煤矿井下本质安全电气系统设计及技术发展

我国目前还没有针对煤矿井下本质安全电气系统的标准,新版IEC 60079-25对I类本质安全系统的技术规定也很不完善。文章给出了本质安全电气系统的概念,分析了煤矿井下爆炸性环境的特殊性;针对整体或部分用于煤矿井下爆炸性环境中时需达到I类EPL Ma级或EPL Mb级保护水平、防爆类型为本质安全型"i"的本质安全电气系统,论述了系统结构设计和防爆参数评定的关键要素,并提出了实用方法;提出了系统设备故障分析和系统互连电缆故障分析方法;最后分析了国内外本质安全技术的现状及发展。     

一种基于数字证书的网络设备身份认证机制

提出了一种基于数字证书的网络设备身份认证机制，该机制利用一种新型的装置——“设备认证开关”对网络设备进行认证，对通过认证的网络设备接通网络连接，并对流经它的网络数据流进行实时监控，保证合法连接不被盗用。认证方法则采用了目前最先进的PK1技术。与现有的网络身份认证技术和系统相比，基于设备认证开关的网络设备认证机制将保护的边界拓展到了内部网络的最外缘，通过在网络设备的数字证书中嵌入简单的权限信息，可以自动地管理网络物理接口的使用。     

《煤矿安全规程》电气部分修订意见

提出严禁矿用一般型照明灯具、通信、自动化装置和仪器仪表等小功率非防爆设备用于煤矿井下;照明灯具应采用LED等冷光源,优选本质安全型或本质安全型与浇封型或隔爆型等其他防爆型式的复合型;用于煤矿井下的监控、通信、监视、控制设备和仪器仪表应优选本质安全型,设备之间传输的信号必须是本质安全型信号;大功率电气设备应优选隔爆型电气设备,隔爆型电气设备应将接线腔与主腔分腔布置。提出矿用通信与信号电缆和光缆可以盘圈。提出与隔爆型电气设备连接的矿用电缆必须耐爆;严禁矿用通信与信号电缆和光缆直接与单一隔爆型电气设备连接;与隔爆兼本质安全型电气设备连接的矿用通信与信号电缆和光缆必须耐爆。提出煤矿井下严禁使用铝芯电缆。提出用于局部通风机的欠压保护和失压保护应有延时措施;除掘进、开拓和临时施工场所外,尽量减少局部通风机的使用;严禁在形成全风压通风的回采工作面使用局部通风机稀释上隅角瓦斯等。提出矿灯应采用LED等冷光源,应采用本质安全型或本质安全型与浇封型等其他防爆类型的复合型;光源及灯绳(电池与头灯分离时)中传输的电能必须是本质安全型;严禁白炽灯等特殊型矿灯用于煤矿井下。     

基于嵌入式系统的Internet接口开发

针对目前大部分基于单片机、DSP和PLC等底层设备直接上网存在的困难,本文提出一种基于嵌入式系统的Internet接口实现方法,实现了低端设备与因特网的互连,为智能家电、智能大厦和远程监控等领域提供了一个经济快捷的通用接口,大大缩短了系统原有的开发周期。     

煤矿监控系统主要设备的平均无故障工作时间测试与分析

介绍了平均无故障工作时间测试方法,在4个煤矿对某种煤矿监控系统的平均无故障工作时间进行了现场测试,得到了该煤矿监控系统主要设备的平均无故障工作时间,并得出结论:该系统中本质安全型电源、瓦斯传感器、CO传感器和风速传感器的平均无故障工作时间相对较短,应是今后设计改进的重点;该系统能达到AQ 6201—2006标准提出的平均无故障工作时间应不小于800h的指标;统计结果表明,煤矿井下的线路故障是一种多发故障。     

一种新型矿用本质安全型电源的设计

针对目前煤矿井下多输入电压等级本质安全型电源的笨重和单输入电压等级本质安全型电源的局限性问题,提出了一种新型本质安全型电源的设计方案。该新型本质安全型电源采用R型隔离变压器,体积小;采用高性能的DC/DC开关转换电源,提高了本质安全型电源的转换效率,且减小了输出纹波噪声;同时采用由过流检测芯片、单稳态触发芯片、大功率三极管等组成的双重化过流和过压保护电路,提高了本质安全型电源的可靠性。     

