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煤礦安全監控實習講課

		點擊數：	更新時間： 2021年09月04日
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華北科技學院  電子信息工程系

煤礦生產安全監控實驗教學系統
       我院在本科生中開設了《煤礦安全監控系統》課程、開展“煤礦安全監控系統”社會培訓,投資建設了“煤礦生產安全監控實驗教學系統”。該實驗教學系統完全由KJ-83煤礦生產安全監控系列設備組成，KJ-83系統具備國內煤礦生產安全監控系統的最新技術水準。為了使實際系統能夠應用于教學中來，對KJ-83系統進行了改造，建成了引入該系統的特色專業實驗室，是將現場產品引入教學的一次大膽嘗試和創新。 
內 容 提 要
1、實驗教學系統設計創新原則
煤礦生產安全監控實驗教學系統應該做到與真實系統一樣安全運行，又能滿足教學需要，模擬生產中各種工作現象和監控過程。
應用各種物理方法產生模擬的一次信號，模擬井下環境參數與工況參數的改變。
研發了煤礦生產安全監控信號教學模擬軟件，完成對煤礦井下生產安全監控數據的計算機模擬。  
從而使教學系統能夠在實驗室動態模擬井下監控過程。 
2 系統硬件組成及其功能
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
地面中心站由教學監控總臺來模擬；
主機通過傳輸接口與各監控分站通訊；
智能分站采集各類礦用傳感器監測數據； 
圖1  煤礦生產安全監控實驗教學系統結構圖 
       KJT-2傳輸接口裝置是用于監控分站和地面監控主機之間進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，接口裝置內置光電隔離、保護安全柵，抗干擾性能好。

主要技術指標
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：一般兼本質安全型；
傳輸接口工作方式：主從、半雙工、單層連接。
           KJF39監控分站
      內含本質安全電源，除具備采集、顯示井下各種安全參數數值、設備運行狀態以及接受主機命令傳送數據和狀態信息以外，還具有如下功能：
具備甲烷斷電儀和甲烷風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；
主要技術指標：
容量：模擬量輸入 4個；開關量輸入
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，具有自動穩零、低功耗、軟啟動、環保電源、精度高、穩定可靠等特點。各種操作可通過遙控器來實現，免開蓋調試。能與國內各種監控系統、風電瓦斯閉鎖、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 
  響應時間小于30S
  報警點0.5-2.5% CH4可調
  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檢測煤礦井下一氧化碳氣體濃度的高精度儀表。傳感器使用進口檢測元件，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
監控系統配套使用外還可和國內
其它監控系統配套使用。
測量范圍0-100PPm或0-500PPm
測量誤差  ≤±2％
響應時間小于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煤礦用負壓傳感器
         GPD 1/5煤礦用負壓傳感器是采用擴散硅壓力傳感器芯片開發的固定式儀表。主要用于連續監測礦井通風總負壓、礦井風機差壓、井下風門兩側及礦井密閉墻內外壓力差，是礦井通風安全參數測量的重要儀表。具有紅外遙控調校、調校簡單等特性。傳感器除了和本公司KJ83煤礦安全監控系統配套使用外還可和國內其它監控系統配套使用。
  測量范圍 0-1KPa或0-5KPa
  測量誤差 ≤±2％ 
  響應時間 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煤礦用風速傳感器
      GFC-15煤礦用風速感器是采用超聲波測量原理。主要用于連續監測礦井通風總回風巷、井下主要測風站、扇風機等處的風速，是礦井通風安全參數測量的重要儀表。具有紅外遙控調校、調校簡單等特性。傳感器除了和本公司KJ83煤礦安全監控系統配套使用外還可和國內其它監控系統配套使用。
  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煤礦用設備開停狀態傳感器      主要用于監測礦井機電設備運行狀態，將機電設備開停狀態信號轉換為電流信號，傳送到監控分站。 
   GFK-L煤礦用
風門開閉狀態傳感器

主要用于監測礦井
主要風門的開關狀態。
ZQJD-1礦用斷電饋電轉換器
       礦用斷電饋電轉換器是礦井安全監控系統的配套設備，與監控分站配套使用實現遠程斷電，同時作為風電瓦斯閉鎖裝置的組成部分之一。傳感器監測被控電氣設備的斷電、饋電狀態，通過監控分站將狀態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
   饋電狀態轉換器：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控裝置。該裝置用于監測煤礦甲烷和局部通風機狀態，并實現當通風機未開或風力不足，以及甲烷超限報警時，能自動切斷并閉鎖被控區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的掘進工作面對甲烷的有效監控。
   風電瓦斯閉鎖基本配置
  主機                    1臺
  ZQJD-1斷電饋電轉換器    2臺
  KGY-002A甲烷傳感器      3臺
  GKT-L開停狀態傳感器     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量傳感器； 
 兩路模擬量信號輪流顯示，開關量狀態顯示；
 兩種斷電輸出方式，簡化斷電系統設備，降低應用成本。
JCB-C2000型智能甲烷檢測報警儀
     此報警儀，是采用微電腦數字技術
   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，
   具有自動調零、報警、連續自動記錄
   120組數據等功能。體積小、密封好、
   精度高、穩定可靠，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；當含量高于16％時，沒有爆炸性，但可以燃燒，為淡藍色火焰。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，《煤礦安全規程》中對井下工作面或巷道中甲烷含量有明確規定，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具有重要意義。 
系統監測監控功能 
1）、系統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，當被監視區域風流中甲烷濃度達到預置的報警點時，由系統發出聲、光報警信號。當甲烷濃度恢復到預置的報警值以下時，能自動解除報警。

