煤矿安全监测系统方案

1、四女科技大学文档编号产品版本密级MKJCXT-2005-10-17V.1.0内部产品名称：煤矿平安监测系统共页煤矿平安监测系统可行性方案分析报告仅供开发使用文档健日期：/西安科技大学通信学院版权所有不得复制目录1系统概述31.1 工程背景31.2 工程目标32系统总体方案设计42.1 系统设计结构42.2 系统功能设计42.4 系统主要配置63系统方案详细设计63.1 系统模块划分63.2 中央站监控治理软件设计63.2.1 监控软件设计要求63.2.2 监控软件结构设计73.2.3 监控软件详细限制功能说明73.3 上位机监控节点设计83.3.1 上位机监控节点设计要求83.3.2 上位机监

2、控节点硬件结构设计83.3.3 上位机监控节点软件设计83.4 系统分站监控节点设计83.4.1 分站设计要求93.4.2 分站硬件结构设计103.4.3 分站软件设计104系统设计可行性分析结论121系统概述煤炭行业是一个特殊的行业.瓦斯、矿尘、火灾、水灾、顶压等各种平安隐患严重威胁着矿井作业工人的人身平安.建立煤矿平安信息监控系统实现生产自动化已成为我国煤炭企业迫在眉睫的首要任务.针对煤矿平安生产监控系统的具体特点,结合矿井的"一通三防"的根本方针,我们设计了煤矿平安生产信息实时监测系统.该系统采用计算机网络技术、数据库技术、通信技术、自动限制技术、自动检测技术等构成的

3、综合监控系统.系统能够对各煤矿生产环境中的瓦斯、风速、温度、一氧化碳、烟雾、运行设备等环境数据、工作状态通过矿井现场传感单元进行远程监控及报警.1.1 工程背景能源工业是我们国家经济开展的命脉所在,近年来,随着石油资源的紧张、石油价格的%升,煤炭行业的重要性和不可替代性也日益凸现.但中国煤炭行业的平安生产形势却不容乐观,尤其是重、特大伤亡事故屡见报端,据不完全统计,2005年中国煤炭产量占世界产量的35%,可事故伤亡人数却占80%.在这些事故中,瓦斯爆炸又占绝大多数.这其中固然有很多因素,但各煤矿生产企业平安监测不完备、治理手段落后也是造成事故频发的重要原因之一.随着国家对煤矿平安生产工作的日

4、益重视,以及矿务局自身现代化治理的需求,煤矿安全监测系统越来越表达出其重要性.从技术和治理的角度出发,煤矿系统联网平安监测已是必然趋势.1.2 工程目标煤炭平安治理部门可根据实时上传的告警信息和实时运行信息,确定各煤矿的施工情况或各种指标超标的地方,为治理人员准确、快速的制定平安防范举措,提供极大的帮助.这样,既能克服矿井数量多、地域分散、技术薄弱等问题、减少资金投入,又能充分发挥瓦斯监控设备的作用,便于在煤矿推广应用.2系统总体方案设计我们设计的平安生产监测系统是在生产、平安及治理方面的一个实时监控系统,对于煤矿的生产运行状况、平安水平、灾害预测预报具有重要的作用.煤矿平安生产监测系统是个实

5、时调度、指挥系统,通过本系统可以使治理层快速、及时、准确地获取生产相关数据,提升决策科学性,从而防止或减少因决策失误而造成的平安生产事故和经济损失.2.1 系统设计结构本系统实施共分为两块：监控中央,矿井现场CAN监控网络.系统设计结构如图1所示：瓦斯传感器负压传感器水位传感器矿井现场图1煤矿平安监测系统结构示意图2.2 系统功能设计1数据平安采集：通过数据采集接口平安地从各分站统读取数据,并且保证数据传输的单向性；2检测功能：中央站主机通过巡检扫描分站来采集数据,并将处理后的数据进行分类存储,同时通过中央站监控治理软件实时显示监测系统动态数据和图形；在中央站,采集数据的显示具有多种方式：可按

