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监控与计算机管理说明书
11.6监控与计算机管理
11.6.1安全监控
1.矿井安全监测监控系统
(1)矿井安全、生产监测监控系统方案
本矿为低瓦斯矿井,煤层属自燃煤层,煤尘有爆炸危险性。
根据煤矿安全规程以及安监总局有关煤矿井下6大避险系统建设中煤矿应装设安全监测系统的要求,设计在本矿井装备一套安全生产监测、监控系统,主机设在矿井联合建筑调度监控中心,采用工业控制计算机双机热备。
在井下采煤工作面、掘进工作面,主要进、回风巷,运输巷道、机电硐室等处设置各种传感器,监测瓦斯、温度、风速、粉尘、风压等各类环境参数,监测各种机电设备开停等生产状态参数,采、掘工作面主要机电设备的馈电状态等参数。
由各传感器采集的监测信息,通过分站传送到地面调度监控中心。
当出现超限情况时,地面调度监控中心及现场均应有声、光报警,通过远程断电器实现瓦斯风电闭锁、瓦斯断电、故障闭锁及其它必要的控制。
在工业场地通风机房设置地面分站,监测通风机风硐风压及通风机开停状态。
安全监测系统选择应符合国际、国家及行业的有关规程、规范。
遵循先进、成熟、适用、可靠的原则,并取得“MA标志准用证”的产品。
目前国内安全监测监控系统有多种成熟产品,传统的有以光端机或接口进行通讯的产品,比较先进的有以工业以太环网为传输平台的产品。
传统的安全监控系统采用总线传输的方式,系统容量受限,通讯平台只能运行特定的系统,反映速度慢,不具备通讯冗余和自恢复功能;易受干扰,运行不稳定;兼容性差。
以工业以太环网为传输平台的产品与传统监测产品比较,其突出的优点是采用先进的多主并发通讯模式,系统检测速度快,实时性强。
传感器监测值变化立即主动上传给主机(没有变化时每6秒上传1次),摒弃了传统监测产品的巡检传输方式,大大提高了系统的实时性;且通讯速率高,传输距离远,抗干扰和雷击能力强,得到市场普遍认可。
针对传统安全监测系统的缺点,本矿井安全监测系统方案采用以工业以太环网为传输平台的产品,设计选型为KJ90NB型。
(2)矿井安全、生产监测监控系统软件及主要功能
监控软件应提供控制软件包,控制逻辑可由用户设置编排。
具有井下任一分站的测点超限而由另一台分站控制断电的异地交叉断电功能。
同时还具有传感器就地、分站程控、中心站手控三级断电能力,并具有风、电、瓦斯闭锁功能。
在紧急情况下,系统操作人员可在地面中心站向井下分站直接发送控制命令,从而控制井下电器设备的断电或声光报警。
监控软件应具有很强的作图能力,并提供相应的图形库,操作员可在不间断监测的同时,容易地实现联机并完成图形编辑、绘制和修改。
操作应采用全汉字菜单及窗口提示,配有(智能)全拼、双拼、五笔及区位码等多种汉字输入方法,人机界面友好,全面遵循WINDOWS窗口风格。
鼠标操作,通用性好,可操作性强。
监测图页静态和动态编辑作图对用户开放,支持多种图形格式,鼠标和键盘均可操作。
全面支持实时多任务。
在系统进行实时数据采集的同时,系统可进行记录、显示、分析运算、超限报警控制、查询、编辑、动态定义、网络通信、绘制图形和曲线并打印实时报表、超限报表和班、日、月报表等工作。
(3)系统主要技术参数
系统的容量:
255个以上分站,输入端口:
>4096点,控制输出:
>2048点;
传输距离:
分站至防爆交换机的距离≥5km,分站至传感器最大距离≥2.5km;
传输电缆:
模拟量传感器电缆4芯(可接两个传感器),开关量传感器电缆2芯;
通讯恢复:
自愈≤0.3s,反应时间:
≤3s;
分站容量(模拟量、开关量任意互换)
大分站:
输入端口:
16点;控制输出:
8点;
中分站:
输入端口:
8点;控制输出:
4点;
