礦井監(jiān)控系統(tǒng)（第2版）

第1章 概 述………………………………………………………………………………… 1
1.1 礦井監(jiān)控系統(tǒng)概念與組成 …………………………………………………………… 1
1.1.1 礦井監(jiān)控系統(tǒng)概念 ……………………………………………………………… 1
1.1.2 礦井監(jiān)控系統(tǒng)組成 ……………………………………………………………… 2
1.2 礦井監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) ……………………………………………………………… 3
1.3 礦井監(jiān)控系統(tǒng)性能與技術指標 ……………………………………………………… 7
1.3.1 性能需求 ………………………………………………………………………… 7
1.3.2 技術指標 ………………………………………………………………………… 8
1.4 礦井監(jiān)控系統(tǒng)設計依據(jù)……………………………………………………………… 10
1.5 監(jiān)控系統(tǒng)部署要求…………………………………………………………………… 10
1.5.1 環(huán)境與技術要求………………………………………………………………… 10
1.5.2 防爆要求………………………………………………………………………… 11
1.6 礦井監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢……………………………………………………… 13
1.6.1 監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展簡介……………………………………………………………… 13
1.6.2 監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢…………………………………………………………… 16
1.7 KJ93礦井監(jiān)控系統(tǒng)簡介 …………………………………………………………… 17
第2章 礦井信息傳輸技術 ………………………………………………………………… 20
2.1 信息傳輸方式………………………………………………………………………… 20
2.1.1 模擬傳輸與數(shù)字傳輸…………………………………………………………… 20
2.1.2 單向傳輸、半雙工及全雙工傳輸 ……………………………………………… 21
2.1.3 串行傳輸與并行傳輸…………………………………………………………… 21
2.1.4 異步通信與同步通信…………………………………………………………… 22
2.1.5 數(shù)字基帶與頻帶傳輸…………………………………………………………… 23
2.2 信息校驗技術………………………………………………………………………… 24
2.3 串行通信技術………………………………………………………………………… 27
2.3.1 串行通信技術基礎……………………………………………………………… 27
2.3.2 RS 232C串行通信技術 ……………………………………………………… 28
2.3.3 RS 485串行通信技術………………………………………………………… 31
2.4 多路復用技術………………………………………………………………………… 35
2.4.1 頻分制…………………………………………………………………………… 35
2.4.2 時分制…………………………………………………………………………… 36
2.4.3 碼分制…………………………………………………………………………… 37
2.4.4 理想復用方式…………………………………………………………………… 38
第3章 傳感器技術 ………………………………………………………………………… 40
3.1 礦用傳感器現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢………………………………………………………… 40
3.1.1 礦用傳感器的應用現(xiàn)狀………………………………………………………… 40
3.1.2 礦用傳感器的發(fā)展趨勢………………………………………………………… 41
3.2 傳感器技術基礎……………………………………………………………………… 42
3.2.1 構(gòu)成與分類……………………………………………………………………… 42
3.2.2 性能指標………………………………………………………………………… 43
3.2.3 供電方式………………………………………………………………………… 44
3.2.4 輸入信號………………………………………………………………………… 45
3.2.5 輸出信號………………………………………………………………………… 47
3.2.6 模擬信號轉(zhuǎn)換…………………………………………………………………… 50
3.3 甲烷傳感器…………………………………………………………………………… 52
3.3.1 催化燃燒式甲烷傳感器………………………………………………………… 53
3.3.2 熱導式甲烷傳感器……………………………………………………………… 57
3.3.3 GJC4/100型高低濃度甲烷傳感器設計 ……………………………………… 58
3.4 風速傳感器…………………………………………………………………………… 65
3.4.1 常見的風速傳感器……………………………………………………………… 66
3.4.2 礦用風速傳感器………………………………………………………………… 68
3.5 CO傳感器 …………………………………………………………………………… 71
3.5.1 常用CO傳感器………………………………………………………………… 71
3.5.2 礦用CO傳感器………………………………………………………………… 74
3.6 溫度傳感器…………………………………………………………………………… 76
3.6.1 常見的溫度傳感器……………………………………………………………… 77
