煤矿瓦斯监测系统软件设计（上）(2)

所以，推广煤矿瓦斯监测系统的安装力度可以避免大量的瓦斯事故，为煤矿安全生产提供保障。

1.2国内外煤矿安全监测系统研究状况

1.2.1国内煤矿安全监测系统研究现状

我国煤矿由于地理环境的关系，存储量大，分布广，但是露天煤矿较少，一般的煤矿矿井都比较深，且含瓦斯较高，开采难度较大。近年来，随着国家对煤矿安全生产要求不断提高和企业自身发展的需要，我国各大、中、小型矿井都陆续更换煤矿瓦斯监测系统，以满足煤矿安全生产的要求。根据我国煤矿生产的情况，我国自主研制的煤矿瓦斯监控系统，比如：KJ90A、KJ90NA、KJ101、KJ90NB等等。

其中KJ90NB煤矿安全监测系统是根据现代化矿井的实际需要，由重庆煤科院研制开发，是基于矿井工业以太网、现场总线技术的新一代监控产品，在国内煤矿安全监控技术中具有代表性。该系统将矿井各类监控子系统集成到综合自动化控制网络平台中，与企业信息管理系统实现无缝联机；将生产、安全、管理等方面的信息有机的整合到一起，从而实现了矿井“管”“控”“监”一体化管理的目的。在我国煤矿瓦斯监测系统中占有举足轻重的低位。

KJ90NB子系统瓦斯监测系统可以实现对瓦斯传感器的数据采集、实时处理、存储、显示、控制以及与地面监控中心的数据通信，可以独立使用，实现了瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能，具有自动控制功能和手动控制功能，当瓦斯浓度超出预警值是发出报警信息并存储，同时把监测的信息发送到地面中心站，系统有蓄电功能，断电可以工作2小时以上。

KJ70N型瓦斯监测系统也是我国煤矿瓦斯监测应用比较广泛的一款系统，KJ70N系统是集国内外煤矿监控技术优势针对我国煤矿现状而开发的一套系统。系统由五部分组成：监控计算机、计算机网络及监控软件、传输接口及传输通道、供电电源及分站、各种传感器及执行器。系统最多可以配置255个监控分站，每个分站都可以实现瓦斯超限断电的功能；分站脱离系统可独立运行且能实现甲烷闭锁、断电功能；传输速率达到

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1200bps，最大传输距离达到15km，满足我国煤矿安全生产的需求。系统可全面监控井上下各类安全、生产及电力参数，可汇集多个安全与生产环节子系统，适用于各大、中、小型及地方煤矿使用。

1.2.2国外煤矿安全监测系统研究现状

国外煤矿瓦斯监测系统是从20世纪60年代开始发展起来的，更新换代很快，至今已经有了五代产品。

随着科学技术的进步，软硬件可靠性的提高，由PLC和组态软件开发的第五代煤矿瓦斯监测系统，是目前瓦斯监测系统主要的开发手段。如波兰的DAN6400、法国的TF200、德国的MNOS和英国的Centurionm200等，其中全矿井综合监测控制系统有代表性的产品有美国MSA公司生产的系统，德国BEBRO公司的PROMOS系统。这些系统在性能上远远超过了煤矿瓦斯监测系统的第一代、第二代、第三代以及第四代产品。下面将分别介绍国外煤矿瓦斯监测系统的发展历程。

第一代煤矿瓦斯监测系统采用空分制来传输信息。60年代中期日本煤矿中的固定设备基本都采用这种技术，70年代波兰根据从法国引进的技术研制的可测瓦斯、CO等参数共128个测点的CMC-1系统。

煤矿瓦斯监测系统的第二代产品的技术特征是信号采用了频分制。频分制技术的应用，信号传输的电缆芯数大大减少，所以一晶体管电路为主的信息传输技术急速发展，很快就取代了空分制系统。其中最具代表性且至今仍有影响的是西德Siemens公司的T系统和F+H公司的TF20系统。

1976年，英国煤矿研究院推出了轰动一时的以英国煤矿研究院推出轰动一时的以时分制为基础的MINOS煤矿监控系统，从而产生以时分制为基础的第三代煤矿监控系统，第三代的煤矿瓦斯监测系统在井下环境监测、洗煤厂监控等方面取得巨大进步，并且形成了全矿井的监测监控系统。这一系统的成功应用，开创了煤矿自动化技术和煤矿监测监控技术发展的新局面，是煤矿瓦斯监测系统分水岭。

80年代初，美国率先把计算机技术、集成电路技术、数据通信技术等高新技术应用于煤矿瓦斯监测系统，形成了以分布式微处理器为基础的第四代煤矿瓦斯监测系统，其

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中有代表性的是美国MSA公司DAN640系统，其信息产生方式虽然仍是时分制范畴，但是与原来的时分制相比取得了很大的进步。

1.3煤矿瓦斯监控系统的发展方向

① 系统不能局限于仅能实现监测监控，而且在软件技术上应该研究开发出根据被监测环境地点的参数进行有效的危险性判断、分析和提出相对的决策方案。同时系统应用软件应该向网络化发展，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，应尽快寻找一种解决系统兼容性的途径或制定相应的专业技术标准，这对促进矿井监控技术发展和系统的推广应用均具有十分重要的意义。

③ 研制高性能的瓦斯传感器[1]。

④ 矿井瓦斯爆炸多半是由电气火灾引起的，因此应研制智能化的高压开关柜、高压真空馈电开关、抵押真空馈电开关灯，依次向系统提供多参数的信息，如电流、电压、单相/三相漏电电流、开关运行状态、开关机械/电气闭锁状态等[2]。

⑤ 制定科学、合理的政策法规，研究提高煤矿安全管理水平的管理技术，使我国的煤矿安全生产管理从以人为主发展到依法治理。

1.4小结

本章主要通过对相关文献的参考，阐述了本课题的选题背景、国内外研究现状以及煤矿瓦斯监测系统的发展趋势。

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2系统总体设计方案

2.1系统总体方案

系统由硬件和软件两部分组成，硬件包括：传感器、信号放大器、数据采集卡。根据煤矿瓦斯的基本性质以及煤矿瓦斯监测系统的基本要求选择合适的瓦斯传感器，实现对煤矿瓦斯浓度的检测；瓦斯传感器检测的瓦斯浓度以小电压的形式输出，经放大电路对其进行放大使其成为可以被数据采集卡采集的电压值；采集卡与计算直接连接，本系统选取的采集内含12位A/D，可以直接进行A/D转换将电压信号转换为数字信号。软件选择了MCGS组态软件，系统以模块化的思想对MCGS组态软件进行设计，包括四个模块：有将采集到的瓦斯浓度以数据及曲线的形式显示的数据曲线显示模块；对危险信号及时预警的报警模块；供用户后期查看的历史存储模块；以及方便用户管理系统的系统设置模块。系统结构如图2-1所示：

煤矿瓦传感器1号 传感器2号 信号放数据采集卡 上位P C机

传感器3号 斯 传感器4号 大器 图2-1 瓦斯监测系统结构框图

2.2小结

本章主要通过阐述系统的设计原理，通过对煤矿瓦斯监测系统的硬、软件的需求分

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析，确定了煤矿瓦斯监测系统的系统结构，给出系统结构框图，为系统的设计奠定基础。

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