监控系统发展及矿用传感器

监测监控系统及传感器技术内容提要一、监测监控系统作用、组成及发展二、矿用环境监测主要传感器安全监测监控系统组成及其发展一（一）安全监测监控系统组成一、安全监测监控系统作用组成及其发展测控系统的基本概念“测”：即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等。“控”：即根据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产设备、执行机构等在人们的日常工作和生活中，人体实际上就是一个“监测监控系统”。人通过五官（传感器）感受外界的信息，通过神经（传输信道）传输给大脑（计算机），大脑经过分析、判断，指挥四肢等器官（执行机构）的动作。所以“安全监测监控系统就是煤矿”安全生产的哨兵！生产调度则是生产活动中枢。一、安全监测监控系统作用组成及其作用煤矿安全生产监测控系统层次上一般是分为两级或三级管理的计算机集散系统（DCS:DistributingCenterSystem），一般包含测控分站级和中心站级（见图1）。中心站备用机地面分站中心站主机固定设备开/停供电系统参数安全栅断电闭锁井下分站1井下分站2井下分站n声光报警传感器1...传感器n传感器1传感器n传感器n传感器1图1监测监控系统的组成一、安全监测监控系统组成及其作用安全监测监控系统是目前现代化工矿企业生产和管理的有效工具。对于煤矿生产，矿井安全监测监控系统是煤矿高产、高效、安全生产的重要保证。安全监测监控系统是一种自动采集资料、处理资料并进行控制的系统,具有及时、准确、连续、可靠的优点,对保障矿井安全,提高矿井“一通三防”管理水平,增强矿井抗灾能力等方面具有非常重要的作用。安全监测监控系统的作用一、安全监测监控系统组成及其作用（一）安全监测监控作用煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。环境安全、轨道运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统，提高了生产率和设备利用率，增强了矿山安全.世界各主要产煤国对此都十分重视，研制、生产并推广使用了环境安全、轨道运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统，提高了生产率和设备利用率，增强了矿山安全。（1）矿井监控系统是一种自动采集数据，处理数据并进行控制的系统。通风安全监控设备在煤矿安全生产中发挥着越来越重要的作用。为进一步加强通风安全监控设备的装备、使用和管理，保障煤矿安全生产，《煤矿安全规程》将安全监控单列出来。（一）安全监测监控作用（2）矿井监控系统的推广使用实现了甲烷超限断电、停风断电、通风系统监控、煤与瓦斯突出预报、火灾检测与预报、水灾监测与预报、矿山压力监测与预报等，从而减少了瓦斯与煤尘爆炸、火灾、水灾、顶板等灾害与事故的发生，保障了煤矿安全生产和矿工生命安全。（一）安全监测监控作用（3）矿井监控系统的推广应用，实现了轨道运输、胶带运输、采区变电所、水泵房等地面远动控制，从而大大减少了井下作业人员。由于井下作业人员的减少，发生重大恶性事故的概率也大大降低。将井下操作由地面远动操作，因此改善了作业环境，从而吸引一些业务素质高的人从事这些远动操作工作，进而降低了误操作及违章作业的概率。（一）安全监测监控作用（4）煤矿井下是一个特殊的工作环境:有瓦斯（主要成分是甲烷）等易燃气体;有硫化氢等腐蚀性气体;有淋水、环境潮湿、空间狭小、矿尘大;电磁干扰严重、电网电压波动大、工作场所分散且距离远，因此矿井系统监控不同于一般工业监控系统。（一）安全监测监控作用（5）电气防爆。一般工业系统均工作在非爆炸性环境中，而矿井监控系统工作在有瓦斯和煤尘爆炸性环境的煤矿井下。因此，矿井监控系统的设备必须是防爆型电气设备。传输距离远。一般工业监控对系统的传输距离要求不高，而矿井监控系统的传输距离要求的更高。网络结构宜采用树形结构。监控对象变化缓慢。电网电压波动大，电磁干扰严重。工作环境恶劣。检测设备采用远程供电。