煤矿安全监控分站的plc设计_毕业设计(编辑修改稿)

煤矿安全监控分站的plc设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

4 我国煤矿安全监控系统的发展 矿井安全监控系统是以矿山井上，井下各主要生产和辅助生产环节的作业环境条件和作业状况为监控对象，并以各种类型传感器为参数数据收集元件，以数字信息处理为技术基础，用计算机进行信息处理的 .一种实现分散和集中监测，控制的自动化系统。 它是矿山实现遥测，遥讯，遥控和全面自动化的一个及其重要的组成部分。 目前，安全监测系统主要侧重与环境参数的集中监测，如 :检测氧，甲烷 (沼气 )，一氧化碳，烟尘，温度及通讯网络参数等，同时 .部分设备的工况监测也开始纳入矿井安全监测系统之中。 本世纪 70 年代末国际上开始应用矿井监测系统，进入 80 年代初期，日本，美国，波兰，法国，德国等国家先后研制并使用了十余种安全监测系统，在这些早期研制的系统中已开始使用小型机和微型计算机进行数据处理 .在信息传输方式上，有时分，频分，基带，脉码，编码以及移频键控，调幅等多种方式，传输速度从 50bit/s 到 500bit/s，分站容量有大有小，矿井安全监测系统有了很大发展。 这一时期的特点是 :用户系统围绕中央小型计算机配置，软件用高级语言编写，输入输出装置由实验型硬件组成 .井下传感器与中央计算机之间的通信协议通常以串行数据格式的电压表示，该协议仍受矿井环境影响，系统程序是计算机顺利工作的保证，一般由生产单位提供。 我国最早自行研制的 WDJ1 与 MJC100A， AW80 等系统同属于第一代计算机集中监测系统，现 已基本淘汰。 进入 80 年代中后期，矿井监测系统通常以微型机为基础，程序软件填补结构风格空白，由生产部门提供输入，输出硬件，而使各种输入，输出功能均可使用，井下传感器与中央计算机之间的通信协议已不受矿井环境的干扰 .另外，采用错误校验和数据传输中串行数据桢频技术的抗干扰方法，人机接口由彩色显示屏，图形显示器，打印机，多线文本显示器及灯光模拟盘提供，操作员接口可以在多处设置，传感器均按矿井工作环境需要而制造等，比早期系统在可靠性和有效性方面有了较大提高 . 我国 80 年代后期研制与仿制的监控系统，其技术水平已相当于国 际 80 年代中期水平，近几年已在国内广泛使用 . 今后矿井监控系统的发展方向，主要应以工业主计算机为主，配合多台微型计算机和大量的微处理机，构成模块化，功能化的计算机局网分布处理系统，这种系统中计算机处理能力更加完善 .例如 :分站内配置的局部微处理机具有独立报警断电和通过操作显示器与其余分站保持相互联系，也与区域性管理的主计算机联络的功能 .而区域主计算机可为监控系统的一个构成部分，并与地面的上级主计算机联络，从而形成以计算机为骨架的监测网络 . 在系统软件方面，则应包括多种布置方案，编辑程序以及为用户编程用的辅助程 序，且使监测系统软件可在工业型主计算机软件系统的任意一个部分中运行，使矿井监测系煤矿安全监控分站的 PLC 设计 5 统在矿井计算机系统之间起着一个公用通道的作用 .监测系统要能支持多台输入输出设备，要有较强的抗干扰能力和错误校正和补偿能力 .总之，到那时，监测系统将对煤矿安全提供更有价值的帮助了 . 目前存在问题 通信协议不规范 由于现有厂家的监控系统几乎都采用各自专用通信协议，所以，很难找到两个相互兼容的系统。 目前，信息传输系统的兼容性已成为装备监控系统的各集团公司、矿井进一步补套和扩充系统功能的制约因素，主要是用户在装备了 某厂家的系统后，在众多型号、价格不同、功能各具特色的监控系统的软件、硬件（如分站）的补套以及服务等方面，就别无选择地依赖于这个厂家。 有些矿井为了安全生产的需要，在系统存在严重问题和得不到技术服务的条件下，不得不废弃原有系统而另选择其他的系统。 因此，通信协议不规范的后果是造成设备重复购置、系统补套受制于人和不能随意进行软硬件升级改造。 井下信息传输设备物理接口协议不规范也是制约用户进一步补套和扩充系统功能的关键因素。 