運輸監(jiān)視及安全監(jiān)控系統(tǒng)在礦井的應(yīng)用

開輝

摘要：在煤礦的開采過程中，斜井運輸?shù)陌踩砸恢北恢攸c關(guān)注。因為運輸?shù)沫h(huán)境相對比較復(fù)雜，各種安全隱患也是存在較多。本文主要根據(jù)筆者自身的工作經(jīng)驗，對煤礦的運輸監(jiān)視及安全監(jiān)控系統(tǒng)在礦井中的實際應(yīng)用情況進(jìn)行了一些總結(jié)和探討。

Abstract： In the mining process of coal mines， the safety of inclined well transportation has been the focus of attention. Because the transportation environment is relatively complicated， there are many safety hazards. Based on the author's own work experience， this paper summarizes and discusses the practical application of coal mine transportation monitoring and safety monitoring system in the mine.

關(guān)鍵詞：運輸;監(jiān)視;監(jiān)控;系統(tǒng)

Key words： transportation;monitoring;monitoring;system

1? 緒論

煤礦的運輸監(jiān)視及安全監(jiān)控系統(tǒng)具有以下功能：①視頻監(jiān)視，用以監(jiān)視跑車防護(hù)裝置運行情況及各水平巷道視頻圖像信息，進(jìn)行視頻信息存儲并在監(jiān)視器上進(jìn)行顯示。②對斜巷中各車場道岔及跑車防護(hù)裝置的控制及顯示，當(dāng)該裝備出現(xiàn)故障時進(jìn)行相應(yīng)的報警，對現(xiàn)場道岔及輔助運輸安全裝備進(jìn)行計算機(jī)遠(yuǎn)程自動控制操作，對相應(yīng)的檢測及操作數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。③行人檢測，對進(jìn)出斜井人數(shù)進(jìn)行檢測統(tǒng)計，并作數(shù)據(jù)存儲，當(dāng)人員進(jìn)入斜井時進(jìn)行警示。④運輸自動控制，系統(tǒng)可按照所制定的運輸路線，自動的控制相關(guān)設(shè)備的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)運輸系統(tǒng)的自動化控制過程，對系統(tǒng)運行過程中相關(guān)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄及存儲。

2? 設(shè)計方案

2.1 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

圖像監(jiān)視系統(tǒng)主要用于監(jiān)視跑車防護(hù)裝置的工作狀態(tài)及各水平工作面狀態(tài)，由攝像儀、錄像機(jī)、監(jiān)視器、轉(zhuǎn)換器、電源箱及發(fā)送器組成，用于顯示斜井中各工作段礦車通行情況及跑車防護(hù)裝置狀況。圖像監(jiān)視裝置如圖1所示，通過分布在斜井的各個攝像儀，對斜井中各段情況進(jìn)行采集，攝像儀將圖像信號傳輸給信號轉(zhuǎn)換器，信號轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)化后并傳輸給錄像機(jī)，然后將視頻信號通過光纜傳送到錄像機(jī)，再由硬盤錄像機(jī)將接收的信號分析，根據(jù)設(shè)定要求，進(jìn)行分析、合成、錄制等，然后傳送給液晶監(jiān)視器，由液晶監(jiān)視器顯現(xiàn)出斜井各個工作段內(nèi)礦車通行的情況以及跑車防護(hù)裝置的工作圖像，使絞車司機(jī)清楚的了解到礦車運行情況，便于及時發(fā)現(xiàn)問題，保障生產(chǎn)過程的安全可靠運行?？筛鶕?jù)現(xiàn)場工況要求在所需要的地方加入圖像視頻顯示器。

在各水平及絞車室安裝的顯示器，用于顯示各水平及跑車防護(hù)裝置視頻信息（如圖2所示）。圖像監(jiān)視系統(tǒng)用于監(jiān)視巷道重要設(shè)備的工作狀態(tài)以及重要場所的工作面的情況。

2.2 運輸安全監(jiān)控系統(tǒng)

