煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)方案

1、四女科技大學(xué)文檔編號產(chǎn)品版本密級MKJCXT-2005-10-17V.1.0內(nèi)部產(chǎn)品名稱：煤礦平安監(jiān)測系統(tǒng)共頁煤礦平安監(jiān)測系統(tǒng)可行性方案分析報告僅供開發(fā)使用文檔健日期：/西安科技大學(xué)通信學(xué)院版權(quán)所有不得復(fù)制目錄1系統(tǒng)概述31.1 工程背景31.2 工程目標(biāo)32系統(tǒng)總體方案設(shè)計42.1 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)42.2 系統(tǒng)功能設(shè)計42.4 系統(tǒng)主要配置63系統(tǒng)方案詳細(xì)設(shè)計63.1 系統(tǒng)模塊劃分63.2 中央站監(jiān)控治理軟件設(shè)計63.2.1 監(jiān)控軟件設(shè)計要求63.2.2 監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計73.2.3 監(jiān)控軟件詳細(xì)限制功能說明73.3 上位機監(jiān)控節(jié)點設(shè)計83.3.1 上位機監(jiān)控節(jié)點設(shè)計要求83.3.2 上位機監(jiān)

2、控節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計83.3.3 上位機監(jiān)控節(jié)點軟件設(shè)計83.4 系統(tǒng)分站監(jiān)控節(jié)點設(shè)計83.4.1 分站設(shè)計要求93.4.2 分站硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計103.4.3 分站軟件設(shè)計104系統(tǒng)設(shè)計可行性分析結(jié)論121系統(tǒng)概述煤炭行業(yè)是一個特殊的行業(yè).瓦斯、礦塵、火災(zāi)、水災(zāi)、頂壓等各種平安隱患嚴(yán)重威脅著礦井作業(yè)工人的人身平安.建立煤礦平安信息監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)自動化已成為我國煤炭企業(yè)迫在眉睫的首要任務(wù).針對煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的具體特點,結(jié)合礦井的"一通三防"的根本方針,我們設(shè)計了煤礦平安生產(chǎn)信息實時監(jiān)測系統(tǒng).該系統(tǒng)采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)、自動限制技術(shù)、自動檢測技術(shù)等構(gòu)成的

3、綜合監(jiān)控系統(tǒng).系統(tǒng)能夠?qū)Ω髅旱V生產(chǎn)環(huán)境中的瓦斯、風(fēng)速、溫度、一氧化碳、煙霧、運行設(shè)備等環(huán)境數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)通過礦井現(xiàn)場傳感單元進行遠(yuǎn)程監(jiān)控及報警.1.1 工程背景能源工業(yè)是我們國家經(jīng)濟開展的命脈所在,近年來,隨著石油資源的緊張、石油價格的%升,煤炭行業(yè)的重要性和不可替代性也日益凸現(xiàn).但中國煤炭行業(yè)的平安生產(chǎn)形勢卻不容樂觀,尤其是重、特大傷亡事故屢見報端,據(jù)不完全統(tǒng)計,2005年中國煤炭產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的35%,可事故傷亡人數(shù)卻占80%.在這些事故中,瓦斯爆炸又占絕大多數(shù).這其中固然有很多因素,但各煤礦生產(chǎn)企業(yè)平安監(jiān)測不完備、治理手段落后也是造成事故頻發(fā)的重要原因之一.隨著國家對煤礦平安生產(chǎn)工作的日

4、益重視,以及礦務(wù)局自身現(xiàn)代化治理的需求,煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)越來越表達(dá)出其重要性.從技術(shù)和治理的角度出發(fā),煤礦系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)平安監(jiān)測已是必然趨勢.1.2 工程目標(biāo)煤炭平安治理部門可根據(jù)實時上傳的告警信息和實時運行信息,確定各煤礦的施工情況或各種指標(biāo)超標(biāo)的地方,為治理人員準(zhǔn)確、快速的制定平安防范舉措,提供極大的幫助.這樣,既能克服礦井?dāng)?shù)量多、地域分散、技術(shù)薄弱等問題、減少資金投入,又能充分發(fā)揮瓦斯監(jiān)控設(shè)備的作用,便于在煤礦推廣應(yīng)用.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計我們設(shè)計的平安生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)是在生產(chǎn)、平安及治理方面的一個實時監(jiān)控系統(tǒng),對于煤礦的生產(chǎn)運行狀況、平安水平、災(zāi)害預(yù)測預(yù)報具有重要的作用.煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)是個實