分站电源箱输入输出电压交流输入电压:
36V、127V、220V、380V、660V(-25%,+15%)可选;
本安直流输出电压:
18V/350mA、12V/450mA;
传感器信号制:
模拟量:
(200-1000)Hz,1-5mA或4-20mA;开关量:
1mA(停)/5mA(开)或触点
断电容量:
36V/5A、660V/0.3A;
主要监测参数:
甲烷---(0~4)%或(0~10)%
一氧化碳---(0~500)ppm
风速---(0.3~15)m/s
温度---(0~50)℃
(4)安全监测监控系统网络
安全监测监控系统主要由地面监控中心站及网络终端、智能监控分站、各类模拟量传感器、开关量传感器、断电控制器等组成。
地面监控中心站是整个监控系统的核心,负责整个系统设备及监测数据的管理、定义配置、实时数据采集、分析处理、统计存储、屏幕显示、查询打印、实时控制、远程传输、画面编辑、网络通讯等任务。
网络终端完成系统监测信息异地实时共享,能够以文本或图形方式显示安全生产信息,查询各类报表数据。
地面监控中心站及网络终端等设备之间的连接采用局域网方式;中心站主要设备包括监控主机、监控备机、网络交换机、打印机、报警器、录音电话、UPS电源、电源避雷器等设备。
智能监控分站主要完成对所监测的传感器数据采集、数据预处理、分类显示、报警、断电控制、与地面监控中心站的数据通讯、所接传感器的集中供电等。
各类模拟量传感器、开关量传感器及断电控制器等设备,是整个监测系统最前沿的终端设备,负责对各监测点的物理数据采集、就地显示、超限报警、信号传输、对监控分站控制指令的执行等。
瓦斯传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围按《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》AQ1029-2007规定及《煤矿安全规程》执行。
断电器设在井下主变电所。
安全监测系统断电器通过控制主变电所的高压柜微机综合保护装置实现切断需要断电区域的供电电源。
同时通过安装在被控开关负荷侧的馈电传感器确认被控开关是否断电。
矿井安全监测系统井下共设分站13台,地面工业场地通风机房设1台分站。
安全监测、监控传感器布置图参见C1061-174-2。
安全监测、监控系统示意图参见C1061-174-1。
(5)安全监测设备各类传感器的设置及安装位置
a)瓦斯传感器的设置
本矿井为低瓦斯矿井,瓦斯传感器设置地点为采煤工作面、掘进工作面、采区回风巷、总回风巷及井下煤仓上、下口。
在采煤工作面上隅角设置一台瓦斯传感器;在采煤工作面回风巷中距工作面≤10m处,瓦斯等有害气体与新鲜风流混合均匀,且风流稳定的位置设置瓦斯传感器一台;在采煤工作面回风巷距大巷连接处10~15m之间设置一台瓦斯传感器。
掘进工作面的瓦斯传感器设置在距掘进头≤5m处。
掘进工作面回风流的瓦斯传感器设置在距掘进面与大巷交叉点10~15m处。
总回风巷、采区回风巷各设置瓦斯传感器一台,井底煤仓上口及下口分别设置瓦斯传感器一台,初期井下总计安装瓦斯传感器16台。
瓦斯传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置,距顶板(顶梁)不得大于300mm,距巷道侧壁不得小于200mm,并应安装维护方便,不影响行人和行车。
瓦斯超限闭锁:
当采煤工作面、掘进工作面及煤流转载点所设置的瓦斯传感器监测到上述地点瓦斯超限时,将通过断电器直接控制采煤工作面移动变电站、掘进工作面移动变电站馈出开关及大巷胶带机头硐室高爆馈出开关切断工作面及其回风巷内、掘进巷道内的全部非本质安全型电气设备及运煤的各类运输设备电源。
