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煤礦安全監(jiān)控實習(xí)講課

		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月04日
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華北科技學(xué)院  電子信息工程系

煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控實驗教學(xué)系統(tǒng)
       我院在本科生中開設(shè)了《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)》課程、開展“煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)”社會培訓(xùn),投資建設(shè)了“煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控實驗教學(xué)系統(tǒng)”。該實驗教學(xué)系統(tǒng)完全由KJ-83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系列設(shè)備組成，KJ-83系統(tǒng)具備國內(nèi)煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的最新技術(shù)水準(zhǔn)。為了使實際系統(tǒng)能夠應(yīng)用于教學(xué)中來，對KJ-83系統(tǒng)進(jìn)行了改造，建成了引入該系統(tǒng)的特色專業(yè)實驗室，是將現(xiàn)場產(chǎn)品引入教學(xué)的一次大膽嘗試和創(chuàng)新。 
內(nèi) 容 提 要
1、實驗教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新原則
煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控實驗教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)該做到與真實系統(tǒng)一樣安全運行，又能滿足教學(xué)需要，模擬生產(chǎn)中各種工作現(xiàn)象和監(jiān)控過程。
應(yīng)用各種物理方法產(chǎn)生模擬的一次信號，模擬井下環(huán)境參數(shù)與工況參數(shù)的改變。
研發(fā)了煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控信號教學(xué)模擬軟件，完成對煤礦井下生產(chǎn)安全監(jiān)控數(shù)據(jù)的計算機模擬。  
從而使教學(xué)系統(tǒng)能夠在實驗室動態(tài)模擬井下監(jiān)控過程。 
2 系統(tǒng)硬件組成及其功能
地面中心站
KJT-2傳輸接口裝置
KJF39井下智能分站
各類礦用傳感器組成
地面中心站由教學(xué)監(jiān)控總臺來模擬；
主機通過傳輸接口與各監(jiān)控分站通訊；
智能分站采集各類礦用傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)； 
圖1  煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控實驗教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 
       KJT-2傳輸接口裝置是用于監(jiān)控分站和地面監(jiān)控主機之間進(jìn)行通訊的智能型接口裝置。該裝置以FSK移頻鍵控通訊方式通過二芯無極性電纜與分站通訊，接口裝置內(nèi)置光電隔離、保護(hù)安全柵，抗干擾性能好。