運輸安全監(jiān)控系統(tǒng)采用主從式體系結(jié)構(gòu)，采用主從分布式管理模式。主控計算機(jī)采用工業(yè)控制用計算機(jī)，配有USB和以太網(wǎng)接口，繼電器輸出模塊及RS485通信模塊。分站所用的可編程控制器，具有RS485通訊接口，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸與通信。煤礦用安全監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。主控計算機(jī)與各分站采用RS485接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。

煤礦用安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由主站和分站組成，主站設(shè)置在絞車房，分站設(shè)置于礦井各水平車場，系統(tǒng)內(nèi)所涉及水平面分布較寬，根據(jù)現(xiàn)場實際運輸工況進(jìn)行布局，以石溝驛煤業(yè)分公司為例，示意圖如圖4所示，如有不妥將以巷道運輸系統(tǒng)內(nèi)實際布置分布為準(zhǔn)。

①主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)由主控設(shè)備、監(jiān)視器、操作鍵、聲光報警箱組成。

②分站系統(tǒng)：分站系統(tǒng)為ZKC127型礦用司控道岔裝置、行人檢測裝置。

3? 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)是煤礦用安全監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)的核心。主控系統(tǒng)主要由主站、監(jiān)視器、操作鍵、報警箱組成。主控系統(tǒng)如圖5所示。

主站由主控計算機(jī)主機(jī)、接線端子，以及相關(guān)部件或模塊的電源。主控計算機(jī)主機(jī)配置有RS485通信模塊、繼電器輸出模塊，以及狀態(tài)存儲記錄模塊。

3.1 主站組成

主控計算機(jī)配置有RS485通信模塊、繼電器輸出模塊，以及狀態(tài)存儲記錄模塊，這些部件安裝在主站。

3.1.1 RS485通信模塊

主控計算機(jī)采用RS485通信模塊對各分控系統(tǒng)PLC進(jìn)行通信管理，主站RS485通信模塊與井下各水平分站PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通訊，讀取設(shè)備狀態(tài)信息并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作。

3.1.2 繼電器輸出模塊

主控計算機(jī)采用繼電器輸出模塊控制聲光報警箱和閉鎖裝置，以便進(jìn)行故障警示和進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)。

3.2 主站軟件

主控計算機(jī)軟件包括主控計算機(jī)監(jiān)控軟件，主控計算機(jī)人機(jī)界面軟件，主控PLC監(jiān)控軟件，分站PLC與主控計算機(jī)通信協(xié)議及通信管理軟件。

3.2.1 主控計算機(jī)監(jiān)控軟件

主控計算機(jī)監(jiān)控軟件由主控計算機(jī)故障檢測模塊，分站狀態(tài)與故障查詢解析模塊組成，完成多任務(wù)的運行管理工作。①主控計算機(jī)故障檢測模塊。主要檢測主控計算機(jī)運行狀態(tài)，包括各功能模塊的運行狀態(tài)，以及主控計算機(jī)與各分站PLC的通信狀態(tài)。該模塊在加電開機(jī)時運行，在系統(tǒng)運行過程中定期運行;在系統(tǒng)對模塊調(diào)用過程中也要運行故障檢測程序。②分站狀態(tài)與故障查詢解析模塊。主要用于主控計算機(jī)對井下各水平分站PLC的運行狀態(tài)與故障信息進(jìn)行查詢，并顯示各分站的運行狀態(tài)和故障狀態(tài)，對故障進(jìn)行報警和定位，方便系統(tǒng)的維修。

當(dāng)各水平分站PLC應(yīng)答主控計算機(jī)操作命令時，將對分站輸出繼電器進(jìn)行控制，進(jìn)行對應(yīng)的設(shè)備控制操作。

3.2.2 主控計算機(jī)人機(jī)界面軟件

①監(jiān)控界面的顯示。主控顯示器顯示系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)信息，顯示各分站中道岔工作狀態(tài)在工作中所選擇的道路路線信息等，并在主操作畫面中包含按鈕操作管理模塊及運行狀態(tài)顯示模塊（以石溝驛煤業(yè)分公司為例，系統(tǒng)初步監(jiān)控畫面如圖6所示）。畫面包含有按鍵操作管理模塊及運行狀態(tài)顯示窗口。

