趙莊二號井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)改造方案研究

楊振東 張亞峰

摘要：研究了礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分析了礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題：1、分站總線長度距離長；2、總線管理工作和標(biāo)準(zhǔn)化工作不好開展；3、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)安全運(yùn)行不穩(wěn)定因素多4、系統(tǒng)巡檢周期長、中心站手動控制和異地斷電執(zhí)行時間長等。針對性地提出來合理的系統(tǒng)改造方案。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng) 交換機(jī) 分站 系統(tǒng)改造

引言

礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦高產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)的重要保證。世界各主要產(chǎn)煤國對此都十分重視，陸續(xù)研制、生產(chǎn)和推廣使用了環(huán)境安全、軌道運(yùn)輸供電、排水、礦山壓力等監(jiān)控系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，遏制了礦山安全事故的發(fā)生。礦井監(jiān)控系統(tǒng)的推廣使用，實(shí)現(xiàn)了甲烷超限斷電、停風(fēng)斷電、通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控、煤與瓦斯突出預(yù)報等功能，從而減少了瓦斯與煤塵爆炸、火災(zāi)、水災(zāi)、頂板災(zāi)害等事故的發(fā)生，保障了煤礦安全生產(chǎn)和礦工生命的安全。文獻(xiàn)[1]文獻(xiàn)[2]文獻(xiàn)[3]對將以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了研究：快速斷電控制。監(jiān)控儀采用多CPU處理方式和數(shù)字編碼遠(yuǎn)控技術(shù)，系統(tǒng)在滿負(fù)載狀態(tài)下，能在2秒鐘內(nèi)完成全分站的6—8路斷電控制。地面主機(jī)還具有“通播斷電”功能，系統(tǒng)在緊急情況時能夠在2秒鐘內(nèi)切斷全礦井所有被控機(jī)電設(shè)備電源。

基于防爆工業(yè)以太網(wǎng)的安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計基于現(xiàn)代控制理論，具有較高的魯棒性和冗余措施，可保證系統(tǒng)長時間安全運(yùn)行。它采用了高速的傳輸控制技術(shù)，能快速可靠地進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)視和控制，采用開放式的通信協(xié)議，如現(xiàn)場總線和TCP/IP 等，以實(shí)現(xiàn)與第三方設(shè)備接口的通信，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，是煤礦監(jiān)測監(jiān)控的發(fā)展方向。文獻(xiàn)[4]

1.系統(tǒng)運(yùn)行情況

趙莊二號井裝備了由重慶煤科院生產(chǎn)的KJ90NB型監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、監(jiān)控機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器、井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、監(jiān)測監(jiān)控分站及各類傳感器、執(zhí)行器組成。中心站設(shè)備包括監(jiān)控機(jī)兩臺（兩臺監(jiān)控機(jī)滿足一用一備且10分鐘之內(nèi)正常切換的要求），數(shù)據(jù)庫服務(wù)器一臺，web服務(wù)器一臺，環(huán)網(wǎng)交換機(jī)一臺。井下設(shè)有環(huán)網(wǎng)交換機(jī)兩臺，地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)下掛分站兩臺，兩臺井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)共計下掛分站十九臺。

該系統(tǒng)目前安裝分站21臺，測點(diǎn)共計224個，瓦斯測點(diǎn)66個。該系統(tǒng)監(jiān)測測點(diǎn)主要包括瓦斯、一氧化碳、氧氣、二氧化碳、溫度、風(fēng)門開關(guān)、局部通風(fēng)機(jī)開停、主要通風(fēng)機(jī)開停、負(fù)壓、水倉液位、風(fēng)速、設(shè)備饋電狀態(tài)等種類。

2.系統(tǒng)運(yùn)行面臨的問題

環(huán)網(wǎng)交換機(jī)安裝在東盤區(qū)某地點(diǎn)，接入設(shè)備為安裝在東盤區(qū)各地點(diǎn)的監(jiān)控分站，環(huán)網(wǎng)交換機(jī)安裝在副立井底，接入設(shè)備為安裝在副井底和西盤區(qū)范圍內(nèi)各地點(diǎn)的監(jiān)控分站。

