監(jiān)測監(jiān)控第七章

1、煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控作業(yè)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控作業(yè)邯鄲礦業(yè)集團培訓中心 周敬朝01 礦用分站02 礦用信息傳輸接口03 礦用信號轉換器04 礦用電源目錄目錄第一節(jié)礦用分站第一節(jié)礦用分站礦用分站接受來自傳感器的信號，并按約定的復用方式遠距離傳送給傳輸接口，同時接收來自傳輸接口的多路復用信號，具有簡單的數(shù)據(jù)處理能力，能夠控制執(zhí)行器工作的設備。一、礦用分站的構成及其工作原理一、礦用分站的構成及其工作原理礦用分站一般由模擬量輸入接口、開關量輸入接口、開關量輸出接口、串行數(shù)字接口、模擬量輸出接口、系統(tǒng)傳輸接口、信息處理與存儲單元、顯示單元、報警單元、穩(wěn)壓電路等組成。一、礦用分站的構成及其工作原理一、礦用分站的構成

2、及其工作原理一、礦用分站的構成及其工作原理一、礦用分站的構成及其工作原理1模擬量輸入接口將甲烷等模擬量傳感器輸出的頻率型（電流型，電壓型）模擬量信號轉換為數(shù)字信號送信息處理與存儲單元，并有本質安全防爆隔爆、抗電磁干擾等功能，模擬量輸入接口通常由光電耦合器、頻率/數(shù)字（F/D）轉化器和濾波電路等組成。一、礦用分站的構成及其工作原理一、礦用分站的構成及其工作原理2開關量輸入接口通常由本質安全防爆隔爆和抗干擾隔離的電耦合器和濾波電路等組成，將設備開停等開關量傳感器輸出的開關量信號經(jīng)隔離后送信息處理與存儲單元。3模擬量輸出接口一般由光電耦合器、數(shù)/模（A/D）轉換器、濾波器等組成，將信息處理與存儲單元

3、的數(shù)字信號轉換為模擬信號，并具有本質安全防爆隔爆、抗電磁干擾等功能。一、礦用分站的構成及其工作原理一、礦用分站的構成及其工作原理4串行數(shù)字接口由光電耦合器、濾波器、放大電路等組成；將數(shù)字式傳感器輸出的串行數(shù)字信號隔離后送信息處理與存儲單元；將信息處理與存儲單元輸出的數(shù)字信號隔離放大后送數(shù)字執(zhí)行器。系統(tǒng)傳輸接口由光電耦合器、濾波器、放大電路等組成；接收系統(tǒng)傳輸接口輸出的串行數(shù)字信號隔離后送信息處理與存儲單元；將信息處理與存儲單元輸出的數(shù)字信號隔離放大后送數(shù)字執(zhí)行器。一、礦用分站的構成及其工作原理一、礦用分站的構成及其工作原理6顯示單元由顯示電路和驅動電路組成，用于分站電源指示、通信指示、故障指示

4、、光報警、模擬量和開關量顯示等。7報警單元由光報警和聲報警兩部分組成。聲報警也可以外接聲光報警器，也可以由顯示單元完成光報警功能。8信息處理與存儲單元一般由單片機和外圍電路組成，完成多路信號復用傳輸、信號輸入/輸出、數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行器控制等功能。一、礦用分站的構成及其工作原理一、礦用分站的構成及其工作原理9穩(wěn)壓電路將隔爆兼本質安全型直流電源遠距離供給的非穩(wěn)定直流電源穩(wěn)定為可供分站使用的直流穩(wěn)壓電源。二、礦用分站的主要功能二、礦用分站的主要功能1.通信功能2.數(shù)據(jù)采集、顯示功能3.控制功能4.初始化參數(shù)設置功能5.自診斷及故障指示功能6.備用電源功能三、礦用分站的主要技術要求三、礦用分站的主要技術

