煤礦注漿滅火計算機遠程監(jiān)測系統(tǒng)的研制
高正中1,馮森林2,劉玉霞3
( 1.山東科技大學,山東青島266510; 2.山東煤炭科學研究所山東濟南250014;
3.新汶礦業(yè)職工大學,山東萊蕪271100)
摘 要:介紹了針對在煤礦滅火注漿過程中注漿管道泄漏故障而研制的1套計算機遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以地面注漿站向井下注漿的總流量和注漿密度與井下各注漿點監(jiān)測的流量、密度作比較的方法,判斷注漿管路系統(tǒng)是否泄露。文章主要論述了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與軟件實現(xiàn)方法,系統(tǒng)具有集中打印各注漿點流量、密度、時間段總流量和數(shù)據(jù)記錄查詢等功能。
關(guān)鍵詞:滅火,注漿,泄漏監(jiān)測,遠程監(jiān)測
中圖分類號:TD75+2.2 文獻標識碼: A 文章編號:1003-496X(2006)01-0004-03
Development of Computer Remote Monitor Systemfor Slurry Ejection
and Fire Fighting in Coal Mine
GAO Zheng-zhong1, FENG Sen-lin2,LIU Yu-xia3
(1. Shandong University of Science and Technology , Tingdao266510,China;2. Shandong Province Coal Science
Research Institute,Jinan250031,China;3.Xinwen Staff University of Mining,Laiwu271100,China)
Abstract:Introduce a suit of computer remote real time monitor system, which is developed for the malfunction of slurry ejection
pipeline in the process of slurry ejection and fire fighting in coal mine. This system judges whether the pipeline for slurry ejection leaks
by comparing the total flux of slurry ejected from station on the ground to the well underground and the density of slurry ejection with
the flux and density of each slurry ejection spot monitored underground. This thesis mainly discusses the hardware structure and the
software realization of this system. This system has the function of printing flux, density of each slurry ejection spot and the total flux
for some time, recording, seeking data, etc.
Key words:fire fighting;slurry ejection; leak monitor; remote monitor
1 概 述
礦井火災是煤礦生產(chǎn)中的一大災害,自然發(fā)火又占礦井火災的90%以上,嚴重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。在自然發(fā)火防治方面,世界各主要產(chǎn)煤國都對自然發(fā)火給予高度重視,進行了大量的研究并發(fā)展了各種防滅火技術(shù)。目前已形成了礦井火災預測預報、灌漿防滅火、均壓防滅火、阻化劑防滅火、惰氣防滅火等綜合防滅火技術(shù),對防治煤層自然發(fā)火、保證礦井安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。黃泥漿防滅火技術(shù)和注粉煤灰技術(shù)仍是煤礦常用的防滅火重要措施之一。