当瓦斯浓度降到《煤矿安全规程》规定的送电浓度时,再恢复上述区域电气设备的供电。
b)一氧化碳传感器的设置
本矿井煤层自燃煤层,在采煤工作面及采煤工作面回风巷必须设置一氧化碳传感器,安装位置在采煤工作面回风巷中距工作面≤10m处及采煤工作面回风巷距大巷连接处10~15m之间。
除工作面回风巷外,在本矿井井下胶带机及顺槽胶带机滚筒下风侧10~15m处均设有一氧化碳传感器;在总回风巷、采区回风巷也分别设有一氧化碳传感器,初期井下总计安装一氧化碳传感器10台。
c)风速传感器的设置
井下在采煤工作面、采煤工作面回风巷、掘进工作面、局部扇风机与回风口间的巷道、主要进风巷、总回风巷、采区回风巷分别设有风速传感器,总计安装风速传感器12台。
d)风压传感器的设置
在风井场地通风机的风硐设置风压传感器2台。
e)烟雾传感器的设置
井下大巷胶带机、顺槽胶带机滚筒下风侧10~15m处均设有烟雾传感器,总计安装烟雾传感器4台。
f)温度传感器的设置
本矿井煤层属自燃煤层,在采煤工作面、采煤工作面回风巷应设置温度传感器,安装位置在采煤工作面回风巷中距工作面≤10m处及采煤工作面回风巷距大巷连接处10~15m之间。
在井下变电所、水泵房、胶带机头硐室、避灾硐室等处分别设有温度传感器,总计安装温度传感器16台。
g)开关量传感器的设置
工业场地通风机房通风机、井下掘进工作面局部通风机、井下水泵等主要机电设备均设有开停传感器,井下共设开停传感器10台,地面通风机房2台;在主要风门处设置风门传感器10台。
h)风筒开关传感器的设置
在井下掘进工作面局部通风机的风筒末端均设有风筒开关传感器,总计2台。
i)断电、馈电传感器的设置
在井下采煤工作面进风巷、掘进工作面及胶带机机头硐室等处均设有断电、馈电传感器,瓦斯超限时,实现远程断电控制。
总计安装断电、馈电传感器7台。
j)声光报警器
在井下采煤工作面、掘进工作面、胶带机下风侧、主要风门处、总回风巷及采区回风巷等处均安装有声光报警器,相应环境监测传感器超限时,声光报警器发出声光报警,总计安装声光报警器16台。
矿井安全监测监控传感器和执行器配置,详见表11.6-1。
2.地面生产系统监测监控
本矿井为低瓦斯矿井,根据《煤矿安全规程》及《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》AQ1029-2007的规定要求,在地面生产系统煤仓上方、封闭的带式输送机地面走廊内、带式输送机滚筒上方均应设置甲烷传感器,因此在主斜井至动筛车间、动筛车间至混煤产品仓之间封闭的带式输送机走廊内,以及混煤产品仓上方均设置有甲烷传感器。
甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围按《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》AQ1029-2007规定及《煤矿安全规程》执行。
本设计地面生产系统甲烷传感器全部接入地面生产系统PLC集控系统中。
将瓦斯浓度4~20mA信号接入受控区域内PLC模拟量输入口,由PLC根据规范设定的报警及断电值,输出开关量信号,进行报警以及切断相应区域内非本安电气设备电源;启动相应区域内煤仓上瓦斯排放风机。
通过设在地面生产系统集控室的环网交换机及矿井工业以太网,将瓦斯监测信号传输至矿井调度监控中心监测监控主机。
3.自燃火灾束管监测系统
本矿煤层属自燃煤层,根据《矿井通风安全装备标准》,一、二级煤层自燃矿井和采用氮气防灭火、综采放顶煤开采有自燃倾向的厚及特厚煤层的矿井必须配置矿井火灾预报束管监测系统。
设计在本矿配置一套火灾束管监测系统,通过束管取样,分析采空区、密闭区及巷道中气体成分和浓度,对矿井自燃发火情况的早期预测预报。