5、要求1.模擬量模擬量數(shù)字信號應符合煤礦礦用信息傳輸裝置（MT/T899-2000）等有關規(guī)定。頻率型信號應符合下列要求：頻率范圍為;在整個頻率范圍內(nèi)其正脈沖和負脈沖均不得小于0.3ms；有源輸出高電平應小于+0.3V（輸出電流為2mA時）；有源輸出低電平應大于+0.5V（輸出電流為2mA時）；無源輸出截至狀態(tài)的漏電阻應不小于100k;無源輸出導通狀態(tài)的電壓降不大于0.5V。電流型信號范圍：1-5mA或4-20mA。2.開關量開關量數(shù)字信號應符合煤礦礦用信息傳輸裝置（MT/T899-2000）等有關規(guī)定。采用雙電平和無源輸出的開關量信號應符合下列要求：有源輸出高電平應小于+3V（輸出電流為2mA

6、時）；有源輸出低電平應大于+0.5V（輸出電流為2mA時）；無源輸出截至狀態(tài)的漏電阻應不小于100k;無源輸出導通狀態(tài)的電壓降不大于0.5V。3.模擬量輸入與輸出處理誤差模擬量輸入與輸出處理誤差應不大于0.5%。4.系統(tǒng)信號傳輸分站與傳輸接口、分站與分站之間信號傳輸應符合煤礦礦用信息傳輸裝置（MT/T899-2000）等有關規(guī)定。5.控制執(zhí)行時間控制執(zhí)行時間應滿足有關要求。安全監(jiān)控分站甲烷濃度超限斷電及甲烷風電閉鎖的控制執(zhí)行時間不大于2s。6.調節(jié)執(zhí)行時間調節(jié)執(zhí)行時間應滿足有關要求。7.最大傳輸距離傳感器及執(zhí)行器至分站之間的最大傳輸距離應不小于2km；分站至傳輸接口、分站與分站之間的最大傳輸距

7、離應不小于10km.8.最大監(jiān)控容量分站所能接入的傳感器、執(zhí)行器的數(shù)量宜在2、4、8、16、32、64、128中選取。9.備用電源連續(xù)工作時間電網(wǎng)停電后，備用電源連續(xù)工作時間不應小于2h。第二節(jié)礦用信息傳輸接口第二節(jié)礦用信息傳輸接口一、礦用信息傳輸接口的組成及工作原理二、礦用信息傳輸接口的基本功能三、礦用傳輸系統(tǒng)的主要技術要求一、礦用信息傳輸接口的組成及工作原理一、礦用信息傳輸接口的組成及工作原理礦用信息傳輸接口由系統(tǒng)通信電路、主機通信電路、信息處理電路、顯示電路、雙機切換電路和電源等組成。1系統(tǒng)通信電路負責與分站雙向串行數(shù)字通信，并具有本質安全防爆隔離功能。系統(tǒng)通信電路通常由光電耦合器、整形

8、電路、濾波電路和放大電路等組成。2主機通信電路負責與主機雙向串行數(shù)字通信。3顯示電路用來指示電源、系統(tǒng)通信狀態(tài)、主機通信狀態(tài)、主/備機工作狀態(tài)等。4信息處理電路用來系統(tǒng)通信管理、主機通信管理、雙機切換控制等。5雙機切換電路用來監(jiān)測主/備機工作狀態(tài)及切換控制。6電源電路將220V等交流電源切換為礦用信息傳輸接口所需的直流電源。二、礦用信息傳輸接口的基本功能二、礦用信息傳輸接口的基本功能1通信功能2診斷功能3雙機切換功能4防雷電5電源指示6輸入輸出信號三、礦用傳輸系統(tǒng)的主要技術要求三、礦用傳輸系統(tǒng)的主要技術要求1.最大傳輸距離接口至分站之間最大傳輸距離不小于10km，獨立設備的接口至主機之間最大傳