5、時調(diào)度、指揮系統(tǒng),通過本系統(tǒng)可以使治理層快速、及時、準(zhǔn)確地獲取生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù),提升決策科學(xué)性,從而防止或減少因決策失誤而造成的平安生產(chǎn)事故和經(jīng)濟損失.2.1 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)實施共分為兩塊：監(jiān)控中央,礦井現(xiàn)場CAN監(jiān)控網(wǎng)絡(luò).系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示：瓦斯傳感器負(fù)壓傳感器水位傳感器礦井現(xiàn)場圖1煤礦平安監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計1數(shù)據(jù)平安采集：通過數(shù)據(jù)采集接口平安地從各分站統(tǒng)讀取數(shù)據(jù),并且保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蜗蛐裕?檢測功能：中央站主機通過巡檢掃描分站來采集數(shù)據(jù),并將處理后的數(shù)據(jù)進行分類存儲,同時通過中央站監(jiān)控治理軟件實時顯示監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)和圖形；在中央站,采集數(shù)據(jù)的顯示具有多種方式：可按

6、圖標(biāo)顯示分站的綜合狀態(tài),也可按分站顯示內(nèi)部各通道數(shù)據(jù)和狀態(tài),還可以根據(jù)自定義頁面動態(tài)顯示的頁面組織和顯示測點；既可以在超限測點窗口查看所有超限測點的情況,也可以在提示信息窗口看到測點狀態(tài)變化的情況,另外,還可在實時曲線顯示窗口查看最多為6個測點數(shù)據(jù)的實時變化曲線；提供實時報警故障記錄、逐級報警功能,以保證治理人員實時掌握故障、報警信息；3限制功能：在中央站可以定義由中央站實施限制或由分站實施限制；程序限制與手動限制；超上限限制與超下限限制；當(dāng)出現(xiàn)斷線、負(fù)漂和溢出等特殊情況時,用戶也可設(shè)置是否進行限制；既可由模擬量數(shù)據(jù)限制,又可由數(shù)字量狀態(tài)限制.4數(shù)據(jù)處理功能：本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采用變值變態(tài)記錄方式,

7、即當(dāng)測點數(shù)值或狀態(tài)改變時進行記錄.優(yōu)點在于：一方面,當(dāng)測點數(shù)值保持不變或變化范圍較小時,不需要重復(fù)記錄這些相同或根本相同的數(shù)值,變值變態(tài)記錄就使這些重復(fù)的記錄減少到最低程度；另一方面,當(dāng)測點數(shù)值變化較大、較快時,又可詳細(xì)記錄每一變化的細(xì)節(jié).采集的數(shù)據(jù)可進行二次處理,包括計時、計數(shù)、線形計算等.5統(tǒng)計查詢功能：用戶可選擇某一月內(nèi)任意時間段內(nèi)的任意測點進行查看記錄、顯示曲線的操作,可查看長至一個月、短到一分鐘的測點變化趨勢,并將處理形成文本文件、圖形文件或圖像文件保存與硬盤至,以便用戶隨時調(diào)出查看.用戶可同時查看不同時間段、不同測點的曲線,并且可以任意放大和縮小,以便進行比擬和分析.在報表方面,用

8、戶可生成形式與內(nèi)容均可自定義的各類報表.6分站集中治理：通過中央站監(jiān)控軟件的設(shè)定各個分站的運行參數(shù)具體要求見分站設(shè)計c并遠(yuǎn)程限制分站執(zhí)行斷電動作邏輯.7提供關(guān)系數(shù)據(jù)庫接口：通過監(jiān)控軟件的的關(guān)系數(shù)據(jù)庫接模塊可以將數(shù)據(jù)寫入到關(guān)系數(shù)據(jù)庫表中,為治理系統(tǒng)使用相關(guān)數(shù)據(jù)提供方便；8分站具有自動具有瓦電閉鎖和風(fēng)電閉鎖功能.當(dāng)監(jiān)測到模擬量超限到某個值時要切斷工作面電源即實現(xiàn)斷電限制,或監(jiān)測到開關(guān)量風(fēng)機?；蝻L(fēng)門開時實現(xiàn)斷電限制.2.3系統(tǒng)特點1開放性好：；2良好平安性：3響應(yīng)速度快；4運行穩(wěn)定；5擴展性強；2.4系統(tǒng)主要配置1研祥工控計算機：祥銳II-P24D22P4級別,祥捷II-P10S12P3級別2分站數(shù)