4.井下人员管理系统
根据安监总局有关煤矿井下6大避险系统建设要求,在煤矿井下应配置井下人员管理(定位)系统,以便灾变情况下迅速确定井下作业人员位置,设计在正旺矿井安装一套KJ251A型煤矿专用人员管理(定位)系统。
在井口及井下设置分站和读卡器,将井下各个区域人员的动态情况反映到地面人员管理系统上位机。
矿井安全监测监控传感器和执行器配置表
表11.6-1
序号
安全监测监控
传感器布置地点
传感器或执行器名称、数量
甲烷
风门
烟雾
温度
一氧
化碳
风速
风压
设备
开停
风筒
开关
水位
声光
报警
断电、馈电传感器
备注
1
综采工作面上隅角
1
2
综采工作面
1
1
1
1
1
3
3
综采工作面回风巷
1
1
1
1
4
井下胶带机滚筒下风侧
4
4
4
5
大巷胶带机头配电硐室
1
2
6
主变电所及主排水泵房
2
3
2
7
采区变电所及采区排水泵房
2
3
2
8
主要机电设备硐室及避灾硐室
5
9
井底煤仓上口、下口
2
4
10
主要进风巷、总回风巷、采区回风巷
4
4
4
6
11
主要风门
10
5
12
综掘工作面(2个)
4
4
2
2
2
矿井安全监测监控传感器和执行器配置表
续表11.6-1
序号
安全监测监控
传感器布置地点
传感器或执行器名称、数量
甲烷
风门
烟雾
温度
一氧
化碳
风速
风压
设备
开停
风筒
开关
水位
声光
报警
断电、馈电传感器
备注
13
局部扇风机(4个)
4
14
通风机房
2
2
合计
13
10
4
16
10
12
2
12
2
4
16
7
备用
6
2
2
2
2
2
2
4
2
2
2
3
总计
19
12
6
18
12
14
4
16
4
6
18
10
传感器总计:
139台。
11.6.2生产监控
1.概述
为把正旺矿井建成高产、高效矿井,设计在该矿井建设一套全矿井综合自动化系统,对全矿井安全、生产的主要环节进行实时监测、监视和必要的控制,建设统一的网络传输平台,将矿井的各个生产环节自动化及监控子系统汇聚到集成监控平台,实现全矿井数据采集、生产调度、决策指挥的信息化、科学化,为矿井安全生产、有效预防和及时处理各种突发事故和自然灾害,提供有效手段,为企业信息化的应用和发展奠定基础。
矿井综合自动化系统平台由监控中心硬件及软件集成平台、网络传输、工业电视、大屏幕显示等系统组成。
监控中心服务器与地面及井下各子系统之间通过标准的数据交换方式进行数据通信与采集,并对数据进行有效综合集成,将实时、历史及综合的数据形成生产调度信息,监控中心生产调度人员根据相关信息对各系统进行操控,从而实现监、管、控一体化。
网络传输平台则将地面及井下各子系统进行网络连接,通过以太网络将各子系统监控数据及时传送到监控中心。
工业电视、大屏幕显示系统可为直观地了解矿井各主要环节的生产、运行情况提供视频平台。
2.建设内容
通过工业以太环网技术连接地面、井下各个主要生产环节的自动化系统,把所有监控信息集中到监控中心,通过服务器的数据采集,使管理技术人员在监控中心工程师站上能够完成各个自动化系统的组态,达到监测和控制的目的。
全矿井综合自动化系统具体建设内容包括:
1)地面及井下千兆工业以太网传输平台;
2)地面调度监控中心自动化调度集成平台;
3)各生产环节自动化及监控子系统接入平台;
4)地面及井下工业电视监视系统;
5)调度监控中心大屏幕监控显示系统。
3.地面及井下千兆工业以太网传输平台
本矿井综合自动化系统主干网络采用1000Mb/s工业以太环网结构,为保证全矿井综合自动化网络稳定、可靠运行,设计采用井下单独设置一个主干环网,工业场地地面单独设置一个地面主干环网的工业以太环网方案,两个环网并行接入监控中心核心交换机。