不宜采用中继器。（一）安全监测监控作用（6）轨道运输监控系统主要用来监测信号机状态、电动转撤机状态、机车位置、机车编号、运行方向、运行速度、车皮数、空（实）车皮书等，并实现信号机、电动辙机闭锁控制、地面远程速度与控制等。（一）安全监测监控作用（7）胶带运输监控主要用来监测皮带速度、轴温烟雾、堆煤、横向撕裂、跑偏、打滑、电动机运输状态、煤仓煤位等，并实现顺煤流启动，逆煤流停止闭锁控制和安全保护、地面远程速度与控制、皮带火灾监测与控制等。提升运输监控系统主要用来监测罐笼位置、速度、安全门状态、摇台状态、阻车器状态等，并实现推车、提升闭锁控制等。（一）安全监测监控作用（8）供电监控系统主要用来监测电网电压、电流、功率、功率因数、馈电开关状态、电网绝缘状态等，并实现漏电保护、馈电开关闭锁控制、地面远程控制等。排水监控系统主要用来监测水仓水位、水泵开停、水泵工作电压、电流、功率、阀门状态、流量、压力等，并实现阀门开关、水泵开停控制、地面远程控制等。（一）安全监测监控作用（9）环境监测主要监测一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、温度、压差、烟雾等，并通过风门、风窗控制，实现均压灭火控制、制氮与注氮控制、地音、顶板位置、位移速度、位移加速度、红外发射、电磁发射等，并实现矿山压力预报等。（一）安全监测监控作用（10）矿山压力监测系统主要用来监测地音、顶板位置、位移速度、位移加速度、红外发射、电磁发射等，并实现矿山压力预报。大型机电设备健康状况监控系统主要用来监测机械振动、油质量污染等，并实现故障诊断。（一）安全监测监控作用（二）、安全监测监控系统技术发展历程安全监测监控系统应用于煤矿生产，起源于对矿井瓦斯进行检测的安全需求。最早见诸于学会报告的瓦斯爆炸事故是发生于1675年英国北威尔士欣煤矿的一次瓦斯爆炸。第一次伤亡超过百人的瓦斯爆炸事故发生于1825年的英国奈尔生多煤矿，死亡102人。第一个伤亡超过千人的瓦斯爆炸事故发生于1906年的法国傅立叶煤矿，死亡1099人。（三）瓦斯检测技术的发展过程正是基于煤矿瓦斯爆炸事故的危害巨大，瓦斯监测仪器就伴随着对瓦斯安全问题的研究而出现。（二）、安全监测监控系统技术发展历程最早应用仪器来检测矿井瓦斯浓度的国家是英国，在1815年发明了第一项监测瓦斯仪器—安全灯，它是利用火焰的高度来测量瓦斯浓度。光学瓦斯检定器是1925年在日本发明的一种检测瓦斯技术，当今世界上占主要地位的是催化型瓦斯监测仪器。（二）安全监测监控系统技术发展历程1960年代，英、美、法、德、日、前苏等工业发达国家，都把发展催化型仪器作为瓦斯检测的主要方向。1973年，由重庆煤矿安全仪器厂等5家单位协作，研制AYJ-1型瓦斯遥测仪，其后又研制出了ABD—1型瓦斯断电报警仪、AQD—1型采煤机瓦斯断电控制仪等。1980年代，随着引进消化并进一步实现“国产化”，创造了一系列适合我国煤矿条件的监控系统。1990年，我国先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80等煤矿安全监测监控系统。（二）、安全监测监控系统技术发展历程2010年后，我国对所有煤矿用KJ系列煤矿安全监测监控系统进行升级，投运到煤矿井下的为KJ…N，或KJ…NA型号。矿区现代化安全监测检测系统根据安全监测监控系统的组成，其主要技术指标，主要是以组成系统的各个子系统的技术指标为特征。一、安全监测监控系统组成及其作用安全监测监控系统技术指标测控分站容量：是输入、输出量的个数及类型。接配传感器：是指所接配传感器的种类等。检测精度：是反映分站性能优劣的主要指标之一，一般用满量程的相对误差来表示。一、安全监测监控系统组成及其作用测控分站分辨率：反映分站对微小模入量变化的敏感程度。转换时间：指A/D一次转换所需时间，其倒数称为转换率。传输距离：是传感器宇分站间信号传输的最远距离。一、安全监测监控系统组成及其作用中心站主机型号及配置：CPU型号，内存容量，硬盘容量等。容量：即系统可带分站的数量。信息传输方式：即时分制还是频分制，是频带传输还是基带传输方式。