3.6.2 礦用溫度傳感器………………………………………………………………… 77
3.7 負壓傳感器…………………………………………………………………………… 79
3.8 開關量傳感器………………………………………………………………………… 80
3.9 無線傳感器…………………………………………………………………………… 81
3.10 光纖傳感器 ………………………………………………………………………… 85
第4章 分站電源 …………………………………………………………………………… 88
4.1 分站電源性能需求…………………………………………………………………… 88
4.2 分站電源技術指標…………………………………………………………………… 89
4.3 分站電源分類………………………………………………………………………… 90
4.3.1 線性直流電源…………………………………………………………………… 90
4.3.2 開關電源………………………………………………………………………… 92
4.4 分站電源保護機制…………………………………………………………………… 98
4.4.1 過壓保護電路…………………………………………………………………… 98
4.4.2 過流保護電路…………………………………………………………………… 99
4.4.3 綜合保護機制…………………………………………………………………… 99
4.4.4 自動恢復特性 ………………………………………………………………… 100
4.5 分站備用電池電源 ………………………………………………………………… 100
4.5.1 電池電源特點 ………………………………………………………………… 100
4.5.2 電池電源技術指標 …………………………………………………………… 101
4.5.3 鉛酸蓄電池 …………………………………………………………………… 103
4.5.4 鎳氫蓄電池 …………………………………………………………………… 105
4.5.5 備用電源連接方式 …………………………………………………………… 106
4.6 斷電控制技術 ……………………………………………………………………… 108
4.6.1 技術需求 ……………………………………………………………………… 109
4.6.2 斷電控制基本原理 …………………………………………………………… 109
4.6.3 斷電控制器設計 ……………………………………………………………… 110
第5章 監(jiān)控分站…………………………………………………………………………… 116
5.1 監(jiān)控分站概述 ……………………………………………………………………… 116
5.1.1 監(jiān)控分站功能 ………………………………………………………………… 116
5.1.2 監(jiān)控分站的分類與技術指標 ………………………………………………… 118
5.2 監(jiān)控分站設計 ……………………………………………………………………… 120
5.2.1 監(jiān)控分站組成 ………………………………………………………………… 120
5.2.2 數(shù)據(jù)采集 ……………………………………………………………………… 121
5.3 KJF20型監(jiān)控工作站 ……………………………………………………………… 124
5.3.1 KJF20型工作站概述 ………………………………………………………… 124
5.3.2 KJF20工作站設計 …………………………………………………………… 126
5.3.3 甲烷風電閉鎖 ………………………………………………………………… 128
5.4 無線監(jiān)控分站設計 ………………………………………………………………… 131
5.4.1 ZigBee技術概述 ……………………………………………………………… 131
5.4.2 無線監(jiān)控分站設計 …………………………………………………………… 132
第6章 監(jiān)控主站接口……………………………………………………………………… 138
6.1 KJJ26傳輸接口 …………………………………………………………………… 138
6.1.1 概 述 ………………………………………………………………………… 138
6.1.2 接口卡的硬件設計 …………………………………………………………… 138
6.1.3 接口卡同監(jiān)控主機連接 ……………………………………………………… 142
6.1.4 I/O端口地址 ………………………………………………………………… 143
6.1.5 接口卡同監(jiān)控主機通信 ……………………………………………………… 143
6.1.6 接口卡同分站的通信 ………………………………………………………… 143
6.2 新型KJJ26傳輸接口設計 ………………………………………………………… 144
6.2.1 接口總體設計 ………………………………………………………………… 144
6.2.2 主控板設計 …………………………………………………………………… 145
6.2.3 RS485通信板電路設計 ……………………………………………………… 147
6.2.4 接口軟件設計 ………………………………………………………………… 148
習題6……………………………………………………………………………………… 152
第7章 監(jiān)控主站軟件設計………………………………………………………………… 153
7.1 監(jiān)控軟件設計概述 ………………………………………………………………… 153
7.1.1 監(jiān)控軟件需求 ………………………………………………………………… 153
7.1.2 監(jiān)控軟件功能描述 …………………………………………………………… 156
7.1.3 監(jiān)控軟件設計流程 …………………………………………………………… 157
7.1.4 監(jiān)控軟件總體結(jié)構(gòu)與過程設計 ……………………………………………… 158