本质安全系统认证方法的研究

本质安全技术是一种非常可靠的防爆手段,本质安全设备是防爆设备中最安全的。本文介绍了本质安全系统的基本特征和本质安全设备检验方法的现状。作者提出了一种本质安全系统认证的方案,对本质安全系统的现场设备和关联设备的安全性能分别进行检验,进而得到设备各自的参数;在满足参数匹配原则的条件下,将本质安全设备进行自由组合构成本质安全系统。这种方法不但使组合后的系统具有本质安全性能,而且可以在危险环境条件下灵活运用本质安全设备。     

本质安全型抽水蓄能电站计算机监控系统设计探讨

针对抽水蓄能机组的控制特点,提出了构建本质安全型抽水蓄能电站计算机监控系统的设计目标,从提高机组运行可靠性和设备容错水平、提高设备故障预警能力、保证设备安全、保证运行监控操作安全性和友好便捷性等方面阐述了具体可行的设计措施。     

一种分级网络架构的煤矿综合监控系统设计

针对煤矿井下环境复杂、矿井检测节点和检测参数种类众多的情况,提出了一种基于CAN总线分级网络架构的煤矿综合监控系统。主网络采用总线型拓扑结构,二级网络采用星型拓扑结构,系统采用不同的智能节点接入分级网络。分级网络解决了矿井下监控对象网络的独立问题,实现了矿井中所有监测对象整体组网的统一检测;在增加了网络容量的同时,也提高了网络利用率。在组网通信试验中,该分级网络结构和通信节点较好地实现了数据传输的实时性、可靠性和抗干扰性。     

煤矿风井安全参数无线网络监控系统设计及其关键技术

针对煤矿地面风井的安全参数的监测和数据传输存在的问题,提出了一种采用DSP监控分站和无线网络传输数据的煤矿风井安全参数无线网络监控系统的设计方案,着重阐述了系统的风井监控分站、接口电路、网络的选择及无线数据信道优化设计、上下位机软件设计中的几项关键技术。该系统利用DSP为核心的监控分站对地面风井各项参数进行采集、处理和显示,并通过无线网络将数据传送到煤矿地面控制中心站,使之能及时监视处理风井系统故障,达到了安全生产的目的。     

现场总线本安型防爆系统在煤矿自动化系统中应用的可行性分析

介绍了现场总线本安型防爆系统在石化领域及煤炭生产自动化系统中的应用现状,提出了现场总线本安型防爆系统在我国煤炭生产自动化系统应用中存在的问题,指出现场总线本安型防爆系统应用于我国煤炭生产自动化和通信系统中是可行的,但需制定适合我国煤炭生产的现场总线协议标准,认证方式应由系统认证方式转变成参量认证方式。     

基于iFIX的胶带传输集控系统设计

针对贵州某煤矿在胶带传输的各个环节仍采用人工监测方式、难以实现胶带传输集中管理的问题,提出了一种基于iFIX的胶带传输集控系统的设计方案。该方案中,地面调度中心的监控主机和井下PLC设备均安装iFIX组态软件作为SCADA系统节点,同时连入地面调度中心的工业电视;监控主机和井下PLC设备共同接入由矿井通信中心建立的工业以太网,完成对现场胶带传输数据的交换和实时管理功能。实际应用表明,该系统实现了井下胶带传输数据的共享与信息联通,提高了井下生产的安全性。     

煤矿机电设备监测系统的设计

为了实时了解煤矿主要机电设备的运行情况,提出了一种煤矿机电设备监测系统的设计方案。该系统采用温度传感器、压力传感器、电量采集盒采集井下通风机、提升机等主要机电设备的运行状态数据,将数据统一传送到监测分站,监测分站通过RS485总线与地面监测中心的上位机通信,从而实现对煤矿井下机电设备的远程监测功能。长时间的性能测试结果表明,该系统运行状况良好。     