系統(tǒng)安裝之初，礦井并為開拓西盤區(qū)巷道，所以沒有設(shè)計西盤區(qū)的交換機(jī)。隨著西盤區(qū)巷道的開拓，西盤區(qū)各生產(chǎn)地點(diǎn)對于監(jiān)控分站的需求越來越多，距離越來越遠(yuǎn)，也逐漸暴露出了一些問題。

2.1分站距離交換機(jī)的距離遠(yuǎn)，485總線長度和數(shù)量不斷增加。井下環(huán)境的特殊性使得系統(tǒng)總線的管理工作及標(biāo)準(zhǔn)化工作變得越來越復(fù)雜；

2.2系統(tǒng)安全運(yùn)行的不確定性增加；由總線擔(dān)負(fù)更長距離的信號傳輸工作，會使系統(tǒng)面臨電磁干擾、故障點(diǎn)多、故障點(diǎn)難判斷等問題；

2.3系統(tǒng)最大巡檢周期不斷增加；系統(tǒng)最大巡檢周期目前為8-9秒，隨著西盤區(qū)巷道的不斷延伸，西盤區(qū)異地斷電的被控電氣設(shè)備的斷電閉鎖時間最大可能延遲16-18秒。

3.系統(tǒng)擴(kuò)容方案

3.1改造前系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

改造前系統(tǒng)共有交換機(jī)三臺，分別是地面交換機(jī)、副立井底交換機(jī)和東膠機(jī)尾交換機(jī)。光纜分布情況為：由地面機(jī)房沿副立井井筒敷設(shè)兩根光纜至副立井底，一根熔接至副立井底交換機(jī)，另一根對熔至東膠機(jī)尾交換機(jī)處。另外，由副立井底交換機(jī)處敷設(shè)一根光纜沿六號交叉點(diǎn)敷設(shè)至東膠機(jī)尾并熔接至東膠機(jī)尾交換機(jī)。

3.1.1在西盤區(qū)避難硐室安裝一臺環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。

西盤區(qū)避難硐室位于西盤區(qū)各工作面的中心位置，可以減少西盤區(qū)各工作地點(diǎn)監(jiān)控分站至交換機(jī)的總線距離

3.1.2將西盤區(qū)避難硐室交換機(jī)接入環(huán)網(wǎng)

（1）在西盤區(qū)避難硐室安裝一臺交換機(jī)；

（2）在六號交叉點(diǎn)加裝一臺光纜熔接盒；

（3）由西盤區(qū)避難硐室敷設(shè)兩根光纜至六號交叉點(diǎn)；

（4）在六號交叉點(diǎn)光纜熔接盒處截斷副立井底交換機(jī)與東膠機(jī)尾交換機(jī)之間的光纜，分別與來自西盤區(qū)避難硐室交換機(jī)兩根光纜對熔。

改造后環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1

圖1

4.結(jié)論

通過對礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)的改造工程，有效地解決了分站總線長度距離長、總線管理工作和標(biāo)準(zhǔn)化工作不好開展、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)安全運(yùn)行不穩(wěn)定因素多、系統(tǒng)巡檢周期長、中心站手動控制和異地斷電執(zhí)行時間長等問題，極大的提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，保障了廣大職工的生命財產(chǎn)安全和礦井的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫繼平.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)2006

[2]雷曉紅.監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用探析 2013.10

[3]胡冰. 淺談工業(yè)以太網(wǎng)在丁集煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用2008

[4]程德強(qiáng)，李世銀，李鵬，田雋，龐平.煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)2006

[5]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求（AQ6201—2006）2006.2

[6]孫繼平. 煤礦安全監(jiān)控技術(shù)與系統(tǒng) 2010.10

[7]楊玲玲 宋磊 張文杰. 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展2010.11

[8]張濤，薛鵬騫，蔣靜坪. 基于CAN總線的煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計2007.6

[9]張坤.礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計2011.6.