如 KJF2020 和 KJ4/KJ2020 系统，尽管 两种系统均采用 FSK 技术，以及信息传输波特率均为 1200bps 或 2400bps，但其传输信息的调制频率不同和传输信息的收发电压幅值不同也造成这两种系统的分站不能兼容。 传感器等质量不过关 与监测监控系统配接的甲烷传感器已成为矿井瓦斯综合治理和灾害预测的关键技术装备，并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。 据统计，国产安全检测用甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件，然而，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的正常检测，与国外同类传感 器比较差距较大。 主要问题是： 1) 抗高浓冲击性能差。 在巷道瓦斯涌出量大的情况下元件激活。 反复作用的结果造成零点漂移并使其催化性能下降，抗高浓冲击性能差是造成元件使用寿命低、稳定性差的主要原因。 2) 对过分追求低功耗的元件，在矿井高湿度环境条件下， CH4 在元件表面燃烧生成的水蒸气易于凝结在元件表面，降低元件使用寿命。 3) 抗中毒性能差； 煤矿安全监控分站的 PLC 设计 6 4) 载体催化元件制作工艺水低，元件一致性差。 尽管国家和各省、地、市煤炭管理部门强制性要求各大、中、小 煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统，并加大了对矿井安全生产的管理力度，但一些地方国有煤矿，特别是乡镇小煤矿，多数由于缺乏专业技术人员而不能正常使用和维护已装备的系统，甚至对系统配接的传感器根本不 进行调校。 煤矿安全监控分站的 PLC 设计 7 2 系统的整体基本状况 井下分站在煤矿安全监控系统中的作用 分站是监测系统的独立单元，负责接受中心站的各种指令，并根据中心站定义及所采集的模拟量值的大小和开关量的状态，可自行实施对外控制，对开关量的采集具有记时累加和记次累加的功能。 本次设计的分站以 PLC 为核心，负责接受传感器信号并将其经过处理后送往地面中心站，地面中心站接收到信号后进行相应的处理，在对分站进行相应的控制，如断电、报警等。 分站本身是个智能型的装置，它除受中心站控制之外，其本身也能完成相应的采集数据和控制功能，也可以称为一个子系统。 设计要求及特点 监测信号种类 要求各矿能够监测的信号种类为： 氢气、一氧化碳、 瓦斯、风速、开停、风门等信号。 控制内容 要求能在判断有事故发生后能够及时报警并将数据传送给中心站，接收中心站的指令。 设计要求 各矿监测监控系统设计指标不得低于《煤矿监控系统总体设计规范》和《煤矿监控系统中心站软件开发规范》规定的各项指标；各矿能够实现监测参数超限、开关设备停运，为煤管局主动调阅各矿数据预留接口。 设计特点 1) 系统不仅实现了监测监控，而且能根据被监测环境地点的参数进行有效的危险性判别、分析和提出专家决策方案。 系统实现了全面的网络化，按统一的格式向外提供监测数据。 2) 针对通信协议不规范和传输设备物理层协议不规范尽，提供了一套完整的解决系统兼容性的方案，为矿井补套和扩充系统提供了方便。 3) 系统采用 一箱式 结构，配置灵活，可满足大、中、小型煤矿的不同情况的需要。 可根据各煤矿的实际情况进行拆分和集成，选择不同的传感器和网络结构。 4) 系统软件采用模块化管理，通过一体化平台框架进行集成。 各功能模块具有很强煤矿安全监控分站的 PLC 设计 8 的独立性，同时通过一体化平台框架相互结合在一起，成为有机整体。 可方便地各煤矿的实际需求，选择相应的模块进行配置，组成完整的系统。 5) 采用高可靠性、及最新的传感器。 系统构成 煤矿安全监控系统由早期的地面单微机监测监控已发展成为网络化监测监控以及不同监测监控系 统的联网监测。 其主要由监测终端、监控中心站、通信接口装置、井下分站、传感器组成。 煤矿监控系统是将计算机网络、矿井安全和生产实时监测、电力监测、工作面综合监测等系统综合在一起，形成一个完整的、实用的矿井监控系统。 根据需要各部分既可以集成在一起，又可以单独使用，以满足矿井的不同需求。 