主要技術(shù)指標(biāo)
供電電壓：AC220V；
整機功耗：≤ 10W；
與分站間傳輸速率：1200bps；
最大傳輸距離：不小于15km；
信號線最大短路電流：≤50mA；
接口與主計算機傳輸：RS232C、距離不大于15m；
防爆型式：一般兼本質(zhì)安全型；
傳輸接口工作方式：主從、半雙工、單層連接。
           KJF39監(jiān)控分站
      內(nèi)含本質(zhì)安全電源，除具備采集、顯示井下各種安全參數(shù)數(shù)值、設(shè)備運行狀態(tài)以及接受主機命令傳送數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息以外，還具有如下功能：
具備甲烷斷電儀和甲烷風(fēng)電閉鎖裝置的全部功能。傳輸線斷線或中心站軟件故障時，分站仍可獨立工作，確保井下安全生產(chǎn)；
主要技術(shù)指標(biāo)：
容量：模擬量輸入 4個；開關(guān)量輸入
4個；控制量輸出4個。
輸入信號制式：模擬量 200～1000Hz、
0～200Hz、0～400Hz、200～600～1000Hz；
開關(guān)量：0～5mA。
控制輸出：斷電繼電器接點容量 AC220V 5A；DC12V。
    KGY-002A智能遙控甲烷傳感器用于檢測煤礦井下空氣中的甲烷含量。它是一種智能型檢測儀表，具有自動穩(wěn)零、低功耗、軟啟動、環(huán)保電源、精度高、穩(wěn)定可靠等特點。各種操作可通過遙控器來實現(xiàn)，免開蓋調(diào)試。能與國內(nèi)各種監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)電瓦斯閉鎖、斷電儀配套使用。
  測量范圍0-4% 
   CH4測量誤差
  0.00-1.00 % CH4，?≤±0.10 % CH4
  1.00-2.00 % CH4，?≤±0.20 % CH4
  2.00-4.00 % CH4，?≤±0.30 % CH4 
  響應(yīng)時間小于30S
  報警點0.5-2.5% CH4可調(diào)
  報警方式紅色LED燈閃爍、蜂鳴器鳴叫
  輸出信號200-1000Hz或4-20mA
  工作電壓本安DC8V-22V 電 流50mA
GTH100/500煤礦用一氧化碳傳感器
     GTH100/500煤礦用一氧化碳傳感器是用于連續(xù)檢測煤礦井下一氧化碳?xì)怏w濃度的高精度儀表。傳感器使用進(jìn)口檢測元件，使傳感器的性能、測量精度、使用壽命都大大提高。具有紅外遙控
調(diào)校零點、靈敏度、報警點等功能。
傳感器除了和本公司KJ83煤礦安全
監(jiān)控系統(tǒng)配套使用外還可和國內(nèi)
其它監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。
測量范圍0-100PPm或0-500PPm
測量誤差  ≤±2％
響應(yīng)時間小于40S
報警點24PPm
報警方式紅色LED燈閃爍、蜂鳴器鳴叫
輸出信號200-1000Hz或4-20mA
工作電壓本安DC8V-21V
工作電流≤50mA；報警電流≤70mA
GPD1/5煤礦用負(fù)壓傳感器
         GPD 1/5煤礦用負(fù)壓傳感器是采用擴散硅壓力傳感器芯片開發(fā)的固定式儀表。主要用于連續(xù)監(jiān)測礦井通風(fēng)總負(fù)壓、礦井風(fēng)機差壓、井下風(fēng)門兩側(cè)及礦井密閉墻內(nèi)外壓力差，是礦井通風(fēng)安全參數(shù)測量的重要儀表。具有紅外遙控調(diào)校、調(diào)校簡單等特性。傳感器除了和本公司KJ83煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)配套使用外還可和國內(nèi)其它監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。
  測量范圍 0-1KPa或0-5KPa
  測量誤差 ≤±2％ 
  響應(yīng)時間 小于30S
  輸出信號 200-1000Hz或4-20mA
  工作電壓 DC12V-21V 
  工作電流 ≤50mA
GFC-15煤礦用風(fēng)速傳感器
      GFC-15煤礦用風(fēng)速感器是采用超聲波測量原理。主要用于連續(xù)監(jiān)測礦井通風(fēng)總回風(fēng)巷、井下主要測風(fēng)站、扇風(fēng)機等處的風(fēng)速，是礦井通風(fēng)安全參數(shù)測量的重要儀表。具有紅外遙控調(diào)校、調(diào)校簡單等特性。傳感器除了和本公司KJ83煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)配套使用外還可和國內(nèi)其它監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。
  測量范圍 0.3-15 m/s
  測量誤差 小于 ±0.3 m/s
  響應(yīng)時間 小于40S
  顯示三位LED就地顯示
  輸出信號  200-1000Hz或4-20mA
  工作電壓  DC8V-21V 
  工作電流 ≤70mA
       GKT-L煤礦用設(shè)備開停狀態(tài)傳感器      主要用于監(jiān)測礦井機電設(shè)備運行狀態(tài)，將機電設(shè)備開停狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為電流信號，傳送到監(jiān)控分站。 
   GFK-L煤礦用
風(fēng)門開閉狀態(tài)傳感器

主要用于監(jiān)測礦井
主要風(fēng)門的開關(guān)狀態(tài)。
ZQJD-1礦用斷電饋電轉(zhuǎn)換器
       礦用斷電饋電轉(zhuǎn)換器是礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的配套設(shè)備，與監(jiān)控分站配套使用實現(xiàn)遠(yuǎn)程斷電，同時作為風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置的組成部分之一。傳感器監(jiān)測被控電氣設(shè)備的斷電、饋電狀態(tài)，通過監(jiān)控分站將狀態(tài)信息傳送到地面中心站。
   工作電源用作斷器：
   電本安DC9V-21V、整機電流≤10mA
   饋電狀態(tài)轉(zhuǎn)換器：輸入端電壓：AC36V
   動作距離 不大于10m
   至分站距離: 不大于 3km；
   外形尺寸及重量190×190×84；
   重量：1.8kg 
KHJ-03F風(fēng)電甲烷閉鎖裝置
     該鎖裝置是以AT89S8252微處理器為核心的煤礦安全監(jiān)控裝置。該裝置用于監(jiān)測煤礦甲烷和局部通風(fēng)機狀態(tài)，并實現(xiàn)當(dāng)通風(fēng)機未開或風(fēng)力不足，以及甲烷超限報警時，能自動切斷并閉鎖被控區(qū)域動力電源的控制功能。因此，使用該裝置可有效地防止煤礦瓦斯爆炸事故。閉鎖裝置適用于高瓦斯礦井，特別適用于采用局部通風(fēng)的掘進(jìn)工作面對甲烷的有效監(jiān)控。
   風(fēng)電瓦斯閉鎖基本配置
  主機                    1臺
  ZQJD-1斷電饋電轉(zhuǎn)換器    2臺
  KGY-002A甲烷傳感器      3臺
  GKT-L開停狀態(tài)傳感器     2臺