9、輸距離不小于5m。2.最大監(jiān)控容量接口所能接入的分站數(shù)量宜在8、16、32、64、128中選取。3.系統(tǒng)信號傳輸接口與分站之間信號的傳輸應符合煤礦通信、檢測、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術要求（MT209-1990）的有關規(guī)定，接口與主機之間應采用串行數(shù)字信號傳輸、通用標準接口，并符合有關規(guī)定。網(wǎng)絡接口采用標準接口，并符合有關規(guī)定。第三節(jié)礦用信號轉換器第三節(jié)礦用信號轉換器礦用信號轉換器是將模擬信號與數(shù)字信號相互轉換的設備。傳感器輸出信號有電壓型、電流型、頻率型和數(shù)字型等。為將各種輸出信號的傳感器接入分站，需使用礦用信號轉換器。一、礦用數(shù)字信號轉換器的組成及工作原理一、礦用數(shù)字信號轉換器的組成及工作

10、原理1模擬信號輸入電路具有放大、光電隔離等功能?？奢斎腚妷盒汀㈦娏餍?、頻率型模擬信號。2開關信號輸入電路具有整形、光電隔離等功能。3模擬信號輸出電路具有驅動、光電隔離等功能。通常輸出頻率型信號，也可以輸出電流型和電壓型信號。4開關信號輸出電路具有驅動、光電隔離等功能。5數(shù)字信號輸入/輸出電路具有放大、光電隔離、驅動等功能。該電路通常有RS-485、CAN、PROFIBUS、LANWORS、以太網(wǎng)等多種接口。6信號轉換電路通常由單片機和外圍電路組成。對于復雜的數(shù)字信號轉換，可以采用專用芯片等完成各種信號之間的轉換。顯示電路完成工作狀態(tài)、通信、輸入、輸出、電源等指示。二、礦用信號轉換器主要功能二、

11、礦用信號轉換器主要功能1.轉換功能2.自診斷功能3.信號輸入/輸出功能三、礦用信號轉換器主要技術要求三、礦用信號轉換器主要技術要求1.模擬量模擬量數(shù)字信號應符合煤礦用信息傳輸裝置（MT/T899-2000）等有關規(guī)定。頻率型信號應符合下列要求：頻率范圍為;在整個頻率范圍內(nèi)其正脈沖和負脈沖均不得小于0.3ms；有源輸出高電平應小于+0.3V（輸出電流為2mA時）；有源輸出低電平應大于+0.5V（輸出電流為2mA時）；無源輸出截至狀態(tài)的漏電阻應不小于100k;無源輸出導通狀態(tài)的電壓降不大于0.5V。電流型信號范圍：1-5mA或4-20mA。2.開關量開關量數(shù)字信號應符合煤礦礦用信息傳輸裝置（MT/

12、T899-2000）等有關規(guī)定。采用雙電平和無源輸出的開關量信號應符合下列要求：有源輸出高電平應小于+3V（輸出電流為2mA時）；有源輸出低電平應大于+0.5V（輸出電流為2mA時）；無源輸出截至狀態(tài)的漏電阻應不小于100k;無源輸出導通狀態(tài)的電壓降不大于0.5V（電流為2mA）。3.模擬量輸入與輸出處理誤差模擬量輸入與輸出處理誤差應不大于0.5%。4.轉換時間信號轉換時間不大于2s。5.最大容量信號轉換器接入傳感器和執(zhí)行器的數(shù)量宜在1、2、4、8、16、32、64、128中選取。第四節(jié)礦用電源第四節(jié)礦用電源一、礦用電源二、礦用直流電源的組成及其工作原理三、礦用備用電源一、礦用電源一、礦用電源