按鍵操作管理模塊通過操作按鍵實施對道岔的操作控制。運行狀態(tài)顯示窗口主要顯示系統(tǒng)道岔、跑車防護(hù)裝置、人員監(jiān)測的當(dāng)前運行狀態(tài)和故障狀態(tài)信息。

②按鍵操作管理模塊。系統(tǒng)設(shè)計了操作鍵盤，其布置如圖7所示。

本操作鍵盤主要用于對操作鍵點擊按鈕進(jìn)行管理，根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行管理，避免誤操作和亂操作引起的操作失誤對系統(tǒng)正常運行的影響。操作命令檢測合理后，調(diào)用主控計算機(jī)PLC監(jiān)控軟件進(jìn)行處理。

操作鍵點擊實現(xiàn)的主要操作按鈕有：

1）應(yīng)急按鈕、自動/手動轉(zhuǎn)換按鈕、巷道選通。

2）自動按鈕，自動操作框為一鍵式按鈕，主控機(jī)將命令所有相關(guān)分站的道岔處于有效狀態(tài)（直道或岔道）。

3）分欄操作按鈕，用于控制各水平車場內(nèi)的道岔操作。若分站未配置某裝置，則相應(yīng)的按鈕為灰色（操作鍵操作不起作用），可通過巷道選通按鈕對礦車運行預(yù)設(shè)的路線進(jìn)行起點與終點的選擇，實現(xiàn)對道岔路線選擇遠(yuǎn)控操作的靈活性。

3.2.3 主控PLC監(jiān)控軟件

主要用于對操作鍵點擊按鈕產(chǎn)生的操作命令進(jìn)行解析，生成相應(yīng)的命令幀格式，并啟動主控計算機(jī)發(fā)送命令幀，各分站的PLC在收到主控計算機(jī)的命令幀后，立即解析執(zhí)行，并將本分站的故障信息發(fā)送到主控計算機(jī)以便故障查詢。

3.2.4 主控PLC與主控計算機(jī)通信協(xié)議及通信管理軟件

通信管理軟件將主控計算機(jī)的命令幀發(fā)送到不同分站，并接收分站發(fā)回的響應(yīng)幀。①檢測應(yīng)答響應(yīng)幀是否超時，若超時可重發(fā)。若重發(fā)超次，則認(rèn)為相應(yīng)分站發(fā)生通信互聯(lián)故障，進(jìn)行報警和故障處理。②檢測應(yīng)答響應(yīng)幀是否滿足校驗要求，否則命令要求分站重發(fā)，若重發(fā)超次，則認(rèn)為對應(yīng)分站發(fā)生通信互聯(lián)故障，進(jìn)行報警和故障處理。③對分站應(yīng)答響應(yīng)幀進(jìn)行解析，若滿足解析條件，進(jìn)行工作狀態(tài)更新;若不滿足解析條件或發(fā)現(xiàn)故障，則更新對應(yīng)分站的故障狀態(tài)，進(jìn)行報警和故障處理。

3.3 主站工作過程

3.3.1 工作狀態(tài)指示燈

當(dāng)主控計算機(jī)完成自檢，并與各分站PLC聯(lián)機(jī)成功，且所有分站工作狀態(tài)正常時，系統(tǒng)狀態(tài)指示燈設(shè)置為綠色，并顯示“正常狀態(tài)”。

當(dāng)主控計算機(jī)定期對個分站進(jìn)行查詢，檢查到故障分站時，將對應(yīng)分站的狀態(tài)指示燈設(shè)置為紅色，系統(tǒng)狀態(tài)指示燈設(shè)置為綠色，并顯示“故障狀態(tài)”。