KGY-002K雙路甲烷超限斷電儀
   雙路甲烷超限斷電儀，自身帶有本安電源并具有雙路甲烷超限斷電功能。
  主要特點：
 兩個模擬量傳感器和兩個開關(guān)量傳感器； 
 兩路模擬量信號輪流顯示，開關(guān)量狀態(tài)顯示；
 兩種斷電輸出方式，簡化斷電系統(tǒng)設(shè)備，降低應(yīng)用成本。
JCB-C2000型智能甲烷檢測報警儀
     此報警儀，是采用微電腦數(shù)字技術(shù)
   的超小型便攜式智能儀表，主要用于
   檢測煤礦井下空氣中的甲烷氣體濃度，
   具有自動調(diào)零、報警、連續(xù)自動記錄
   120組數(shù)據(jù)等功能。體積小、密封好、
   精度高、穩(wěn)定可靠，可供井下所有工
   作人員攜帶使用。
    瓦斯是煤礦井下以甲烷（CH4）為主的混合性氣體的總稱，有時簡稱為甲烷。甲烷是一種無色、無臭、無味、無毒氣體，對空氣比重為0.558。 甲烷是一種可燃性氣體，當(dāng)甲烷在空氣中含量為5％－16％時，具有爆炸危險性；含量為9.5％時、爆炸力最強；當(dāng)含量高于16％時，沒有爆炸性，但可以燃燒，為淡藍(lán)色火焰。甲烷本身雖然無毒，但空氣中甲烷濃度過高時，相對降低了空氣的含氧量，對人有窒息作用。因此，《煤礦安全規(guī)程》中對井下工作面或巷道中甲烷含量有明確規(guī)定，利用甲烷傳感器檢測礦井瓦斯（甲烷）濃度，防止瓦斯爆炸，對保證煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。 
系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控功能 
1）、系統(tǒng)具有甲烷超限報警功能：甲烷傳感器用于檢測煤礦井下空氣中的甲烷含量，當(dāng)被監(jiān)視區(qū)域風(fēng)流中甲烷濃度達(dá)到預(yù)置的報警點時，由系統(tǒng)發(fā)出聲、光報警信號。當(dāng)甲烷濃度恢復(fù)到預(yù)置的報警值以下時，能自動解除報警。

2）、甲烷超限斷電及閉鎖功能：當(dāng)被監(jiān)視區(qū)域風(fēng)流中甲烷濃度達(dá)到預(yù)置的斷電點濃度時，輸出切斷被控區(qū)域動力電源并閉鎖；當(dāng)被監(jiān)視區(qū)域風(fēng)流中甲烷濃度降到預(yù)置的復(fù)電點濃度時，能自動解鎖，恢復(fù)供電。斷電點參數(shù)設(shè)置連續(xù)可調(diào)。
系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控功能 
3）當(dāng)局部通風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)或風(fēng)筒中風(fēng)速低于規(guī)定數(shù)值時，裝置輸出切斷被控區(qū)域動力電源信號并閉鎖；當(dāng)局部通風(fēng)機恢復(fù)正常工作時，裝置能自動解鎖。

4）、此外系統(tǒng)還可實現(xiàn)一氧化碳、溫度、風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)門等環(huán)境參數(shù)與工況參數(shù)超限聲光報警等功能。
系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控功能 
?1）KJ83監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要功能
⑴系統(tǒng)具有通訊傳輸測試、傳輸故障記錄、顯示、傳輸錯誤統(tǒng)計功能；
⑵系統(tǒng)具有自檢功能，包括分站、傳感器故障診斷，報警提示；
⑶ 在線生成分站定義、傳感器定義、監(jiān)測點定義，修改監(jiān)測點的報警、斷電等監(jiān)測參數(shù)功能；
⑷以各種表格、曲線形式顯示各測點實時數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測參數(shù)、測點位置、數(shù)值、狀態(tài)、報警值、斷電值等；
3 實驗教學(xué)系統(tǒng)的軟件功能
1）KJ83監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要功能
⑸實時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的查詢、報表統(tǒng)計功能。可查詢實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、各種曲線、報警、斷電以及操作記錄，便于管理人員分析處理；
⑹相同類型傳感器和不同類型傳感器的實時數(shù)據(jù)同屏曲線動態(tài)對比功能； 
⑺動態(tài)圖形顯示功能，方便的繪制監(jiān)控設(shè)備布置圖等圖形，使用戶了解井下實時數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀態(tài)更形象、生動；
⑻多種動態(tài)圖的循環(huán)顯示功能，數(shù)據(jù)庫動態(tài)生成的方式，如果硬盤容量足夠大，監(jiān)測數(shù)據(jù)可無限期保存；
⑼多種報警方式。以圖標(biāo)變化、數(shù)值顏色變化、聲音等多種方式報警；