13、1.礦用電源及分類煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的電源一般為隔爆兼本質安全型或者為澆封兼本質安全型。礦用電源的輸入與輸出之間必須進行電氣隔離，一般采用降壓變壓器進行電氣隔離。本質安全型電源的限流或恒流，限壓或恒壓等保護環(huán)節(jié)必須設置雙重化或三重化保護功能。礦用電源具有適應電網(wǎng)電壓波動范圍大的能力，在75%-110%的輸入交流電變化范圍內(nèi)能正常工作。礦用電源要有短路保護、過流保護等功能，同時防潮、防水、防塵、防霉、防腐。若發(fā)生短路或斷路等故障，在故障排除后，電源應能自動恢復供電。2.礦用電源的功能電源指示功能。即具有輸入、輸出電源指示功能。保護功能。即具有雙重化的限流、限壓和短路保護功能，故障撤銷后能自動恢

14、復。其他功能。即具有備用蓄電池的直流電源應具備電源指示功能；采用浮充充電方式，并具有防過充、過放保護；在相關標準中規(guī)定轉換時間、工作時間和充電時間。3.礦用電源的主要技術要求交流額定輸入電壓宜同時滿足127V和220V輸入，也可在127V、220V、380V、660V、1140V中選取。最小輸出電壓，應滿足受電設備正常工作的需要，并在相關規(guī)定中明確規(guī)定。額定工作電流應滿足受電設備正常工作的需要，并在相關規(guī)定中明確規(guī)定。周期與隨機偏移，線性電源不小于50mV，開關電源不小于250mV。二、礦用直流電源的組成及其工作原理二、礦用直流電源的組成及其工作原理1.礦用直流線性電源礦用直流線性電源具有穩(wěn)定

15、度高、負載穩(wěn)定度高、輸出紋波電壓小、瞬態(tài)響應速度快、線路結構簡單、便于維護、沒有開關干擾等優(yōu)點。一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、雙/多重化限流限壓電路等組成。電源變壓器將交流輸入的電網(wǎng)電壓降為電源所需要的交流低電壓，并具有輸入、輸出電氣隔離的功能。電源變壓器一般為干式變壓器，包括鐵芯、線圈、引線和外殼等。整流電路一般為橋式整流電路。其作用是將交流電壓變換為直流電壓。該電路所用的電子元件為二極管，所用整流電路為單相整流電路，有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路三種結構形式。濾波電路一般采用電容濾波，濾除交流分量。濾波電路一般由電阻、電容、電感等組成。雙/多重化限流限壓電路其作用是保證

16、正常工作條件及規(guī)定的故障狀態(tài)下，電源輸出的最高電壓和最高電流不超過允許限制值。對ia等級的本安電源應具有三重化限流和限壓功能電路；對ib等級的本安電源應具有雙重化限流和限壓功能電路2.礦用開關電源礦用開關電源一般由輸入電路、功率變換電路、輸出電路和控制電路等組成。開關電源的驅動方式分為自激式和他激式2種。功率變換電路分為非隔離型、隔離型和諧振型等。高頻變壓器鐵芯通常采用鐵氧磁芯或非晶態(tài)磁芯。功率開關管通常采用開關速度高、導通和關斷時間短的元件，開關元件的導通控制方式由脈寬調制、脈頻調制、脈寬和脈頻混合調制等多種方式。輸出電路的主要作用是將高頻變壓器二次繞組輸出的方波電壓整流成單向脈動直流，并將

17、其平滑濾波成底紋波的直流電壓，作為直流電源?？刂齐娐返闹饕饔檬窍蝌寗与娐诽峁┚匦蚊}沖，以控制脈沖的寬度，從而達到調制輸出電壓的目的。由于礦用開關電源輸出端一般都有用于濾波的大電感和大電容，難于滿足本質安全電氣防爆，故目前很少使用。3.礦用直流線性電源的主要技術要求額定輸入電壓是指礦用電源標稱輸入電壓，如36V、127V、220V、380V等。允許輸入電壓范圍是指礦用電源允許輸入電壓范圍，通常用額定輸入電壓的百分比表示，如（75%-110%）；也可用允許輸入電壓的上限和下限表示，如95-140V。當輸入電壓超出輸入電壓范圍，電源將損壞，或不正常，或失去防爆。額定輸出電壓是指礦用電源標稱輸出電壓