故障源主要如下：①當(dāng)分站PLC工作過程中檢測到故障時，由分站PLC通知主控計算機(jī)本分站發(fā)生的故障狀態(tài)。②主控站操作人員發(fā)現(xiàn)故障時，通過主控操作操作鍵按下故障應(yīng)急按鈕，由主控計算機(jī)通知所有分站主控機(jī)應(yīng)急故障。

主控計算機(jī)發(fā)現(xiàn)故障后，首先通過繼電器輸出模塊發(fā)出故障閉鎖指令，并啟動本安聲光報警箱報警，同時使主控顯示器和所有監(jiān)視器閃爍顯示“故障狀態(tài)”。

3.3.2 自動/手動模式指示燈

主控站可以通過自動/手動按鈕進(jìn)行工作模式切換。當(dāng)分站PLC接到主控計算機(jī)發(fā)來的自動模式命令時，設(shè)置分站的自動/手動狀態(tài)位。

①主控站的工作模式為“自動模式”時，表示當(dāng)前在自動操作模式下，各分站的道岔操作按鈕不起作用，各分站僅接收主控計算機(jī)發(fā)來的這些操作指令。②主控站的工作模式為“手動模式”時，表示當(dāng)前在手動操作模式下，各分站的道岔操作按鈕可完成本地操作。

4? 分控系統(tǒng)

分控系統(tǒng)主要包括司控道岔裝置用控制器、電感式接近傳感器、岔位顯示箱、電動轉(zhuǎn)轍機(jī)和發(fā)射機(jī)。分控系統(tǒng)如圖8所示，主要用于道岔裝置的控制與狀態(tài)讀取，該分控系統(tǒng)根據(jù)實際工況可選配加入跑車防護(hù)裝置檢測裝置。

4.1 分站組成

分站包括電感式接近傳感器、轉(zhuǎn)轍機(jī)、岔位顯示箱、遙控器，分站PLC具有RS485通信接口，分站PLC結(jié)構(gòu)如圖9所示。

4.2 分站軟件

分站軟件由故障自檢模塊、分控機(jī)PLC監(jiān)控軟件解析執(zhí)行模塊、分控機(jī)PLC與主控站通信軟件。

4.2.1 故障自檢模塊

故障自檢模塊包括開機(jī)自檢模塊、工作過程檢測模塊、操作過程故障檢測模塊。

①開機(jī)自檢模塊主要對PLC工作狀態(tài)進(jìn)行檢測、對接近到位傳感器的互斥狀態(tài)進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)故障，則設(shè)置相應(yīng)的故障狀態(tài)位，等待主控站的查詢。

②工作過程檢測模塊由PLC對分站運行過程中的接近到位傳感器的互斥狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)故障，則設(shè)置相應(yīng)的故障狀態(tài)位，等待主控站的查詢。

③操作過程故障檢測模塊主要用于檢測分站操作過程是否超時。當(dāng)某些操作過程超時，一旦發(fā)現(xiàn)超時故障，則設(shè)置相應(yīng)的故障狀態(tài)位，等待主控站的查詢。

4.2.2 分站PLC與主控站通信軟件

當(dāng)分站PLC接收到主控站的命令，主要對主控計算機(jī)發(fā)來的命令幀進(jìn)行校驗檢測、地址檢測和命令有效性檢測，然后分站按照要求的格式生成相應(yīng)的響應(yīng)幀，回送給主控站;如果主控站的命令幀是操作命令，則分站生成本分站的故障狀態(tài)響應(yīng)幀，回送給主控站，并調(diào)用PLC通信軟件完成響應(yīng)幀發(fā)送。

4.2.3 分站PLC監(jiān)控軟件

分站PLC監(jiān)控軟件首先根據(jù)本分站的配置信息解析主控站的操作指令，按照操作命令要求啟動相應(yīng)的操作，這些操作包括直道/岔道道岔控制

分站根據(jù)操作命令要求設(shè)置相應(yīng)的端口，并啟動操作過程故障檢測模塊，檢測操作過程是否超時，一旦發(fā)現(xiàn)超時故障，立即停止本操作的執(zhí)行，并設(shè)置相應(yīng)的故障狀態(tài)位，等待主控站的查詢。