井下环网交换机设置地点为井下主变电所、采区变电所、大巷胶带机配电硐室。
地面环网交换机设置地点副井提升机房配电室、通风机房配电室、35kV变电所、主斜井井口配电室。
矿井千兆工业以太网传输平台示意图详见图C1061-274-1。
4.地面调度监控中心自动化调度集成平台
综合自动化调度监控中心是矿井自动化管理的核心单位,是人机控制、信息共享与交流的集中调度场所。
通过监控系统、视频系统、大屏幕信息显示系统等,建设一个统一调度管理和统一应急反应的集中调度监控中心,最大限度地整合各种资源和最大限度地发挥自动化集成效益。
综合自动化调度集成平台的建设就是通过硬件平台及软件平台为各自动化系统搭建一个统一的监控平台,各自动化系统在此平台上通过人机界面可实时监测设备状态,通过数据库存储历史数据,并可对各系统的输入、输出(I/O)进行控制。
调度中心监控网络硬件平台包括:
千兆核心以太网交换机2台、6台服务器、2台磁盘阵列、2台工程师站、各子系统监控、2台网络管理工作站、监测工作站及防火墙等设备。
2台千兆核心以太网交换机互为备份,通过环网,构成工业网络的冗余数据汇聚中心。
6台服务器分别作为数据采集冗余服务器、数据库归档冗余服务器、WEB服务器及网络管理服务器。
数据采集服务器为调度台上的各子系统监测、监控主机提供数据服务。
2台磁盘阵列用于监测监控系统和其他工业控制系统的历史数据存储。
2台工程师站作为负责编制和调试人机界面,其余工作站分别为网络管理、通风机监控、井下水泵监控、安全监测等子系统的工作站。
工业网络通过防火墙与矿井计算机管理网络实现无缝连接,既保证了矿井计算机管理网络对工业网络现场数据的读取,同时也起到了工业、管理网络的隔离,保护了工业网络的安全。
5.各生产环节自动化及监控子系统接入平台
本矿井综合自动化系统监控平台将要监视、控制的生产环节自动化及监控子系统除安全监测监控、井下人员管理、火灾束管监测系统外还包括:
1)供配电监控系统;
2)胶带机集中监控系统;
3)井下水泵房控制系统;
4)副井提升机监控系统;
5)主斜井辅助提升机监控系统;
6)综采工作面监控系统;
7)矿压监测系统
8)压风机监控系统;
9)通风机监控系统;
10)地面水处理监控系统;
11)锅炉房监控系统;
12)地面生产系统集控;
13)产量监控系统。
以上各生产环节自动化及监控子系统均为独立运行控制系统,各子系统控制装置或子系统上位机通过标准以太网数据接口就近接入工业环网交换机,通过井下或地面工业以太环网,将控制或监视信号传至调度监控中心。
6.矿井各生产环节自动化及监控子系统概述
1)供配电监控系统
在矿井地面35kV变电所、通风机房、锅炉房、空压机房等10kV变电所及井下主变电所等处安装通信分站,分站采用现场总线连接综合保护单元,同时将综合保护单元采集到的电压、电流、功率、断电器的分合状态及故障信息通过工业以太网传送到地面监控中心,对地面及井下主要变电所供配电系统进行遥测、遥控、遥信、遥调,实现无人值守。
2)胶带机集中监控系统
矿井初期需要监控的胶带机包括主斜井胶带机、井下大巷胶带机、综采工作面顺槽胶带机。
每条胶带机均配有就地胶带机电控装置,就地电控装置可实现对相关设备的联锁控制,具有相应完备的各种保护和报警预告功能。
在主斜井口设置胶带机运输集中控制系统,通过工业以太网将各个胶带机电控装置连成一体。
实现主运输系统胶带机的远程集中控制,使主运输系统胶带机能根据煤流和原煤仓煤位自动顺序起动、停机。
胶带机集中控制信号通过设在主斜井井口配电室的工业以太网交换机,将信号传至地面调度监控中心。
在地面监控中心设胶带机运输系统上位机,调度人员在调度中心可随时掌握主煤流运输情况或根据需要对胶带机进行控制,实现无人值守。