安全高效矿井监控关键技术研究

提出安全高效矿井应采用先进可靠的监控技术,实现供电、排水、通风、压风、运输、提升、瓦斯抽采等固定岗位无人值守和地面远程控制,综采、综放等采煤工作面少人作业和地面远程控制;提出供电、排水、通风、压风、运输、提升、瓦斯抽采等监控系统应具有地面远程控制功能;提出具有远程控制、报警联动、调度指挥等功能的煤矿调度指挥控制中心;提出整合计算机网络机房、程控交换机机房、调度交换机机房、监控系统机房等的数据中心;提出基于煤层瓦斯压力和瓦斯含量、综合指标、钻屑瓦斯解吸指标、复合指标、R值指标、瓦斯涌出量(根据瓦斯体积分数和风量计算)、巷道位置、微震、地音、温度等及其变化的煤与瓦斯突出预警方法;提出基于WiFi的矿用无线传输接口,以便于互通互联;提出通过分布式光纤测温预警煤炭自然发火,较通过监测CO等煤炭自然发火标志气体更直接、更及时、更可靠;提出根据运煤量实时调整输送带速度:当煤量较小时降低输送带运行速度,当煤量较大时提高输送带运行速度,以提高运输效率,减少设备磨损;提出基于光纤综合保护的供电监控系统具有防越级跳闸、地面远程整定和地面远程控制功能,提高了煤矿供电的可靠性,可实现煤矿井下机电硐室无人值守;提出具有煤岩识别与滚筒自动调高,采煤机、刮板机、液压支架3机联动,记忆割煤,地面远程、顺槽近程、手动控制和紧急停机,放顶煤量和煤矸控制,采煤机和刮板机等大型机电设备故障诊断等功能的采煤工作面监控系统。     

基于总线技术的井下通风机监测系统研究

井下通风设备监控系统采用单片机控制、总线挂接式结构，通信方式为CAN现场总线，配合各种智能传感器，自动监控井下通风设备运行情况，该系统提高了井下安全生产的可靠性，避免了因通风设备故障造成井下安全事故的可能性。     

一种煤矿主通风机监控系统的设计

根据煤矿主通风机的运行情况及控制要求,提出了一种基于S7-300 PLC的煤矿主通风机监控系统的设计方案,详细介绍了该系统的组成、参数监测方法、控制流程及上位机监控界面设计。应用结果表明,该系统运行稳定可靠,提高了煤矿主通风机的自动化管理水平。     

煤矿安全生产监控系统联网

分析了我国乡镇煤矿安全生产状况:乡镇煤矿煤炭产量约占全国煤炭产量的37.8%,发生死亡事故起数和死亡人数却占全国煤矿事故总起数的73.5%和74.1%,百万吨死亡率是国有重点煤矿的7倍。乡镇煤矿事故频发的原因包括技术装备落后、矿井系统不完善、专业技术人才匮乏、安全教育培训滞后、安全责任不落实、现场管理松弛、隐患排查治理不到位等,而技术装备落后和机械化、自动化、信息化程度低是最主要的原因。煤矿安全生产监控系统联网是加强煤矿安全生产监管的重要措施之一。提出了煤矿安全生产监控系统联网方法:中心站(或主机)应及时向监控中心上传有关监控信息;中心站(或主站)和监控中心应具有符合IEEE802.3协议的以太网接口等。     

网络化虚拟仪器技术在煤矿监测系统中的应用

针对现有煤矿监测系统在信息传输过程中存在的问题,文章提出了采用网络化虚拟仪器和现场总线技术对其进行改造的方案。改造后的煤矿监测系统通过CAN智能检测节点、CAN接口卡传输监测信息到测量服务器,采用LabVIWE编制虚拟仪器系统,对监测数据进行分析处理,实现了监测信息的共享和控制信息的反馈与传输。     

一种新型通信分站的设计

针对目前煤矿安全监控系统中低层网络即由智能传感器组成的传感器总线网络多种多样的问题,提出了一种兼容多种通信方式的通信分站设计方案。该分站一方面可采集多种数字接口的智能传感器信息;另一方面既可采用传统的总线方式与监控计算机通信,又可通过光纤或工业以太网与监控计算机通信。实际应用表明,该分站具有良好的兼容性和可靠性。