6、图标显示分站的综合状态,也可按分站显示内部各通道数据和状态,还可以根据自定义页面动态显示的页面组织和显示测点；既可以在超限测点窗口查看所有超限测点的情况,也可以在提示信息窗口看到测点状态变化的情况,另外,还可在实时曲线显示窗口查看最多为6个测点数据的实时变化曲线；提供实时报警故障记录、逐级报警功能,以保证治理人员实时掌握故障、报警信息；3限制功能：在中央站可以定义由中央站实施限制或由分站实施限制；程序限制与手动限制；超上限限制与超下限限制；当出现断线、负漂和溢出等特殊情况时,用户也可设置是否进行限制；既可由模拟量数据限制,又可由数字量状态限制.4数据处理功能：本系统的数据采用变值变态记录方式,

7、即当测点数值或状态改变时进行记录.优点在于：一方面,当测点数值保持不变或变化范围较小时,不需要重复记录这些相同或根本相同的数值,变值变态记录就使这些重复的记录减少到最低程度；另一方面,当测点数值变化较大、较快时,又可详细记录每一变化的细节.采集的数据可进行二次处理,包括计时、计数、线形计算等.5统计查询功能：用户可选择某一月内任意时间段内的任意测点进行查看记录、显示曲线的操作,可查看长至一个月、短到一分钟的测点变化趋势,并将处理形成文本文件、图形文件或图像文件保存与硬盘至,以便用户随时调出查看.用户可同时查看不同时间段、不同测点的曲线,并且可以任意放大和缩小,以便进行比拟和分析.在报表方面,用

8、户可生成形式与内容均可自定义的各类报表.6分站集中治理：通过中央站监控软件的设定各个分站的运行参数具体要求见分站设计c并远程限制分站执行断电动作逻辑.7提供关系数据库接口：通过监控软件的的关系数据库接模块可以将数据写入到关系数据库表中,为治理系统使用相关数据提供方便；8分站具有自动具有瓦电闭锁和风电闭锁功能.当监测到模拟量超限到某个值时要切断工作面电源即实现断电限制,或监测到开关量风机停或风门开时实现断电限制.2.3系统特点1开放性好：；2良好平安性：3响应速度快；4运行稳定；5扩展性强；2.4系统主要配置1研祥工控计算机：祥锐II-P24D22P4级别,祥捷II-P10S12P3级别2分站数

9、据采集限制模块和板卡型号待定,CAN中继器,CAN主节点型号待定3数据库效劳器4打印等其他设备3系统方案详细设计3.1 系统模块划分本系统主要分3个模块,1中央站监控治理软件,2上位机监控节点,3分站监控节点.拓扑结构请参看图1所示.接下来几个小节就是对这三个模块详细设计说明.3.2 中央站监控治理软件设计3.2.1 监控软件设计要求1以Windows操作系统为运行平台.支持MicrosoftWindows98/2000/XP/2003中文版操作系统,采用了先进的全面支持多任务、多线程、多窗体的模块化软件设计思想.系统软件包括：主程序、井下工作区图形化设计与显示程序、曲线显示程序、报表治理程序

10、、运行记录浏览程序,各个模块可同时运行、互不干扰.2具有丰富的限制功能.不仅可以定义中央站限制,还可以定义分站限制；不仅可以进行程序限制,还可进行手动限制；不仅能进行超上限限制,还能进行超下限限制；不仅在数据正常情况下可进行限制,在出现断线、负漂和溢出等特殊情况下用户也可设置是否限制；控制测点可以是模拟量,也可以是数字量.3具有强大的曲线和报表功能.用户可选择某一月内任意时间段内的任意测点查看记录、显示历史曲线和实时曲线.可查看长至一个月,短到一分钟的测点变化趋势.对于曲线,可将处理结果形成文本文件保存于硬盘中,用户可随时调出查看.用户最多可同时查看最多6条不同时间段、不同测点的曲线,曲线可任

