000Hz,输入高电平时应不小于3V(输出电流为2mA时),输入低电平时应不大于0.5V(输出电流为2mA时),其正脉冲和负脉冲宽度均不得小于0.3ms。

开关量规格:

无源接点信号:截止状态输入时,漏电阻应不小于100kΩ;导通状态输入时,电压降应不大于0.5V(电流为2mA时)。截止状态表示停;导通状态表示开。

直流电流信号:0mA、+5mA(+5mA表示开;0mA表示停)。

直流电流信号:+5mA、0mA、-5mA(+5mA表示停;0mA表示断;-5mA表示开)。

控制量规格

电平型信号:输出高电平时应不小于3V(输出电流为2mA时),输出低电平时应不大于0.5V(输出电流为2mA时)。

无源接点信号:截止状态输出时,漏电阻应不小于100kΩ;导通状态输出时,电压降应不大于0.5V(电流为2mA时)。

累计量规格:

输入高电平时应不小于3V(输出电流为2mA时),输入低电平时应不大于0.5V,其正、负脉冲宽度应不小于0.3s,正、负脉冲的转换时间应不大于5ms。

三、研究开发方法及技术路线

1、设计思想依据

本项目的设计思想主要基于以下几个方面:

公司大部分研发人员具有传输、交换、接入、煤矿安全监控产品的研发经验,其中有六名人员有十年以上的相关开发经历。熟知矿山安全生产的市场需求。汲取了国内外各类矿山环境监控系统、生产设备监控系统、生产人员监测管理系统的优缺点,在公司特有的MCTP多通道工业以太网的架构上设计煤矿综合安全监控系统,其关键技术在以往研发的MCTP设备中和KJF45安全监控分站中得到验证。

煤矿安全生产是矿山行业关注的热点,也伴随着新技术、新标准的出现和新产品的不断完善。项目产品的成功研制和应用为煤矿安全生产设备提供了新的思路,尤其为我国矿山安全生产提供一种高性价比的应用方案。

本项目方案有多项技术创新,在整个设计过程中主要参照或引用的标准有:GB 3836.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第1部分:通用要求,GB 3836.2-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第2部分:隔爆型“d”,GB 3836.4-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第4部分:本质安全型“i”,GB 4208-1993 外壳防护等级(IP代码),GB 6388-86 运输包装收发货标志,GB 10111-88 利用随机数骰子进行随机抽样的方法,GB/T 14048.1-2000 低压开关设备和控制设备 总则,MT 209-90 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求,MT 210-90 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法,MT 211-90 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品质量检验规则,MT 289-92 煤矿本质安全型供电、自动电话机通用技术条件,MT 290-92 煤矿本质安全型供电、自动电话机主要性能测试方法,MT 406-1995 煤矿通信井下汇接装置通用技术条件,MT/T 899-2000 煤矿用信息传输装置,GB/T 2423.1-2001 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验A:低温,GB/T 2423.2-2001 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验B:高温,GB/T 2423.4-1993 电工电子产品基本环境试验规程 试验Db:交变湿热试验方法,GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验,《ITU-X.87 城域网多业务环(MSR)标准》,《基于SDH的多业务传送节点技术要求》[1];《基于SDH的多业务传送节点测试方法》[2];《基于SDH的多业务传送节点(MSTP)技术要求——内嵌RPR功能部分》[3];《基于SDH的多业务传送节点(MSTP)测试方法——内嵌RPR功能部分》[4];和 ITU-T G.703、G.704、G.823、G.824、ITU-T G.707、 IEEE 802.x、YDN 065-1997、YDN099-1998、YD/T877-1996 YD/T1022-1999、YD/T 1238-2002

2、关键技术实现的依据

本系统的关键技术分两方面:硬件和软件。

软件核心技术有双机热备技术、大型关系数据库技术、向量图形技术、瓦斯预警分析技术和海量数据同步采集技术。以上技术需在高性能服务器和C#架构下完成。

硬件核心技术采用定时以太网帧、线路时钟同步,同步精准授时,隧道控制,VLAN控制,大位数数模转换和异地告警控制等。采用大规模集成电路芯片(FPGA,EPLD)和嵌入式CPU(ARM9)完成。

下图是综合安全监控系统的技术架构

基础层和执行层是综合安全监控系统要检测和控制的设备,包括各类传感器、断电器、PLC、调度电话、工业摄像头、无线终端、人员识别卡、读卡器等设备,这些不再系统的开发范围。综合安全监控系统是由平台层(监控分站和通讯服务器)、应用层(各专业监控平台)和拓展层(综合监控平台)组成

(一)平台层,即综合监控分站技术实现依据

文档信息
  • 文档上传人:admin
  • 文档格式:Doc
  • 上传日期:2014年10月27日
  • 文档星级:★★★★★
  • 需要煤安币:5个
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