2）、甲烷超限斷電及閉鎖功能：當被監視區域風流中甲烷濃度達到預置的斷電點濃度時，輸出切斷被控區域動力電源并閉鎖；當被監視區域風流中甲烷濃度降到預置的復電點濃度時，能自動解鎖，恢復供電。斷電點參數設置連續可調。
系統監測監控功能 
3）當局部通風機停止運轉或風筒中風速低于規定數值時，裝置輸出切斷被控區域動力電源信號并閉鎖；當局部通風機恢復正常工作時，裝置能自動解鎖。

4）、此外系統還可實現一氧化碳、溫度、風壓、風速、風門等環境參數與工況參數超限聲光報警等功能。
系統監測監控功能 
?1）KJ83監控系統軟件主要功能
⑴系統具有通訊傳輸測試、傳輸故障記錄、顯示、傳輸錯誤統計功能；
⑵系統具有自檢功能，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、監測點定義，修改監測點的報警、斷電等監測參數功能；
⑷以各種表格、曲線形式顯示各測點實時數據，包括監測參數、測點位置、數值、狀態、報警值、斷電值等；
3 實驗教學系統的軟件功能
1）KJ83監控系統軟件主要功能
⑸實時數據、統計數據的查詢、報表統計功能。可查詢實時數據、歷史數據、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據同屏曲線動態對比功能； 
⑺動態圖形顯示功能，方便的繪制監控設備布置圖等圖形，使用戶了解井下實時數據和設備運行狀態更形象、生動；
⑻多種動態圖的循環顯示功能，數據庫動態生成的方式，如果硬盤容量足夠大，監測數據可無限期保存；
⑼多種報警方式。以圖標變化、數值顏色變化、聲音等多種方式報警；

1）KJ83監控系統軟件主要功能
⑽中心站軟件具有二次數據定義的功能。通過二次數據定義來實施各種復雜的邏輯關系，如不同分站的斷電控制、將提升的箕斗數計算為產量等；
⑾報警數據的無線發送功能。系統能將報警數據發送到主管領導的手機中，以便及時處理各種危險事故；
⑿系統具有多種用戶權限管理功能。不同的用戶具有不同的操作權限；
⒀?組網功能。系統向外提供了統一的數據接口，便于聯網和其它數據分析系統聯網；

圖2 監控軟件檢測數據部分表格
2）教學模擬軟件
軟件可以對礦井環境參數如甲烷濃度,一氧化碳濃度,風壓,風速等環境模擬量參數隨機動態模擬；可分別設置設備開停狀態傳感器,風門開閉狀態傳感器,斷電饋電轉換器等礦井數字量工況參數；對風電甲烷閉鎖功能進行模擬。
可分別設置設備開停狀態傳感器,風門開閉狀態傳感器,斷電饋電轉換器等礦井數字量工況參數；對風電甲烷閉鎖功能進行模擬。
模擬輸出煤礦井下監控數據,通過KJ83監控系統的監控軟件采集應用,從而達到教學模擬的目的。 
3）組態軟件動態圖
直觀表示系統中大量設備及其連接關系；對監控系統有一個全面了解；
利用組態軟件形成分站、各傳感器的分布點、傳感器信息以及控制點的運行狀態等動態圖；
圖中實時地反映出各種傳感器位置、工作狀態，以及各種被控設備（如電機、饋電開關）位置、工作狀態。 
圖3   部分系統動態圖

4 實驗教學目的
通過硬件教學使學生更深入地了解系統構造、通信控制及傳感器的工作原理。
 軟件學習使學生掌握監控系統的軟件設計思路及應用方法。
為更好的服務煤礦安全生產打下堅實的實踐基礎。

1）煤礦生產安全監控教學系統采用平面展板式仿真礦井各種環境與工況傳感器的布置，直觀明了，適于教學需要。配以大屏幕投影、動畫等手段，使礦井安全監控過程在實驗室得以復現，教學演示生動清晰。該系統的改進和教學應用在國內尚屬首例，因此吸引許多學校和教學儀器生產廠家前來參觀學習。 
5結 語
5結 語
2）安全監控軟件與安全監控信號教學模擬軟件共存于一個硬件系統，即KJ83煤礦生產安全監控實驗教學系統。一方面可以對分站及其他設備進行礦井仿真研究。另一方面,如分站及下游設備信號無法直接采集，可使用模擬教學軟件模擬各種參數變化,以達到教學演示目的。
  3）本系統動態模擬煤礦井下各種復雜的環境參數變化，使學生和科技人員在模擬環境下了解實際生產的各種情況，對整個煤礦井下監控系統有一個完整、形象的認識。因此該教學系統在提高受訓人員了解和掌握煤礦生產安全監控過程，為以后從事煤礦安全生產和科研工作提供了一個非常適用的教學與實踐環境。    
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