分站PLC檢測輸入傳感器端口的變化，并對相應(yīng)的故障狀態(tài)位和運行狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，以便在主控站向本分站發(fā)命令時，及時將故障狀態(tài)和工作狀態(tài)回送到主控站。

分站道岔按鈕需按照下述方案實施：①當(dāng)分站處于自動工作方式時，分站的道岔操作按鈕不起作用，分站僅根據(jù)主控機(jī)的命令進(jìn)行道岔操作。②當(dāng)分站處于手動工作方式時，分站的道岔操作按鈕可以對本分站的轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行控制。

4.3 分站工作過程

①分站PLC加電自檢后，即對直道、岔道接近傳感器的互斥接觸器信號進(jìn)行檢測，若發(fā)現(xiàn)故障，立即設(shè)置故障位，以待主控計算機(jī)查詢故障狀態(tài)。②分站PLC接到主控計算機(jī)的直道/岔道道岔操作命令后，立即啟動相應(yīng)操作，并檢測操作啟動到完成的時間間隔是否超時來確定是否發(fā)生故障。另外，若發(fā)現(xiàn)接觸器到位信號發(fā)生互斥現(xiàn)象，也設(shè)置故障狀態(tài)位，以待主控計算機(jī)查詢故障狀態(tài)。

5? 系統(tǒng)工作過程

系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后，檢測道岔等相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)信息，驅(qū)動本地顯示道岔信息，并通過傳輸線纜傳送給主站，主站接收到各分站狀態(tài)信號后，經(jīng)過狀態(tài)信號處理后，驅(qū)動監(jiān)視器，監(jiān)視器以圖像形式顯示設(shè)備運行狀態(tài)信息。

監(jiān)視器設(shè)置有操作軟鍵盤，管理人員可以通過操作鍵操作軟鍵盤，遠(yuǎn)程控制道岔轉(zhuǎn)換。在實施運輸時，主信號工可以根據(jù)各水平打點信號，安排提升，即在選定提升路線后，系統(tǒng)依據(jù)設(shè)定路線對應(yīng)的道岔設(shè)備，控制相應(yīng)的道岔設(shè)備動作，占用運行路線，主信號工通過監(jiān)視器，觀察運輸線路暢通后，通知絞車司機(jī)啟動絞車進(jìn)行提升;線路設(shè)備故障情況下，監(jiān)視顯示設(shè)備動作故障，驅(qū)動報警箱進(jìn)行警示，提醒信號工進(jìn)行處理;信號工可通過手動方式進(jìn)行故障設(shè)備操作檢查處理。故障解除后，進(jìn)行線路選定進(jìn)行運輸。

6? 故障處理

6.1 故障類型

本系統(tǒng)故障分自動檢測故障和應(yīng)急操作故障兩類。

自動檢測故障由分站開機(jī)檢測和運行檢測兩部分組成，包括直道道岔故障、岔道道岔故障、通信故障狀態(tài)。

應(yīng)急操作主要在主控站、分站的操作人員發(fā)現(xiàn)意外故障時，可以通過應(yīng)急按鈕通知本系統(tǒng)，以便實施安全保護(hù)。

6.2 故障檢測

系統(tǒng)具有自檢功能，可以在系統(tǒng)起始階段檢測主控站的故障和查詢分站的故障。在系統(tǒng)運行過程中，各分站不斷檢測和更新故障狀態(tài)、工作狀態(tài)，主控站通過定期查詢及時掌握分站的故障狀態(tài)和工作狀態(tài)。

6.3 故障處理

主控站一旦發(fā)現(xiàn)故障，通過閉鎖端口發(fā)出指令，進(jìn)行相應(yīng)的閉鎖保護(hù)處理、并聲光警示。另外，監(jiān)視器故障狀態(tài)顯示，以便通知所有分站操作人員。

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