永定庄煤业甲烷监控系统优化设计与应用_苏建秀.pdf
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1、2002023 年第 2 期永定庄煤业甲烷监控系统优化设计与应用苏建秀(晋能控股煤业集团永定庄煤业有限责任公司,山西 大同 037003)摘 要 针对永定庄煤矿 KJ88S 型甲烷安全监控系统存在的传感器防护等级低、信号传输精度差、无多系统融合功能等问题进行优化设计,主干传输网络优化为工业以太网,多台综合型监控分站采用星型网络架构采集数字型传感器数据,在前端数据采集与控制系统和地面监控系统配合下,通过多系统融合服务器完成甲烷浓度实时监测、数据综合管理分析、多系统应急联动等功能。关键词 甲烷监测;以太网;多系统融合;联动中图分类号 TD712 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn
2、.1005-2801.2023.02.069Optimal Design and Application of Methane Monitoring System in Yongdingzhuang Coal IndustrySu Jianxiu(Jinneng Holding Coal Industry Group Yongdingzhuang Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Datong 037003)Abstract:Aiming at the problems existing in the KJ88S type methane safety monitor
3、ing system of Yongdingzhuang Coal Mine,such as low sensor protection grade,poor signal transmission accuracy and no multi-system fusion function,the optimization design is carried out.The backbone transmission network is optimized for industrial Ethernet,multiple integrated monitoring substations us
4、e star network architecture to collect digital sensor data,with the cooperation of front-end data acquisition and control system and ground monitoring system,through the multi-system fusion server to complete the methane concentration real-time monitoring,data comprehensive management and analysis,m
5、ulti-system emergency linkage and other functions.Key words:methane monitoring;Ethernet;multi-system fusion;linkage收稿日期 2022-07-15作者简介 苏建秀(1992),女,山西应县人,2017 年毕业于山西大同大学煤炭工程学院电气自动化专业,本科,助理工程师,研究方向:煤矿机电。苏建秀:永定庄煤业甲烷监控系统优化设计与应用苏建秀:永定庄煤业甲烷监控系统优化设计与应用1 概况永定庄煤业隶属于同煤集团,设计生产能力为 90 Mt/a,实际生产能力为 120 Mt/a,井田面积1
6、9.856 1 km2,主要开采 1、2 和 4 号煤层,属于侏罗系中统直罗组和延安组,埋深 183.42 m,平均煤层厚度 2.91 m,矿井采用斜井开拓方式。永定庄煤矿安装 KJ88S 型甲烷安全监控系统,主要对采煤工作面、掘进工作面、皮带机运输巷以及井下变电所和硐室的甲烷浓度进行实时监测,该系统存在以下问题:(1)采用的数据采集传感器大部分防护等级为 IP54,采用频率信号进行信息传输,在井下复杂工况环境下,极易受到水汽粉尘污染以及信号干扰,系统运行可靠性差;(2)系统传输主干网络使用 CAN 总线电缆,信号传输准确性不高,可能出现数据错误情况,且容易出现信道堵塞1,传输精度和稳定性低导
7、致系统误报警风险大;(3)无多系统融合功能,联动控制功能有限,仅 2020 年上半年因系统误报警导致煤矿紧急疏散两次,影响生产效率。2 系统总体优化方案优化后的甲烷监控系统主要由四个子系统构成:地面监控系统、传输网络系统、前端数据采集与控制系统、多系统融合系统。地面监控系统为新增子系统,采用双机热备原则2-3设计,配合多系统融合服务器实现上位机监测、控制与历史数据查询等功能的集成;传输网络系统在原工业以太网系统基础上,更换千兆工业以太网交换机,以提升数据传输效率和稳定性;前端数据采集与控制系统主要优化传感器类型与监测点位,并添加分级报警与控制程序,根据传感器采集数据组实现既定报警与201202
8、3 年第 2 期苏建秀:永定庄煤业甲烷监控系统优化设计与应用苏建秀:永定庄煤业甲烷监控系统优化设计与应用控制功能。优化后的甲烷监控系统总体架构如图1。图 1 优化后的甲烷监控系统总体架构3 子系统优化设计3.1 地面监控系统地面监控系统由研华 IPC-610L 型监控主机和监控备机、多系统融合服务器、监控数据服务器、其他系统服务器、上位机、X3650 型多系统融合服务器、打印机、UPS电源柜(5 kVA,后备时间为8 h)、KXB18A 激光打印机以及上级单位的数据平台构成,如图 2。监控主/备机根据传输接收数据进行系统实时状态判断,自动进行甲烷浓度超限断电、甲烷风电闭锁、故障闭锁等联锁控制功
9、能,并在上位机功能界面中显示由监测数据绘制的曲线图、历史记录等,并形成各种报表,在系统判定井下出现甲烷浓度超限、断电情况时,自动启动区域报警、人员定位以及应急系统联动等功能;数据通过两台千兆核心交换机、井下交换机以及电缆采用 VRRP协议进行传输,井下甲烷浓度监测系统、巷道通风设备自动连锁与远程集中控制系统、井下供电安全连锁控制系统以及相关作业设备状态监测与控制系统等通过系统融合服务器进行数据共享;监控系统服务器安装 server2022 系统,将当前 KJ88S 型甲烷安全监控系统所有监测点位数据备份后在新系统中重新定义,并保证数据库的实时更新;监控系统软件与信息传输方式保证实时响应与数据传
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