人工读表计数监测是最早的一种方法简单、直接的方法。目前在很多地方还是采用这种方法,这是一种人工读表计数方法只能在备用传感器运行的条件下进行,要求测试人员具备专业的测试技术知识,试时需要多人配合才能完成,测试数据的处理也要消耗较长时间。除上述局限性外,人工读表计数方法还有一个缺陷,即所得到的结果有很大地主观性,甚至不同得测试组可能得到不同的结果。
传感器是一种检测装置,可以感觉到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检验测试和自动控制的首要环节。
我国目前现有的监测系统仍存在很多问题。目前,对工作现场的压力测试主要有三种方法:(1)采用分离仪器,人工读表计数的方法。这种方法是根据传感器运行特性和行业安全规程的要求,定期的其进行性能测试。(2)采取了压力自动测试系统。这种方法只是对压力参数进行监测。(3)采取了压力在线监控系统。这种不仅监测压力参数,而且根据采集到的参数判断运行工况点的情况,并在参数超出设定的范围时给出报警。
系统原理如图1-2所示。操作台是监测系统中面向管理人员的界面,具有简单易操作、显示清晰、常规使用的寿命长、操作精度高等特点。操作台总体电路由传感器变送器电路、报警电路、显示仪表、报警显示、指示灯显示、信号隔离转换、处理电路组成。
随着Windows操作系统主流地位的确立,PC总线工控机在自动化领域的普及,基于PC总线和Windows平台的工控软件也慢慢变得多。国外开发的软件功能较强,但价格也贵;国内软件价格相对便宜但功能有限。因此最终我们最终选择了Visual Basic6.0自行开发软件部分,程序流程见图1-3。
(a)集中定位显示在线测量与处理压力参数,并以指定的时间间隔刷新,便于各种参数的直接定位观察和使用;
(b)以实时曲线图形显示在线测量与处理的压力参数,便于观察一小时内(或其它指定长度)各种不同参数的变化趋势;
(c)以历史曲线图形显示测量与处理的压力行参数,并能查询任意历史时刻的数据。历史数据在计算机数据库中的保留量为一个月或指定时间跨度,也可挎到磁盘长期保存,便于查询分析;
在线监测系统基于单片机,其监测终端(下位机)采用单片机,实现对压力参数实时监测。所监测参数在终端LCD液晶显示板上集成显示,并动态显示相关曲线,同时监测参数通过通信模块传送到远程上位PC机,实现远程在线)系统组成
系统设备由与井下压力监测有关的传感器、变送器、数据采集装置、数据传输及控制装置、煤矿端计算机监控站设备和监测监控和数据核定设计软件和信息联网软件等部分所组成。系统基本设备组成见方框图1-1。这些现场监测装置通过传输电缆将信号传送到监控主站。
6)完善的在线帮助系统。操作人员可随时查询帮助文件,解决操作中遇到的疑难问题。
7)系统能实现检测设备与管理部门的计算机联网。随时显示的检验测试的数据可通过通讯系统进入局域网以便管理部门进行调度及查阅。
设计出不平衡、不对中等几种故障设计出故障后,在实验室内利用试验台在不同故障程度,不同性能干扰和不同现场干扰的各种工况下做试验,通过传感器来获取信号,将采来的信号进行模数转换、滤波、放大等处理后进行信号分析,提取故障征兆,为故障诊断库提供样本。矿用压力在线所示。
因此对于中小型煤矿,在现存技术条件下,建立经济可靠的新型安全监控系统网络,既能做到对煤矿井下压力进行实时准确地监测,又能为管理部门提供详细、准确的第一手资料,便于动态地组织、指挥和管理生产,提升工作效率,是当前发展趋势。
我国煤矿监测监控技术应用较晚,80年代初,从波兰、法国、德国、英国和美国等(如DAN60,TF200和Senturion-200)引进了一批安全监控系统,装备了部分煤矿;在引进的同时,通过消化、吸收并结合我国煤矿的真实的情况,先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ6、KJ75、KJ80、KJ92等监控系统,在我国煤矿已大量使用。实践表明,安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用,各局矿己作为一项重大安全装备。当时相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因,或者已淘汰、或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至,已无继续维修维护的必要,系统面临更新改造的机遇。
我国煤炭资源总量位居世界第一,可采储量为2040亿吨,位居世界第二。煤炭在我国具有其它能源无可比拟的优势,煤炭约占我国化石能源的95%,储量95%上世纪八十年代以来,随着我们国家国民经济的快速发展,煤炭消费持续迅速增加。2003年我国煤炭消费达到16亿吨,2004年、2005年,我国煤炭缺口更是分别达0.4亿吨、1亿吨左右,煤炭业一片欣欣向荣。
5)嵌入系统与制控设备是近距离结构,由此减少了从设备到上位机传输线路中的损耗,更有效的提高了测量精度。
6)此系统避免了传统模式采用板卡的集中系统,占用大量计算机资源,实时性较差,易引起计算机死机;模拟信号传输距离远,抗干扰和可靠性显而易见地下降的弊端。