1）KJ83監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要功能
⑽中心站軟件具有二次數(shù)據(jù)定義的功能。通過二次數(shù)據(jù)定義來實施各種復(fù)雜的邏輯關(guān)系，如不同分站的斷電控制、將提升的箕斗數(shù)計算為產(chǎn)量等；
⑾報警數(shù)據(jù)的無線發(fā)送功能。系統(tǒng)能將報警數(shù)據(jù)發(fā)送到主管領(lǐng)導(dǎo)的手機中，以便及時處理各種危險事故；
⑿系統(tǒng)具有多種用戶權(quán)限管理功能。不同的用戶具有不同的操作權(quán)限；
⒀?組網(wǎng)功能。系統(tǒng)向外提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，便于聯(lián)網(wǎng)和其它數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；

圖2 監(jiān)控軟件檢測數(shù)據(jù)部分表格
2）教學(xué)模擬軟件
軟件可以對礦井環(huán)境參數(shù)如甲烷濃度,一氧化碳濃度,風(fēng)壓,風(fēng)速等環(huán)境模擬量參數(shù)隨機動態(tài)模擬；可分別設(shè)置設(shè)備開停狀態(tài)傳感器,風(fēng)門開閉狀態(tài)傳感器,斷電饋電轉(zhuǎn)換器等礦井?dāng)?shù)字量工況參數(shù)；對風(fēng)電甲烷閉鎖功能進(jìn)行模擬。
可分別設(shè)置設(shè)備開停狀態(tài)傳感器,風(fēng)門開閉狀態(tài)傳感器,斷電饋電轉(zhuǎn)換器等礦井?dāng)?shù)字量工況參數(shù)；對風(fēng)電甲烷閉鎖功能進(jìn)行模擬。
模擬輸出煤礦井下監(jiān)控數(shù)據(jù),通過KJ83監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采集應(yīng)用,從而達(dá)到教學(xué)模擬的目的。 
3）組態(tài)軟件動態(tài)圖
直觀表示系統(tǒng)中大量設(shè)備及其連接關(guān)系；對監(jiān)控系統(tǒng)有一個全面了解；
利用組態(tài)軟件形成分站、各傳感器的分布點、傳感器信息以及控制點的運行狀態(tài)等動態(tài)圖；
圖中實時地反映出各種傳感器位置、工作狀態(tài)，以及各種被控設(shè)備（如電機、饋電開關(guān)）位置、工作狀態(tài)。 
圖3   部分系統(tǒng)動態(tài)圖

4 實驗教學(xué)目的
通過硬件教學(xué)使學(xué)生更深入地了解系統(tǒng)構(gòu)造、通信控制及傳感器的工作原理。
 軟件學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計思路及應(yīng)用方法。
為更好的服務(wù)煤礦安全生產(chǎn)打下堅實的實踐基礎(chǔ)。

1）煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控教學(xué)系統(tǒng)采用平面展板式仿真礦井各種環(huán)境與工況傳感器的布置，直觀明了，適于教學(xué)需要。配以大屏幕投影、動畫等手段，使礦井安全監(jiān)控過程在實驗室得以復(fù)現(xiàn)，教學(xué)演示生動清晰。該系統(tǒng)的改進(jìn)和教學(xué)應(yīng)用在國內(nèi)尚屬首例，因此吸引許多學(xué)校和教學(xué)儀器生產(chǎn)廠家前來參觀學(xué)習(xí)。 
5結(jié) 語
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2）安全監(jiān)控軟件與安全監(jiān)控信號教學(xué)模擬軟件共存于一個硬件系統(tǒng)，即KJ83煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控實驗教學(xué)系統(tǒng)。一方面可以對分站及其他設(shè)備進(jìn)行礦井仿真研究。另一方面,如分站及下游設(shè)備信號無法直接采集，可使用模擬教學(xué)軟件模擬各種參數(shù)變化,以達(dá)到教學(xué)演示目的。
  3）本系統(tǒng)動態(tài)模擬煤礦井下各種復(fù)雜的環(huán)境參數(shù)變化，使學(xué)生和科技人員在模擬環(huán)境下了解實際生產(chǎn)的各種情況，對整個煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)有一個完整、形象的認(rèn)識。因此該教學(xué)系統(tǒng)在提高受訓(xùn)人員了解和掌握煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控過程，為以后從事煤礦安全生產(chǎn)和科研工作提供了一個非常適用的教學(xué)與實踐環(huán)境。    
5結(jié) 語
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