11、意放大和缩小,以进行比拟和分析.对于报表,用户可生成形式与内容均可自定义的各类报表.4具备灵活、方便的井下工作区图形化设计与显示功能.用户可使用系统提供的根本图形组件,或自行设计自定义组件,方便、迅速地完成井下工作区图形界面.在图形界面的运行模式下,系统自动以图形化的方式显示各个测点、分站以及其他设备的动态工作情况,并可通过鼠标点击目标图形,查看相应的数据信息.5具有数据监视功能.本软件采用分页显示和按分站显示两种方法监视数据.6提供Web数据发布功能.办公局域网内或介入互联网的授权用户,可提供标准浏览器来查看测点数据.3.2.3 监控软件详细监控功能说明1巡检功能：主程序采用巡检方式与分站进

12、行通信.发送的命令主要有3种：初始化命令、获取数据命令和限制命令.其中,限制命令的优先级最高,其次是初始化命令,最后是获取数据命令.中央站主程序在向某分站发送命令之前,如发现该分站是首次参加巡检队列的,那么先向期发送初始化命令,将该分站模拟量传感器的量程、报警上下限、由分站实施的限制定义以及数字量二态、三态的标志都下发给它,使其具备独立工作的水平.无论初始化是否成功,在第二次巡检分站时都改发获取数据命令,如在初始化时不成功,分站此时会在回送的数据中请求再次初始化.2诊断调试功能：用户可选择连续巡检或间隔巡检两种方式进行分站调试,以便查看分站的通讯情况.其中主要显示：当前扫描的分站的通讯状态以及

13、回送数据,统计通讯的次数、中断次数、错误次数,并计算出中断率和错误率,可供安装维护人员在调试分站、传感器或诊断通讯故障时使用.3系统限制功能分为手动限制和程序限制两种限制方式.手动限制：是用于特殊情况下的限制手段.,用户选择需要实施限制的限制量测点号,按下“吸合、“断开红火“解除按钮,程序将在下一次扫描分站是发送限制命令以实现手动限制.注意,手动限制应在程序退出前解除.程序限制：是通过队限制通道的定义,在程序运行中自动判断、自动实现的一种限制手段.对于不同形式的程序限制其限制逻辑不同.3.3 上位机监控节点设计上位机监控节点主要负责把分站监控节点采集的数据CAN数据包转换成Rs232协议数据,

14、上传给中央站监控主机,并把监控主机下发的命令打包转换为CAN网络数据包,转发给分站监控节点.3.3.1 上位机监控节点设计要求1能快速把中央站的限制命令转换成CAN数据包,下发到相应分站节点.2能快速把分站节点上传的CAN数据包车专换为Rs232协议格式,转发给中央站工控机.3.3.2 上位机监控节点硬件结构设计RXTXGND上位机监控节点硬件结构比拟简单,它只完成协议转换的作用.结构图如下:本安电源Max232RS232接口外围电路51单片机CANHSJA1000CAN接口外围电路CANL3.3.3 上位机监控节点软件设计上位机监控节点软件主要完成协议转换的作用,功能单一,此处不多详述.3.

15、4 系统分站监控节点设计平安监测监控系统最终要实现的功能就是监测监控,即瓦电闭锁和风电闭锁.当监测到模拟量超限到某个值时要切断工作面电源即实现断电限制,或监测到开关量风机停或风门开时实现断电限制.限制逻辑关系主要分为模拟量限制和开关量限制.模拟量限制主要分为超上限限制和断线限制,特殊的如风速传感器需要有超下限限制,开关量分为状态限制,这些逻辑关系全部由上位机定义,然后开机初始化分站,今后只要上位机不改变不下发命令,分站始终保持最初的初始化信息.1分站必须能够独立完成监测监控的功能,但当与上位机中断通讯时,分站只能实现本台分站的限制关系,而不能实现不同分站之间的限制关系.不同分站之间的限制即为异