9、據(jù)采集限制模塊和板卡型號待定,CAN中繼器,CAN主節(jié)點型號待定3數(shù)據(jù)庫效勞器4打印等其他設(shè)備3系統(tǒng)方案詳細(xì)設(shè)計3.1 系統(tǒng)模塊劃分本系統(tǒng)主要分3個模塊,1中央站監(jiān)控治理軟件,2上位機監(jiān)控節(jié)點,3分站監(jiān)控節(jié)點.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)請參看圖1所示.接下來幾個小節(jié)就是對這三個模塊詳細(xì)設(shè)計說明.3.2 中央站監(jiān)控治理軟件設(shè)計3.2.1 監(jiān)控軟件設(shè)計要求1以Windows操作系統(tǒng)為運行平臺.支持MicrosoftWindows98/2000/XP/2003中文版操作系統(tǒng),采用了先進的全面支持多任務(wù)、多線程、多窗體的模塊化軟件設(shè)計思想.系統(tǒng)軟件包括：主程序、井下工作區(qū)圖形化設(shè)計與顯示程序、曲線顯示程序、報表治理程序

10、、運行記錄瀏覽程序,各個模塊可同時運行、互不干擾.2具有豐富的限制功能.不僅可以定義中央站限制,還可以定義分站限制；不僅可以進行程序限制,還可進行手動限制；不僅能進行超上限限制,還能進行超下限限制；不僅在數(shù)據(jù)正常情況下可進行限制,在出現(xiàn)斷線、負(fù)漂和溢出等特殊情況下用戶也可設(shè)置是否限制；控制測點可以是模擬量,也可以是數(shù)字量.3具有強大的曲線和報表功能.用戶可選擇某一月內(nèi)任意時間段內(nèi)的任意測點查看記錄、顯示歷史曲線和實時曲線.可查看長至一個月,短到一分鐘的測點變化趨勢.對于曲線,可將處理結(jié)果形成文本文件保存于硬盤中,用戶可隨時調(diào)出查看.用戶最多可同時查看最多6條不同時間段、不同測點的曲線,曲線可任

11、意放大和縮小,以進行比擬和分析.對于報表,用戶可生成形式與內(nèi)容均可自定義的各類報表.4具備靈活、方便的井下工作區(qū)圖形化設(shè)計與顯示功能.用戶可使用系統(tǒng)提供的根本圖形組件,或自行設(shè)計自定義組件,方便、迅速地完成井下工作區(qū)圖形界面.在圖形界面的運行模式下,系統(tǒng)自動以圖形化的方式顯示各個測點、分站以及其他設(shè)備的動態(tài)工作情況,并可通過鼠標(biāo)點擊目標(biāo)圖形,查看相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息.5具有數(shù)據(jù)監(jiān)視功能.本軟件采用分頁顯示和按分站顯示兩種方法監(jiān)視數(shù)據(jù).6提供Web數(shù)據(jù)發(fā)布功能.辦公局域網(wǎng)內(nèi)或介入互聯(lián)網(wǎng)的授權(quán)用戶,可提供標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器來查看測點數(shù)據(jù).3.2.3 監(jiān)控軟件詳細(xì)監(jiān)控功能說明1巡檢功能：主程序采用巡檢方式與分站進

12、行通信.發(fā)送的命令主要有3種：初始化命令、獲取數(shù)據(jù)命令和限制命令.其中,限制命令的優(yōu)先級最高,其次是初始化命令,最后是獲取數(shù)據(jù)命令.中央站主程序在向某分站發(fā)送命令之前,如發(fā)現(xiàn)該分站是首次參加巡檢隊列的,那么先向期發(fā)送初始化命令,將該分站模擬量傳感器的量程、報警上下限、由分站實施的限制定義以及數(shù)字量二態(tài)、三態(tài)的標(biāo)志都下發(fā)給它,使其具備獨立工作的水平.無論初始化是否成功,在第二次巡檢分站時都改發(fā)獲取數(shù)據(jù)命令,如在初始化時不成功,分站此時會在回送的數(shù)據(jù)中請求再次初始化.2診斷調(diào)試功能：用戶可選擇連續(xù)巡檢或間隔巡檢兩種方式進行分站調(diào)試,以便查看分站的通訊情況.其中主要顯示：當(dāng)前掃描的分站的通訊狀態(tài)以及