3)井下水泵房控制系统
井下设有主排水泵房及采区排水泵房。
井下每台水泵均设有就地控制箱,各水泵房均设有PLC控制设备,控制信号通过工业以太网传输至地面调度监控中心,由井上监控中心监控所有排水泵的运行工况,根据需要对排水泵进行控制,实现无人值守。
4)副井提升机监控系统
本矿副井设有单绳缠绕式双滚筒矿井提升机,提升机房设有就地提升机电控装置,实现对提升机运行的监测、保护、控制、报警等功能。
提升机监控信号通过RJ45接口接入设在副井提升机房控制室的工业以太网交换机,传至地面调度监控中心,可在调度监控中心随时监视提升设备运转状态。
5)主斜井辅助提升机监控系统
本矿主斜井设有单绳缠绕式单滚筒矿井提升机,提升机房设有就地提升机电控装置,实现对提升机运行的监测、保护、控制、报警等功能。
提升机监控信号通过主斜井配电室的工业以太网交换机,传至地面调度监控中心,可在调度监控中心随时监视提升设备运转状态。
6)综采工作面监控系统
在井下综采工作面设置一套采煤工作面监控系统,实现工作面采煤机、可弯曲刮板输送机、破碎机、乳化液泵等设备的监测和控制。
系统设有扩音电话、设备工作电流、电压显示、水压、流量的检测及报警等功能。
通过地面监控中心综采工作面监控系统监控上位机,调度人员根据生产管理需要,对工作面设备进行必要的监测与控制。
7)矿压监测系统
为了减少或避免矿井顶板垮塌和综采面冒顶事故对人员和设备造成损害,设计安装一套井下顶板压力监测系统,对井下液压支架的压力和巷道顶板离层状况进行监测,做到动态监测,提前预测,及早处理。
8)空压机监控系统
工业场地空压机房设有四台螺杆式空气压缩机,空压机房控制室内设置一套空压机监控装置,监控设备运行的工况,实现气量、压力、温度信号检测及空压机保护、控制等功能。
监控信号通过工业以太网传至调度监控中心空压机监控上位机,实现空压机远程监测和控制。
9)通风机监控系统
风井场地通风机房设有二台防爆轴流式通风机,通风机房控制室内设置一套通风机在线监控装置,主机采用PLC控制装置,完成风机各参数的自动检测及风机自动化控制,通过设在调度监控中心的通风机监控上位机,实现通风机的远程监测和监控。
10)地面水处理监控系统
本矿地面设有生活污水处理站、井下排水处理站、日用消防水泵房,各泵站均设PLC水泵控制系统,对生活污水处理、井下排水处理设备进行监控,对水位及阀门开关状态等参数进行监测,通过设在调度监控中心的供水系统上位机,操作人员在调度监控中心对水处理设备进行控制,根据需要实现无人值守。
11)锅炉房监控系统
在矿井工业场地锅炉房设置一套锅炉监控系统,配置工控机和操作员站,通过各种仪表对锅炉及相关设备的运行进行实时监测,实现系统保护、控制、联锁、显示、报警等功能,保证系统运行的安全、可靠。
12)地面生产系统集控(见地面生产系统供配电部分设计文件)
13)产量监控系统
本矿设置一套KJ219型产量监控系统,在主斜井安装电子皮带秤计量设备及视频监控用的摄像头;并且把皮带秤及视频信号接入矿井工业以太环网。
7.矿井火灾自动报警系统
在矿井日用消防泵房值班室设置一套消防联动报警设备,供全矿井各单体建筑(包括地面生产系统)消防报警及消火栓按钮等消防设备联动。
矿井工业场地任一单体建筑(包括地面生产系统)内所设消火栓按钮均可在火灾时直接启动相应消防泵。
8.地面及井下工业电视监视系统
为能实时、直观地了解矿井各主要环节的生产、运行情况,便于调度,矿井设置一套工业电视监视系统,工业电视墙设在矿井办公楼调度监控中心,由24台29″监视器组成,可通过电视墙对井下及地面重要的生产和运输系统进行实时监视。
摄像
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