16、地限制.同一台分站之间的瓦电闭锁和风电闭锁均属于本地限制.2传感器的量程设定不固定,由用户在上位机设定,通过通信线路下发给分站.3传感器的报警限设定不固定,由用户在上位机设定,通过通信线路下发给分站.采样值到达报警上限启动蜂鸣器和对应指示灯声光报警.4分站的断电限制门限设定不固定,由用户在上位机设定,通过通信线路下发给分站,采样值到达限制门限就启动对应继电器断开.5分站开机或复位后首先显示分站号,然后依次循环显示8路模拟量或开关量、8路开关量.68路模拟量显示要求：首先,第一个数码管显示通道号18,第4个显示接入的传感器信号类型,一秒钟后,全屏显示传感器的数值.显示“d娘示断线,即传感器信号未

17、与分站连接好或传感器本身不工作显示“F嗪示负漂,即传感器的测量值低于标定的量程低值显示“YC表示溢出,即传感器的测量值高于标定的量程高值7在某个通道上如果接入传感器,但是在上位机没有定义该通道是否接入传感器,那么让第一个数码管的小数点点亮表示此通道在上位机未定义.88路开关量显示要求：假设通道接入三态开停传感器,那么后三个数码管显示同样的符号表示状态,0态为：UUU1态为：nnn断线为：-中央线假设通道接入二态开关量传感器,那么后三位数码管显示同样的符号表示状态,0态为：UUU1态为：nnn9限制功能要求：假设某路继电器动作限制置位那么相应继电器指示灯变亮.10其他状态显示要求：通讯指示灯：假

18、设处于通信状态那么通讯灯闪烁,如其它状态长灭.供电状态指示灯：假设分站电源为电池供电,那么分站电源状态灯变亮.11键盘可以输入设定传感器的信号类型,传感器通道是否使用,固定查看某通道值,传感器报警上下限也可以接收上位机下传的设定值,分站CAN地址.12分站根据自身保存的默认限制断电上下限值自动动作,上位机也可以手动断电,分站接收上位机下传的断电命令执行相应动作.13分站可通过接收上位机下传的量程上下值、报警上下限、断电值,分站保存该下传结果.14键盘可设定显示固定某路通道值.15显示窗大小：65mmX40mm.键盘接口键盘3.4.3分站软件设计分站软件的设计主要根据设计要求有以下三个比拟重要的

19、局部：1分站开机启动流程分站首次开机后,首先初始化缓冲区和CAN网络接口,提示键盘设定该分站CAN网络ID号.显示A00,表示该分站没有设定地址.键盘设定了该地址后,将重新初始化CAN网络接口,并主动给上位机节点发注册信息,等待中央站软件下发设定参数.当中央站软件下发设定参数后,分站接收参数并存入Flash,再次初始化.然后进入正常工作状态.分站在首次开机并接收了上位机下发的设定参数报警限,限制限,断电限制逻辑后,会永久保存Flash中,如果再次断电,那么一开机后,从Flash中读出以前存入的设定值进行初始化,首先显示分站ID号,AXX,然后直接进入正常工作状态,显示通道号和信号类型,随后显示该通道的数值.可以手动设定固定显示某通道值.同时进行报警和断电限制逻辑判定.2分站断电限制流程分站在显示各个通道的采集值的时候,也实时判断每个采集的数值和存入Flash的报警限,限制限比拟.如果到达报警限,那么声光报警.如果超过报警限,到达限制限,那么自动根据限制规那么启动远动开关继电器断开电源.当上位机下发手动断电命令,那么立即根据命名参数执行断电动作.3分站通信协议主要命令设定命令说明0x00返回正确接收应答.0x10上传16个整型值,检测到的16路实时数据；0x20上位机限制下位机的8个继电器开关值