本系统以国家标准和煤炭行业标准为依据,应用工业计算机检测技术对煤矿井下压力状态进行连续在线测量与处理。以多种方式提供压力状态的各种数据。保障井下的安全进行,并为多种功能扩充提供方便的条件。
1)该系统采用嵌入式微控制器,可深入控制现场,具有较高的实时性和可靠性。
2)该系统从控制现场到上位机的传输信息是数字信号,从而有较远的传输能力和较高的抗干扰能力。
4)嵌入式微控制器采用了先进的防死机技术,避免了因系统死机造成的失控损失。
但是在我国煤矿2.8万个煤矿中,仅有0.4万个大型国有煤矿。中小煤矿是个庞大的,不该是个被忽略的群体。中小煤矿事故屡屡发生,究其原因除了从业人员技术素质低、责任心不强、安全意识差之外,更重要的是由于设备简陋、工作环境恶劣,而且由于一般煤矿矿井和矿井之间以及矿井和生产管理部门之间距离相对较远,致使煤矿各级领导及有关业务管理部门不能随时获取矿井生产、安全、通风等现场状况,不能及时做到生产的全部过程的统一调度指挥。另外,传统的煤炭企业的生产和设备自动化程度较低,管理方式粗放,特别是由于各方面的因素,短时间之内难以全面更新设备条件和生产方式,有必要通过采用信息处理的有关技术促进生产安全控制和管理上的水准的迅速提高。
3)工况点显示、事故报警及追忆功能。可在检测曲线上显示运行工况点,压力出现异常时系统能在各相关界面给予报警提示并把距当前时刻一小时内的各种参数及日期、时间等进行记录以便事后分析。
5)数字滤波。由于工业监测监控环境比较恶劣,干扰源比较多,如环境和温度、电场及磁场、振动等,为减少对采样值的干扰,提高系统的性能,不仅对采样值进行数字滤波,而且在应用程序中采用复合滤波算法即通过一定的计算程序对采样信号来加工,增强其有用信号,消除或减少各种干扰和噪音,以保证计算机系统的可靠性。
采用自动检测系统,以在线测试传感器的各个参数,能及时向负责维护工作的人员提供压力参数。目前这种系统做的较多,但系统的功能单一,互不兼容。目前存在的矿井监测系统均是针对某一特定的监测对象专门开发的,通用性较差,而且界面交互性不好。
在线监测系统能根据采集到的数据判断的运行工况情况,目前在某些行业都已采用这种系统。这里将根据当前我国的技术水平,借鉴国内外的先进的技术,研制适用于我国国情的井下压力在线监控系统。
本课题主要研究了煤矿压力测试设备的实时监控系统,并将重点放在压力检测的设计研究,主要是利用8051单片机系统对井下各种智能传感器所采集到的压力数据等做多元化的分析处理,再通过调制解调器传输给上位机,再通过上位机发出的控制信号以达到报警、断电和自动开停等功能。
课题针对国内煤矿现有的监控设备系统设计了网络化的监测系统软件及硬件的解决方案,以SCADA/HMI软件、WEB网站为系统集成平台,通过OPC、Web、Service、X ML技术,实现各种监控数据的网络共享。该方案包括不一样信号的采集、调理隔离、数据存贮传输、数据处理、设备正常运行状态的实时监测和网络化的实时监控。
我国煤炭产业每年事故死亡人数近万人,直接经济损失超过40亿元,而全世界其它所有产煤国事故死亡人数不超过800人。仅云南全省煤矿1991年~2000年十年间共发生意外事故1303起,死亡2394人。国家一直很看重煤矿安全问题,也投入了大量的财力物力人力来解决这一个问题。据悉,我国已经先后投入40亿国债资金,并于2004年再投入40亿元解决原国有重点煤矿重大安全技术改造项目经费问题。
煤矿端监控主站由 监控计算机、打印机、传输及控制接口、UPS电源等设备组成。接口装置通过电缆与现场监控设备通讯,还用电缆与放置在井下的远程断电器相连,实现断电功能。
该系统由传感器、操作台和微机终端组成。各环节的设计最大限度地考虑了煤矿环境的特点,传感器将信号转换成电信号,操作台接收电信号后,一方面巡回显示各监测参数,另一方面将电信号转换为数字信号通过通讯线路远传到微机终端,通过计算机采集、处理显示和打印监测结果。
煤矿井下压力监控系统是煤矿信息管理的基础设施,它依托工业公司网的建设而存在,是企业信息化建设最重要的一个组成部分。煤矿井下压力监控系统的集成化、网络化是目前控制领域的一个重要发展趋势。它是一种综合的集成技术,涉及现场总线技术、计算机技术、通信技术、数据库技术、多媒体技术、控制技术和网络技术等。从网络结构上,煤矿井下压力监控系统可分为信息网和控制网两层。信息网处于工业公司网的上层,使企业数据共享与传输的载体:控制网处于工业公司网的下层,与信息层紧密地集成在一起,服从信息网的操作,同时具有独立性和完整性。
(d)以报表形式查询显示在线测量与处理的压力参数的历史数据,便于值班人员打印值班表及技术人员定量研究、分析和准备数据制作性能曲线;
①在参数集中显示画面变化显示;②报警灯闪烁提示切换到报警窗口以报表详细显示;③蜂鸣器鸣叫提示;④数据库中记录。
(f)风机性能现场测试和绘制压力变化的特性曲线.监测与通讯系统的主要功能
1)现场实时监测数据的各种动态图形及数字显示。主要有直观及符合人们习惯的模拟表盘和可以观察到各参数随时间变化趋势的X——Y轴图形。
2)监测数据的存储及查询。井下的监测参数定时存储以便用户进行数据报表的整月打印,也便于管理部门(如调度室等)分析有关数据,强化管理。系统共保存距当天61天(按照每个用户要求还可增加)的数据,并记录了一天内各种监测数据的平均值以及一天24小时各参数的变化趋势图。