7.1.5 監(jiān)控軟件測試 ………………………………………………………………… 159
7.2 監(jiān)控軟件詳細設計 ………………………………………………………………… 161
7.2.1 初始化設計 …………………………………………………………………… 161
7.2.2 數(shù)據(jù)處理 ……………………………………………………………………… 162
7.2.3 報警處理 ……………………………………………………………………… 165
7.2.4 控制機制 ……………………………………………………………………… 165
7.2.5 系統(tǒng)自檢 ……………………………………………………………………… 166
7.2.6 數(shù)據(jù)共享 ……………………………………………………………………… 166
7.3 KJ93監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計…………………………………………………………… 166
7.3.1 系統(tǒng)設置 ……………………………………………………………………… 167
7.3.2 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng) ……………………………………………………………… 168
7.3.3 數(shù)據(jù)視圖 ……………………………………………………………………… 176
7.3.4 圖形模擬 ……………………………………………………………………… 180
第8章 監(jiān)控系統(tǒng)安裝與調(diào)試……………………………………………………………… 184
8.1 監(jiān)控系統(tǒng)裝備 ……………………………………………………………………… 184
8.1.1 地面中心站裝備 ……………………………………………………………… 184
8.1.2 數(shù)據(jù)傳輸裝備 ………………………………………………………………… 185
8.1.3 監(jiān)控點裝備 …………………………………………………………………… 185
8.2 傳感器設置 ………………………………………………………………………… 192
8.2.1 甲烷傳感器設置 ……………………………………………………………… 192
8.2.2 其他傳感器的設置 …………………………………………………………… 202
8.3 安裝與調(diào)試 ………………………………………………………………………… 203
8.3.1 安裝準備 ……………………………………………………………………… 203
8.3.2 軟件安裝 ……………………………………………………………………… 204
8.3.3 系統(tǒng)調(diào)試 ……………………………………………………………………… 205
習題8……………………………………………………………………………………… 207
第9章 礦井監(jiān)控新技術…………………………………………………………………… 208
9.1 礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸架構(gòu) ………………………………………………… 208
9.1.1 信息傳輸三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) ……………………………………………………… 208
9.1.2 礦井綜合自動化系統(tǒng) ………………………………………………………… 209
9.2 以太網(wǎng)和TCP/IP ………………………………………………………………… 210
9.2.1 以太網(wǎng) ………………………………………………………………………… 210
9.2.2 TCP/IP協(xié)議 ………………………………………………………………… 211
9.3 工業(yè)以太網(wǎng)技術 …………………………………………………………………… 212
9.3.1 工業(yè)以太網(wǎng)概述 ……………………………………………………………… 212
9.3.2 工業(yè)以太網(wǎng)性能指標 ………………………………………………………… 214
9.3.3 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議類型 ………………………………………………………… 215
9.3.4 工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展趨勢 ………………………………………………………… 218
9.4 工業(yè)以太網(wǎng)技術在礦井監(jiān)控系統(tǒng)中的應用 ……………………………………… 220
9.4.1 礦用工業(yè)以太網(wǎng)技術要求 …………………………………………………… 220
9.4.2 礦用工業(yè)以太網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) …………………………………………………… 220
9.4.3 工業(yè)以太網(wǎng)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應用 …………………………………………… 221
9.5 井下無線通信技術 ………………………………………………………………… 223
9.5.1 Wi Fi技術概述 ……………………………………………………………… 223
9.5.2 Wi Fi技術在礦井監(jiān)控中的應用 …………………………………………… 224
9.6 礦井無線傳感網(wǎng)絡監(jiān)控技術 ……………………………………………………… 227
9.6.1 無線傳感網(wǎng)絡技術概述 ……………………………………………………… 227
9.6.2 無線傳感網(wǎng)絡在礦井監(jiān)控中的應用 ………………………………………… 229
習題9……………………………………………………………………………………… 231