本设计的井下分站 系统是 煤矿安全监控系统的重要部分，负责接受传感器信号并将其经过处理后送往地面中心站，地面中心站接收到信号后进行相应的处理，在对分站进行相应的控制，如断电、报警等。 分站本身是个智能型的装置，它除受中心站控制之外，其本 身也能完成相应的采集数据和控制功能，也可以称为一个子系统。 它由主板、显示板、电阻板和通讯板，为减小分站体积，采用尽可能紧凑的方式连接成一体的结构 系统中心站 系统提供了全面的监控能力，实现了对数据的智能分析，提供了完整的专家决策解决方案。 环境监测：主要监测煤矿井下各种有毒有害气体及工作面的作业条件，如高浓度甲烷气体、低浓度甲烷气体、一氧化碳、氧气浓度、风速、负压、温度、岩煤温度、顶板压力、烟雾等。 生产监控：主要监控井上、下主要生产环节的各种生产参数和重要设备的运行状态参数，如煤仓 煤位、水仓水位、供电电压、供电电流、功率等模拟量；水泵、提升机、局扇、主扇、胶带机、采煤机、开关、磁力起动器运行状态和参数等。 诊断功能：系统提供多种诊断功能，包括系统的传输效验、误码率测试、传感器故障统计、分站故障统计等等监测系统的自身诊断，还可以通过 Modem 进行远程诊断，并根据情况进行修复或提供更新的软件版本升级。 中心站可设调试电话主机一台与传输接口相连，可配 3～ 5 个电话副机，电话副机可随身携带，需通电话时插入电话插孔即可与地面通话，分站、接线盒、传感器等设备上都设有电话插孔，因而可实现全系统范 围内的联络通信，为整个监测系统的检修调试提供了极大的方便。 专家决策系统：具有测点定义功能；具有显示测量参数、数据报表、曲线显示、图形生成、数据存储、故障统计和报表、报告打印功能；可分析利润、成本等。 并采用国际通用的 TCP/IP 网络协议实现局域网络终端与中心站之间实时通信和实时数据查询。 本系统中心站应用软件的操作界面实现了全面的可视化和图形化，界面友好、操作方煤矿安全监控分站的 PLC 设计 9 便。 提供了完善的用户及权限管理，保障数据的安全，面向用户提供个性化服务。 提供了完整的帮助系统，保障用户对系统的正确使用。 局域网 络 本系统利用 Web GIS 技术使得大到省煤矿安全生产监督管理局、矿业集团公司所辖各矿井分布位置，小到各矿采区工作面实际尺寸及设备实际使用位置，以任意无级缩小或无级放大图形的形式达到图形和数据的无缝集成和浏览；提供完备的安全监测与安全信息管理和监管功能；建立煤矿基础数据库、对主要图纸（通风系统图、采掘工程平面图、井下运输系统、抽排水管路系统图、电气系统布线图等）实现动态浏览；实现安全信息的共享和设备隐患排查；安全信息的网上公开（公司内部）；安全隐患排查及信息发布（如对各矿下达整改通知）等。 实现了对矿井通风系 统安全性分析、诊断、评价、管理及通风网络调整的科学决策 . 井下分站功能 井下分站采用智能化设计，基本 功能 如下： 1) 可以检测高、地浓度的 CH CO、风速、温度、压力等环境参数； 2) 可以监测风门开关、设备开 /停状态等各种开关参数； 3) 可以完成对 16 路输入信号的监测，并且可以将模拟量和开关量传感器混装使用，即对某一路输入来说，既可以接 200HZ1000HZ 频率型模拟量传感器，也可以接开停量传感器，完全由中心站进行定义； 4) 适合矿井环境需要，耐压、耐腐蚀、防潮、密封； 5) 能自检 12V 电源掉电与否以及分站电源是否欠压； 6) 具有死机复位功能； 7) 分站停电后初始化 信息不丢失，可以按掉电前的监控参数独立工作； 8) 通过液晶显示块显示传感器实值、通讯及供电状况； 9) 对模拟信号的瞬时高值和瞬时低值具有一定的抑制作用； 10) 8 路继电器输出即可选择常开触电输出，也可以选择常闭触电输出； 11) 可扩展一个 RS485 通讯接口； 12) 可以扩展使用两线制频率型传感器。 系统配接的各种传感器控制器 传感器的稳定性和可靠性是煤矿监测监控系统能正确反映被测环境和设备参数的关键技 术和产品。 目前国内生产和用于煤矿监测监控系统的传感器主要有瓦斯、一氧化碳、风速、负压、温度、煤仓煤位、水仓水位、电流、电压和有功功率等模拟量传感器，机电设备开停、机电设备馈电状态、风门开关状态等开关量传感器，以及监控塌方和水灾煤矿安全监控分站的 PLC 设计 10 的光纤传感器。 以上传感器的。