一、安全监测监控系统组成及其作用国内安全监测监控系统的发展趋势总结我国近10年来煤矿安全监测监控系统的技术发展概况，主要表现在以下5个方面：（1）矿井安全监测技术标准化工作逐步完善。（2）开发新型传输技术，系统容量扩大。（3）应用软件丰富，系统功能增强。（4）矿井专业化安全监测系统不断涌现。（5）重视、加强传感器的开发研究。安全监测监控系统发展我国矿井安全监测监控技术发展方向（1）紧密结合我国煤矿安全生产国情。我国是一个煤矿灾害事故严重，特别是瓦斯爆炸事故频发的产煤大国。（2）重视专业化或专家系统的开发。开发安全监控技术应特别注意将诸如瓦斯涌出规律、瓦斯突出预测预报等融入监测系统中，才能充分发挥监测系统的作用。安全监测监控系统发展方向（3）继续深入强化传感器技术的研究。应注重以下方面：a、关注国内外传感器发展热点，借鉴传感器新技术，开发适用于煤矿的安全传感器。b、解决煤矿安全传感器的稳定性、可靠性，提高传感器的制作质量，在很大程度上依赖制作工艺。c、应高度重视传感器功能材料的研究。当今世界各国已把纳米技术纳入了自己的关键技术中。成果：系统概述与核心功能31系统概述与核心功能实时的测点浓度和安全等级实时的巷道浓度、安全等级等数据实时的巷道和测点安全等级及异常告警通过双击快速定位到报警巷道实时的解算数据32系统概述与核心功能通过基于蒙特卡罗方法的瓦斯数据分析预测模型，不仅可以对矿井整体瓦斯涌出量进行分析预测，而且还可预测出瓦斯涌出总量在矿井中的分布和流动状态，预测出矿井可能的瓦斯浓度超限的巷道和区域。从而极大地提高了矿井安全生产的预警能力和事故防范能力。同时还可以对这些数据进行预测分析，可以求得矿井近期历史的瓦斯涌出量的统计与分析、瓦斯浓度的统计分析、瓦斯流量情况以及对瓦斯流量的预测等波动规律，判断瓦斯测定当前值所反映的矿井瓦斯安全水平，显著提高对矿井瓦斯异常的判断和应对能力。高效的通风网络分析手段通风网络图的生成和编辑开放的可扩展的软件架构专业性可视化平台图形间、图与数据间的联动基于多种数学方法的通风瓦斯数据分析模型三维立体图的展现形式以安全分区为理论基础的分析模式多种瓦斯实时监控与预警方式蒙特卡罗分析预测模型集成多种常见监控系统的数据33系统概述与核心功能巷道瓦斯流量频次统计巷道瓦斯流量波动分析34体系架构与功能详述实时显示巷道浓度、流量、涌出量及测点浓度、移动平均线的变化情况按照浓度、涌出量、超限次数和波动程度进行排行分析利用大量的各类型的图表，动态展示系统实时解算数据，方便监控人员更快速的发现系统出现的异常问题。瓦斯数据图表35体系架构与功能详述分析某时间段后巷道瓦斯浓度达到各安全等级的可能性分析某时间段后巷道瓦斯浓度的主要变化区间以大量的基础数据作为分析依据，提供对瓦斯浓度趋势分析，为及时有效采取防灾避灾措施提供预警。瓦斯态势分析3636体系架构与功能详述巡检管理巡检记录根据矿井的排班设计对各个班次的巡检情况进行登记，以便于结合监控及分析数据综合处理。37综合应用—异常排查发现异常目的：查看巷道瓦斯浓度变化的历史趋势工具：巷道浓度图瓦斯浓度异常检测发现巷道浓度异常进行告警目的：对巷道上下游进行分析工具：上下游区域分析目的：分析风量调整造成的影响工具：巷道灵敏度分析、风流成分分析、瓦斯流分析目的：调整巷道风量，得到新的通风方案工具：风网解算对新的方案进行确认大数据、云计算与监测监控系统大数据(BigData),定义是指那些数据量特别大、数据类别特别复杂的数据集,这种数据集无法用传统的数据库进行存储,管理和处理。简言之，与对象相关的所有数据。云计算(cloudcomputing)是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式,通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。大数据、云计算与监测监控系统安全监测监控系统，日积月累，记录海量有关安全环境状态参数数据。与矿井计算机管理系统网络链接的其他业务数据。对于海量数据的挖掘，源于职能管理部门需求，特别是安全生产方面要求。各类安全生产状态的预测和防控的模型以及结果