维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年６月 矿业安全与环保 第３３卷第３期 ＫＸＳＧ８ Ｃ井下火灾束管监测系统 控制箱的研制 刘 胜 （煤炭科学研究总院重庆分院，重庆４０００３７） 摘 要：对ＫＸＳＣ，８Ｃ井下火灾束管监测系统控制箱的软、硬件方面进行了详细介绍。该控制箱核心 采用嵌入式Ｐｃ为主ＣＰＵ控制采样、分析计算、显示、存储、通讯等，作为井下型火灾监控预测预报系统 分站，具有功能强大、现场实时性强、准确性高、自动化程度高的特点，能够满足大、中、小型矿井进行井 下自然发火预测预报监测的需要。 关键词：井下火灾；控制箱；分站；束管监测系统 中图分类号：ＴＤ７５ ２．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—４４９５（２００６）ｏ３—００２３—０３ 根据设备安放地点不同，矿井火灾束管监测系 专门负责为气体传感器提供本安电源，为安设在采 统分为地面型和井下型。地面型通过“束管”抽吸井 样分析柜中的防爆电磁阀供电实现气路控制，远程 下气样到地面，采用地面分析仪器分析，进行连续监 控制配套的水环真空泵防爆开关实现水环真空泵运 测；但由于其抽气管路过长，气样分析实时性较差， 行控制，连续自动采集处理系统可对采样分析柜中 且易于因管路风阻过大或管路漏气故障等因素影响 安设的传感器实时数据采样，通过对气体成分的在 气体分析的精确性，从而影响监测的准确性。井下 线实时监测、分析，实现对采样地点自然发火情况的 型通过放置在井下的监测设备，对所需要监测的参 预测预报，与ＪＳＧ一８井下火灾束管监测系统地面中 数进行现场监测采样、分析处理。井下型监测设备 心站计算机的数据双向实时通讯…。 通常作为监测分站内嵌计算机系统进行现场采集信 号、实时分析计算，能实现分析结果就地实时显示、 １主要技术指标 存储、报警等功能，并可通过传输电缆与地面监测中 １）电源：输入电压６６０ Ｖ ＡＣ标称值的８５％～ 心站进行双向通讯，地面监测中心站可远程控制及 １１０％： 设置井下监测分站参数等。井下监测分站也可向地 ２）本安输出：ｌ８ Ｖ，３００ ｍＡ ＤＣ ５路供传感器； 面监测中心站传输实时数据及分析、计算结果，同时 ５ Ｖ，５００ ｍＡ ＤＣ １路供主板；０—５ Ｖ，１００ ｍＡ ＤＣ １路 可以利用地面中心站计算机强大的计算功能，实现 对监测数据的图形显示、报警提示、打印报表、数据 通信；传输速率为２ ４００ ｂ／ｓ； ３）控制输出：３６ Ｖ，５００ ｍＡ ＡＣ １路循环供防爆 长时间存储等功能，从而尽可能避免因抽气管路过 长带来的监测分析误差，提高了监测的实时性和准 电磁阀；３６ Ｖ，１ Ａ ＡＣ触点２路； 确性。 ４）传感器信号输入：３路频率模拟量； ＫＸＳＧＳＣ井下火灾束管监测系统控制箱是ＪＳＧ ５）主机：嵌入式ＰＣ； 一８型井下煤自然发火预测预报束管监测系统的主 ６）存储容量：８Ｍ ＤＲＡＭ １６Ｍ辅存，可扩展ＩＤＥ 要配套设备，承担ＪＳＧ一８井下火灾束管监测系统井 电子盘２５６ Ｍ； 下监测分站、信号传输装置和取样控制装置的功能， ７）工作电流：＜５００ ｍＡ； ８）防爆类型：矿用隔爆兼本质安全型； ９）防爆标志：Ｅｘｄ［ｉｂ］Ｉ。 收稿日期：２００５—０８—１９ 作者简介：刘胜（１９ｒ７ｌ一），男，四川合江人，硕士，高级 ２主要性能指标 工程师。主要从事煤矿安全技术科研、产品开发工作。 １）￣ｌＪ量功能：数据采集分析智能主机，通过气路 ・ ２３・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年６月 矿业安全与环保 第３３卷第３期 控制，实现对ＣＨ４，ＣＯ，ｏ２传感器信号的采集，对采 集数据利用嵌入式ＰＣ内嵌专家系统进行火灾预测 ６）可按分站号、气路号、日期、时间、气体组分、 火灾预测指标等，把监测到的数据分别存储在控制 计算、分析、存储、显示并传输给监控中心站软件； ２）显示：８位ＬＥＤ数码管显示； ３）键盘：红外遥控； 箱内，以便以后查阅； ７）可将监测、统计分析、预测结果等所有数据 通过传输电缆、通讯接口传送到地面监控中心站。 控制箱分为隔爆腔和本安腔两部分，隔爆腔中 由变压器和电源模块组成，本安腔包含主控制板，通 讯板、存储卡以及显示指示等。主控制板ＣＰＵ采用 ４）串行接口：外扩展与ＩＢＭＰＣ兼容串行接１３； ５）信号传输：控制箱到地面中心站之间的通讯 距离≥１０ ｋｍ； ６）控制箱与井下采样分析柜最大距离为５ ｍ； ７）数据处理精度：控制箱数据处理精度≤ｌ％ （不含传感器误差）。 ３硬件设计及技术要求 根据设计要求，ＫＸＳ￣Ｃ控制箱主要由主控制板 （含显示、存储等功能）、通讯板、控制板、本安和隔爆 电源等组成。 控制箱工作原理见图１，电原理见图２。 …‘ 巫 击 ＣＨ．．ＣＯ．