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・