KJ2000N矿井监控系统在海孜煤矿的应用

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摘要：以海孜煤矿kj2000n安全监测监控系统为例，系统地阐述监测监控系统的组成、工作原理、功能及应用中存在的问题和改进意见，为我矿监测监控系统的完善提供借鉴。分站将安全生产信息传送到地面中心站，经分析加工后，进行存储、显示，并将某些必要的控制信息发给分站，使传感器发出声、光报警和断电控制信号，从而能够准确、全面地掌握生产环境的安全状况及生产设备的工况，实现对灾害早期预测、预报以及对事故进行及时处理。

关键词：KJ2000N 监测监控 中心站 分站 双机热备 展望

1概述

KJ2000N监控系统是以微型计算机为中心的煤矿环境安全生产监测系统。它由地面中心站、防爆交换机、井下分站、各类传感器和矿用安全生产监控应用软件组成。它是北京瑞赛长城航空测控有限公司在原有KJ4基础上改进开发出的新产品，该系统不仅有煤矿安全生产监测监控的功能，而且还具有核子称计量、瓦斯抽放、工业电视监控等多项功能。我矿根据实际情况，只安装了矿井安全生产监控系统。KJ2000N系统采用高速光纤工业以太网+现场总线（CANbus 2.0协议）的网络结构。光纤化的传输手段和CAN总线的应用极大提高了系统的实时性和信息容量，系统反应速度不大于3秒，较我国现行行业标准反应速度快近10倍。

2系统原理

KJ2000N的主系统建立在地面中心站，中央控制主机由IPC-500E工控计算机组成，系统是按“主机 分站 传感器”体系结构设计的，地面中心站是整个系统的控制中心，安装在中心机房。井下部分包括：kj2007F（G）型分站、各种安全生产监测传感器和断电仪等，井下传感器对矿井井下各种安全、生产参数进行实时监测和处理，并将安全生产参数及时传输到地面中心站。

KJ2000N综合监控系统分为信息层、传输层、设备层三层体系结构。

·信息层：由地面中心站和地面局域网组成。

·传输层：主要包括井下隔爆兼本安型光纤以太网交换机和一条贯穿于地面到井下的高速以太光纤冗余环网，将各子系统作为工业控制环网的一个节点，使各现场子系统整合于基于TCP/IP的以太网中。

·设备层：是由各种类型的总线适配器、中继分线器、井下分站、智能传感器、控制器等组成的现场控制网络。

2.1 CAN总线通讯原理

CAN总线仲裁采用标识符和非破坏性位仲裁结构机制，可以根据标识位确定数据帧的优先级，保证在网络节点冲突时最高优先级节点不需要冲突等待。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。

CAN总线上的节点通过相应的CAN通讯接口互联构成低成本网络，提供了设备级故障诊断方法，提高了通讯效率和设备的互换性。

CAN通讯接口是系统信息交换的桥梁。一方面，CAN接口不断地将监控设备的信息和现场设备的运行状况发送到CAN总线上，并最终被送到用户服务器的实时数据库中等待处理。另一方面，总线上的数据信息通过CAN接口传输给现场设备，使用户可以在任意一台工作站或远程计算机上对网络节点上的设备进行监控。CAN总线上两个节点间的通讯原理如图1所示。

图1CAN总线通讯原理图

3 系统组成

3.1地面中心站及KJ2000N系统系列软件

地面中心站的核心是IPC-500E型微机，其主要功能有：

·通过网络交换机KIEN6000BA-2S向分站发送各种控制命令，接收来自分站的各种测量参数，并完成各测量参数的数据的存储；

·接收图形终端HP XW8600发出的各种控制命令，并在图形终端上实现显示和编辑功能；

·控制美能达Bizhub163Ｖ打印机，打印各种报表和曲线；

KJ2000N煤矿安全生产监控系统应用软件包，由主机软件、远程终端软件组成。整个软件的编制符合国家局最新颁布的安全监控系统软件设计规范（MT/T1008-2006）。

3.2 KJJ107/ KJJ107A矿用隔爆兼本安型网络传输接口

KJJ107/ KJJ107A矿用隔爆兼本安型网络传输接口为KJ2000N系统的光、电转换及通讯协议转换设备，具备冗余光纤接口及网络管理功能，在设备或线路故障情况下可自动重构网络通讯路径，保障系统运行。

KJJ107网络传输接口为现今流行的CAN总线协议与光纤以太网协议转换；

KJJ107A网络传输接口为FSK通讯协议与光纤以太网协议转换，主要作用为兼容原KJ4及KJ2000系统用户提供的协议转换设备。

3.3 KJ2007F系列大型井下分站

KJ2007F系列大型井下分站包括KJ2007F和KJ2007F1两种型号，为分站、电源分体结构，设备容量更大，负载能力更强，适用于大型煤矿密集型采区的安全监控需求。

3.4井下智能传感器

KJ2000N监控系统除具备完整的平台以外，同时还具备兼容KG9701/KG9001C/GJC4/40d等矿用瓦斯传感器、KGA8矿用一氧化碳传感器、KG05矿用温度传感器、KGN2矿用烟雾传感器KGE23矿用风门开关传感器、GFD15风速传感器、KGCT-C10矿用设备开停传感器以及KDJ1矿用远程断电器等环境数据采集设备和井下区域可控断电设备，所有设备可进行智能化和管理。

4KJ2000N系统优缺点分析

KJ2000N功能比较齐全，实时采集数据并完成显示、存储、制表、超限控制等，可累计存储系统运行报告、最大值、平均值、最小值，并通过共享SQL Server数据库实现双机热备功能。当一台主机停止运行，另一台主机自动切换并投入使用。

4.1 KJ2000N系统先进性

·集成度高：将矿井环境监控子系统、各生产环节自动控制子系统通过高速工业以太网和自动化软件平台进行整合，通过防火墙与矿级管理系统相连，实现了全矿井的管控一体化。

·信息容量大：主干网采用工业以太网进行传输，带宽宽，组网灵活。

·反应速度快：系统采用多主并发的工作方式，所有监测设备可同时主动上发数据的模式。保证井下传感器出现异常情况后，可立即主动向地面中心站反映。

·可靠性强：主干线采用冗余环网光纤，快速建立连接及连接恢复。CAN BUS是一种公认的实时性好、可靠性高、性价比高的国际标准现场总线。

·抗干扰性能优：由于采用光纤传输方式和数字通讯机制，极大提高系统抗干扰性，误报率大大降低。

·性价比高：CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统现场设备之间的数据通讯。

·灵活性强：CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。

·兼容性好：旧的FSK系统可直接通过KJJ107A井下网络交换机接入井下光纤以太网系统；保证新旧系统完全兼容，节省投资。

4.2缺点

系统的容量能力通常得不到到最好的发挥。

性价比高、成本高，较适用于大型、地质灾害较严重的矿井。

参考文献:

[1]蒋曙光，张人伟．综放采空区流场数学模型及数值计算[J]．煤炭学报，1998，23(3)：258-261

[2]蒋曙光，王省身．综放采空区流场及瓦斯运移三维模型试验[J]．中国矿业大学学报，1995，24(4)：85-91

[3]张永红．煤矿安全监测监控系统的研究．煤矿机械．2004(4)

[4]郑得存．煤矿安全生产监测监控系统设计．河北煤炭．2006(1)

[5]王姝，华钢．煤矿安全监控网络系统软件设计．矿山机械．2005(3)