13、回送數(shù)據(jù),統(tǒng)計通訊的次數(shù)、中斷次數(shù)、錯誤次數(shù),并計算出中斷率和錯誤率,可供安裝維護人員在調(diào)試分站、傳感器或診斷通訊故障時使用.3系統(tǒng)限制功能分為手動限制和程序限制兩種限制方式.手動限制：是用于特殊情況下的限制手段.,用戶選擇需要實施限制的限制量測點號,按下“吸合、“斷開紅火“解除按鈕,程序?qū)⒃谙乱淮螔呙璺终臼前l(fā)送限制命令以實現(xiàn)手動限制.注意,手動限制應(yīng)在程序退出前解除.程序限制：是通過隊限制通道的定義,在程序運行中自動判斷、自動實現(xiàn)的一種限制手段.對于不同形式的程序限制其限制邏輯不同.3.3 上位機監(jiān)控節(jié)點設(shè)計上位機監(jiān)控節(jié)點主要負(fù)責(zé)把分站監(jiān)控節(jié)點采集的數(shù)據(jù)CAN數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成Rs232協(xié)議數(shù)據(jù),

14、上傳給中央站監(jiān)控主機,并把監(jiān)控主機下發(fā)的命令打包轉(zhuǎn)換為CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包,轉(zhuǎn)發(fā)給分站監(jiān)控節(jié)點.3.3.1 上位機監(jiān)控節(jié)點設(shè)計要求1能快速把中央站的限制命令轉(zhuǎn)換成CAN數(shù)據(jù)包,下發(fā)到相應(yīng)分站節(jié)點.2能快速把分站節(jié)點上傳的CAN數(shù)據(jù)包車專換為Rs232協(xié)議格式,轉(zhuǎn)發(fā)給中央站工控機.3.3.2 上位機監(jiān)控節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計RXTXGND上位機監(jiān)控節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)比擬簡單,它只完成協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用.結(jié)構(gòu)圖如下:本安電源Max232RS232接口外圍電路51單片機CANHSJA1000CAN接口外圍電路CANL3.3.3 上位機監(jiān)控節(jié)點軟件設(shè)計上位機監(jiān)控節(jié)點軟件主要完成協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用,功能單一,此處不多詳述.3.

15、4 系統(tǒng)分站監(jiān)控節(jié)點設(shè)計平安監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)最終要實現(xiàn)的功能就是監(jiān)測監(jiān)控,即瓦電閉鎖和風(fēng)電閉鎖.當(dāng)監(jiān)測到模擬量超限到某個值時要切斷工作面電源即實現(xiàn)斷電限制,或監(jiān)測到開關(guān)量風(fēng)機?；蝻L(fēng)門開時實現(xiàn)斷電限制.限制邏輯關(guān)系主要分為模擬量限制和開關(guān)量限制.模擬量限制主要分為超上限限制和斷線限制,特殊的如風(fēng)速傳感器需要有超下限限制,開關(guān)量分為狀態(tài)限制,這些邏輯關(guān)系全部由上位機定義,然后開機初始化分站,今后只要上位機不改變不下發(fā)命令,分站始終保持最初的初始化信息.1分站必須能夠獨立完成監(jiān)測監(jiān)控的功能,但當(dāng)與上位機中斷通訊時,分站只能實現(xiàn)本臺分站的限制關(guān)系,而不能實現(xiàn)不同分站之間的限制關(guān)系.不同分站之間的限制即為異

16、地限制.同一臺分站之間的瓦電閉鎖和風(fēng)電閉鎖均屬于本地限制.2傳感器的量程設(shè)定不固定,由用戶在上位機設(shè)定,通過通信線路下發(fā)給分站.3傳感器的報警限設(shè)定不固定,由用戶在上位機設(shè)定,通過通信線路下發(fā)給分站.采樣值到達(dá)報警上限啟動蜂鳴器和對應(yīng)指示燈聲光報警.4分站的斷電限制門限設(shè)定不固定,由用戶在上位機設(shè)定,通過通信線路下發(fā)給分站,采樣值到達(dá)限制門限就啟動對應(yīng)繼電器斷開.5分站開機或復(fù)位后首先顯示分站號,然后依次循環(huán)顯示8路模擬量或開關(guān)量、8路開關(guān)量.68路模擬量顯示要求：首先,第一個數(shù)碼管顯示通道號18,第4個顯示接入的傳感器信號類型,一秒鐘后,全屏顯示傳感器的數(shù)值.顯示“d娘示斷線,即傳感器信號未