18、，如5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。輸出電壓范圍是指礦用電源在規(guī)定的輸入電壓范圍內(nèi)和輸出電流不大于額定輸出電流的情況下，輸出電壓的變化范圍。輸出電壓范圍可用上下限表示，如4.75-5.25V；也可用額定輸出電壓的相對值表示，如。最大輸出電壓是指礦用電源在開路等情況下所輸出的最大電壓。額定輸出電流是指礦用電源標稱輸出電流。當輸出電流不超過額定輸出電流，輸入電壓在允許輸入電壓范圍內(nèi)時，電源的輸出電壓范圍和防爆性能都能得到保護。當電源的輸出電流大于額定輸出電流時，電源的輸出范圍等技術要求將難于保證，但防爆性能必須得到保證。最大輸出電流是指礦用電源在短路等情況下所輸出的最大電流。若

19、礦用電源的輸出電流大于最大輸出電流，則無法保證防爆。穩(wěn)壓系數(shù)是指輸入交流電壓變化（用表示）所引起的輸出直流電壓變化量（用表示）。穩(wěn)壓系數(shù)越小，電壓輸出越穩(wěn)定。穩(wěn)壓系數(shù)又分絕對穩(wěn)壓系數(shù)和相對穩(wěn)壓系數(shù)。電壓調整率是指負載為額定負載時，輸入交流電壓在額定值上下變化時，穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變化值。電流調整率是指額定交流輸入條件下，負載電流從零變化到額定輸出電流值時，輸出電壓的變化量與額定電壓的比值。電流調整率反映了電源對負載電流變化的適應能力。11輸出電阻（電源內(nèi)阻）是指額定輸入電壓不變的情況下，負載電流變化量與所引起輸出電壓變化量的絕對比值。該值越小越好。12最大紋波電壓是指在額定輸入電壓、額定輸

20、出電壓、額定輸出電流不變的情況下，輸出額定直流電壓疊加的交流電壓分量的最大比值。13紋波系數(shù)是指在額定輸入電壓、額定輸出電壓、額定輸出電流不變的情況下，輸出紋波電壓的有效值與輸出直流電壓的比值。紋波系數(shù)越小，說明電源的輸出電壓越平衡，電壓品質越好。三、礦用備用電源三、礦用備用電源（一）礦用備用電源的特點1.采用蓄電池作為備用電源礦用安全監(jiān)控裝置備用電源由于要求維持正常工作時間不小于2h，輸出功率大、交流電源與備用電源轉換頻率較高，并要求不間斷供電的特點，在備用電源的種類中，只有蓄電池能滿足這些要求，所以礦用安全監(jiān)控裝置備用電源宜采用蓄電池。為滿足煤礦井下本質安全防爆性能的要求，目前，蓄電池普遍

21、采用無記憶效應、容量適當、充電方便的鉛酸蓄電池?？紤]到置于隔爆外殼內(nèi)的蓄電池維護、保養(yǎng)得困難性，一般采用安全密封、免維護的鉛酸蓄電池。2.蓄電池應采用連續(xù)浮充制蓄電池的充電方式有循環(huán)充放電制、定期浮充制和連續(xù)浮充制3種。循環(huán)充放電制一般用于便攜式、移動式蓄電池。定期浮充制是指由電網(wǎng)整流設備供電和蓄電池分時向負載供電。連續(xù)浮充制是將蓄電池并接在負載回路上，負載所需的能量主要由整流電路提供，整流設備同時向蓄電池小電流充電。當電網(wǎng)或整流電路電壓低于蓄電池電壓時，蓄電池向負載供電。3.備用電源要與主電路共用輸出限壓（穩(wěn)壓）和限流（穩(wěn)流）電路為保證備用電源的本質安全防爆性能，鉛酸蓄電池不能直接向負載供電，必須經(jīng)過雙重或多重的限壓和限流保護電路。為避免電路的重復設計，減少體積和質量、降低成本，備用電源與主供電電源的輸出