Ｏ 侍意蚓Ｉ真空幕 图１ ｌ。（ｓＧ８Ｃ控制箱工作原理图 图２电原理框图 控制箱的基本功能： １）可根据红外遥控按键板进行井下现场监测 初始化数据输入，也可通过通讯接１３，利用地面中心 站软件进行远程数据初始化； ２）按设定的管路采样时间、采样顺序控制电磁 阀的选通和关闭； ３）按巡检方式接收来自井下ＣＨ４，ＣＯ，（）２传感 器信号； ４）根据初始化数据控制真空泵开关，从而控制 井下束管抽气状态； ５）可将监测的传感器信号以及管路顺序等数 据进行统计、分析、计算，进行火灾预测； －２４－ 嵌入式ＰＣ控制数据采集、专家系统软件计算分析和 通讯 。 控制箱隔爆外壳为铸钢件，精加工的箱体与箱 盖外壳部件的隔爆结构参数须符合煤矿用电气设备 隔爆兼本安要求。 装置投入运行后，在显示窗口有根据各条管路 设定的采样时间循环显示的前一运行气路的火灾监 测指标，说明系统工作正常。监测系统在故障状态 时，能够自动复位重新启动，以使监测状态能够正常 运行。 ４软件设计 ４．１控制箱主程序 主程序流程框图见图３。 图３控制箱主程序流程图 控制箱作为分站使用时，地面中心站软件设置 为通讯电缆可挂接５台同时使用，通过地面中心站 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年６月 矿业安全与环保 第３３卷第３期 软件发送分站号识别。参数设置可在井下现场进 行，也可通过地面中心站软件远程设置。软件以Ｃ 语言编制实现。 ４．２参数设置 １）可设置分站号为０～５。当分站号设置为５ 时，中心站软件不与之通讯； ２）可设定１Ｏ路电磁阀（２路备用）中任意几路 的启用或者停运； ３）可设定启用电磁阀的抽气时间、采气时间； ４）可设定０号真空泵和１号真空泵的启用和停运； ５）可设置启用真空泵的运行时间； ６）可设定系统的时钟，包括年、月、Ｈ、时、分。 整个设置过程可在ＬＥＤ数码显示窗上进行，即 井下现场显示设置，也可通过中心站软件以通讯方 式进行设置，参数设置后自动进入运行状态。 ４．３控制箱的数据采集、计算、存储、控制 主ｃＰＩＪ（嵌入式ＰＣ）分时对定义为开启的０—８ 号气路的３个气体组分模拟量进行采集。每个气路 的运行状态可分为抽气、采气两个状态。抽气时间、 总采气时间可调。而总采气时间又可分为净气和采 气两个部分。对传感器信号采样时，为间断采取 ｃｌ｛４，ｃ０，ｏ２浓度值，经滤波数据处理得出有效浓度 值。专家系统进行计算分析得出火灾预测指标。按 分站号、气路号、Ｈ期时间、组分、综合指标等内容进 行存储并上传到中心站。主板及扩展存储介质可存 储数据１年以上，按月份存储。数据存满后，可自动 刷新…。 ４．４数据传输 井下数据采集结果及预测预报结果经通讯接口 传入地面控制中心站，进行统计、计算分析、存储及 火灾预测预报。局域网内其他计算机可通过网络查 阅监控主机的测量、计算的结果数据ｕ４ ］。数据传输 通讯软件框图见图４。 通讯接口 １分站号判断ｌ 器Ｉ盘Ｌ ｌ．１皇通由 指 讯令判成功断 皇Ｉ．ｒ ——一 ５结论 ＫＸＳＧ８Ｃ控制箱经研究试验和性能考察，证明其 电路设计合理、工作可靠、性能稳定。该控制箱集气 体分析信号接收、气体采样控制、数据分析处理、火 灾预测分析计算、信号传输等各项功能于一体，使井 下的火灾气体状况能及时在井下现场显示、报警并 同时传输至地面中心站，能及时准确地进行火灾预 测预报，因而使现场用户能方便、及时了解煤矿井下 的安全状况，为消除井下火灾危险起到重要作用。 作为ＪｓＧ一８井下火灾束管监测系统主要部件，该类 型设备已有多套推广应用于大、中、小型矿井火灾监 测现场，运行稳定、可靠，可实现实时在线连续监测， 完全能够满足自然发火预测预报监测需要。 参考文献： ［１］刘胜，王正辉，等．ＪＳＧ一８型井下煤自然发火预测预报 监测系统［Ｒ］．重庆：煤炭科学研究总院重庆分院，２ｏｏ４ ［２］李华．ＭＣＳ一５１系列单片机实用接口技术［Ｍ］．北京：北 京航空航天大学出版社，１９９３ ［３］秦石乔，王省书，等．微机接口技术及应用［Ｍ］．长沙：国 防科技大学出版社。２ＯＯＯ ［４］周佩玲，吴耿锋，等．１６位微型计算机原理・接口及其应 用［Ｍ］．合肥：中国科学技术大学出版社，２００１ ［５］邱公伟，赵祥元，等．实时控制与智能仪表多微机系统的 通信技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９６ （责任编辑：吴自立） 本刊声明 《矿业安全与环保》杂志已全文入编“中国期刊 全文数据库、《中国学术期刊（光盘版）》”、万方数据 一数字化期刊群”、“中文科技期刊数据库”、“中 全数字图书馆科技期刊数据库”等，提供网络信息服 务，凡有不同意入编者，请在投稿时特别注明，我们 将作适当处理。 本刊有出版电子版、网络版等权力，本刊所付的 一次性稿酬已包含上述作者著作权使用费。 ・２５・