17、與分站連接好或傳感器本身不工作顯示“F嗪示負(fù)漂,即傳感器的測量值低于標(biāo)定的量程低值顯示“YC表示溢出,即傳感器的測量值高于標(biāo)定的量程高值7在某個通道上如果接入傳感器,但是在上位機沒有定義該通道是否接入傳感器,那么讓第一個數(shù)碼管的小數(shù)點點亮表示此通道在上位機未定義.88路開關(guān)量顯示要求：假設(shè)通道接入三態(tài)開停傳感器,那么后三個數(shù)碼管顯示同樣的符號表示狀態(tài),0態(tài)為：UUU1態(tài)為：nnn斷線為：-中央線假設(shè)通道接入二態(tài)開關(guān)量傳感器,那么后三位數(shù)碼管顯示同樣的符號表示狀態(tài),0態(tài)為：UUU1態(tài)為：nnn9限制功能要求：假設(shè)某路繼電器動作限制置位那么相應(yīng)繼電器指示燈變亮.10其他狀態(tài)顯示要求：通訊指示燈：假

18、設(shè)處于通信狀態(tài)那么通訊燈閃爍,如其它狀態(tài)長滅.供電狀態(tài)指示燈：假設(shè)分站電源為電池供電,那么分站電源狀態(tài)燈變亮.11鍵盤可以輸入設(shè)定傳感器的信號類型,傳感器通道是否使用,固定查看某通道值,傳感器報警上下限也可以接收上位機下傳的設(shè)定值,分站CAN地址.12分站根據(jù)自身保存的默認(rèn)限制斷電上下限值自動動作,上位機也可以手動斷電,分站接收上位機下傳的斷電命令執(zhí)行相應(yīng)動作.13分站可通過接收上位機下傳的量程上下值、報警上下限、斷電值,分站保存該下傳結(jié)果.14鍵盤可設(shè)定顯示固定某路通道值.15顯示窗大?。?5mmX40mm.鍵盤接口鍵盤3.4.3分站軟件設(shè)計分站軟件的設(shè)計主要根據(jù)設(shè)計要求有以下三個比擬重要的

19、局部：1分站開機啟動流程分站首次開機后,首先初始化緩沖區(qū)和CAN網(wǎng)絡(luò)接口,提示鍵盤設(shè)定該分站CAN網(wǎng)絡(luò)ID號.顯示A00,表示該分站沒有設(shè)定地址.鍵盤設(shè)定了該地址后,將重新初始化CAN網(wǎng)絡(luò)接口,并主動給上位機節(jié)點發(fā)注冊信息,等待中央站軟件下發(fā)設(shè)定參數(shù).當(dāng)中央站軟件下發(fā)設(shè)定參數(shù)后,分站接收參數(shù)并存入Flash,再次初始化.然后進入正常工作狀態(tài).分站在首次開機并接收了上位機下發(fā)的設(shè)定參數(shù)報警限,限制限,斷電限制邏輯后,會永久保存Flash中,如果再次斷電,那么一開機后,從Flash中讀出以前存入的設(shè)定值進行初始化,首先顯示分站ID號,AXX,然后直接進入正常工作狀態(tài),顯示通道號和信號類型,隨后顯示該通道的數(shù)值.可以手動設(shè)定固定顯示某通道值.同時進行報警和斷電限制邏輯判定.2分站斷電限制流程分站在顯示各個通道的采集值的時候,也實時判斷每個采集的數(shù)值和存入Flash的報警限,限制限比擬.如果到達(dá)報警限,那么聲光報警.如果超過報警限,到達(dá)限制限,那么自動根據(jù)限制規(guī)那么啟動遠(yuǎn)動開關(guān)繼電器斷開電源.當(dāng)上位機下發(fā)手動斷電命令,那么立即根據(jù)命名參數(shù)執(zhí)行斷電動作.3分站通信協(xié)議主要命令設(shè)定命令說明0x00返回正確接收應(yīng)答.0x10上傳16個整型值,檢測到的16路實時數(shù)據(jù)；0x20上位機限制下位機的8個繼電器開關(guān)值