注漿站井下注漿是煤礦企業(yè)1個重要生產(chǎn)環(huán)節(jié),在礦井防滅工作愈來愈受到重視的今天,生產(chǎn)礦井對注漿量的多少及由注漿濃度決定的注漿土(灰)量尤為關(guān)注,特別是在有發(fā)火趨勢或發(fā)生火災時更為重要,其注漿質(zhì)量的效果直接關(guān)系到井下火災處理的進展與結(jié)果,直接影響煤礦的安全生產(chǎn)。井下漏漿跑漿不易發(fā)現(xiàn),出現(xiàn)漏漿時因發(fā)現(xiàn)不及時就會造成經(jīng)濟損失,從而影響注漿的效果,為礦井生產(chǎn)安全埋下危險的因素。長期以來對注漿參數(shù)的確定人們只是憑經(jīng)驗值進行估算,無定量的數(shù)據(jù)。漏漿跑漿問題靠巡視注漿管線來檢查,工人的勞動強度大,發(fā)現(xiàn)漏漿跑漿時也難以及時通知井上的注漿站。
這已遠不能適應現(xiàn)代化煤礦“一通三防”的需求和企業(yè)發(fā)展的需要。為了使煤礦注漿站注漿的量化管理,完善注漿生產(chǎn)的自動化程度,提高生產(chǎn)效率,我們研制了1套計算機遠程實時監(jiān)測處理系統(tǒng),以便對注漿過程實時監(jiān)測,對注漿流量、注漿土量作準確、科學地計量統(tǒng)計,對漏漿跑漿做出報警并以便及時處理,對注漿保證質(zhì)量是非常必要和及時的。
2. 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的研制
2.1 監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
根據(jù)注漿系統(tǒng)由地面注漿站向井下送漿,井下分布多個注漿點這種狀況,設計監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)有1臺上位機主站和多個分站組成。在地面注漿站和井下各注漿點各設1監(jiān)測分站,分別監(jiān)測地面供漿量及密度和井下用漿量及密度。將分站與主站通過RS485總線連接1個網(wǎng)絡通訊,傳到主站進行數(shù)據(jù)處理。
圖1 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.2 主站設計
對主站選用研華IPC610工控機,其配置為P42.0G,256 M內(nèi)存,并配有后備電源UPS和打印機。主要功能即為實時采集地面注漿站向井下的供漿量和注漿密度,并進行數(shù)據(jù)處理、存儲、查詢和報表打印。計算機實時將地面輸送的總泥漿量和井下注漿總量進行運算比較,并由此判斷注漿管路是否有漏漿故障的發(fā)生。處理數(shù)據(jù)可以實時發(fā)送到礦內(nèi)局域網(wǎng),供有關(guān)領導和管理部門在網(wǎng)上即可瀏覽。
2.3 分站硬件設計
分站下位機直接安裝在注漿現(xiàn)場,實時監(jiān)測注漿的流量和密度,分站的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
圖2 分站結(jié)構(gòu)框圖
本系統(tǒng)采用的單片機是89S52單片機,它是一種帶8 K字節(jié)內(nèi)嵌可編程閃存的低功耗高性能的8位微控制器,具有看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、3個16位定時/計數(shù)器、6個兩級中斷源結(jié)構(gòu)以及掉電模式下的自動保存功能,而且價格便宜;工作頻率達33 MHz,工作電壓范圍寬;在應用過程中不必另外擴展專用的看門狗電路和程序存儲器。這樣在完成相同功能的情況下,使用89S51單片機CPU減少了外圍電路,增加系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和可靠性,縮小分
站電路板的體積。分站電路模塊主要有CPU、A/D轉(zhuǎn)換電路、時鐘電路、鍵盤顯示、掉電保持和RS485總線接口組成。
為了記錄在某具體時刻的流量密度,記錄泄露發(fā)生的時間設有實時時鐘芯片電路。在此我們選擇了Philips公司工業(yè)級PCF8583日歷時鐘芯片,該芯片為8腳的具有I2C總線接口的芯片,工作電壓范圍內(nèi)2.5~6 V,數(shù)據(jù)保持電壓1~6 V。PCF8583有3種工作方式:①日歷時鐘方式;②事件計數(shù)方式;③有I2C接口的具有256個字節(jié)的存儲器。在
此系統(tǒng)中我們采用其工作在日歷時鐘方式,工作于該方式時,一方可面它通過串行方式與單片機進行數(shù)據(jù)傳送,它能向單片機提供秒、分、時、日、月、年的實時時鐘信息,并可對月末日期、閏年天數(shù)自動進行調(diào)整。另一方面它還可以作為一個有I2C接口的具有240個字節(jié)的存儲器。由于煤礦井下環(huán)境惡劣,且有瓦斯等易爆氣體,所以井下流量傳感器與信號變送器均選用防爆型,監(jiān)測注漿流量采用了可用于煤礦井下的MAG3100Ex型智能電磁流量計。而地面環(huán)境相對較好,選用了普通型號MAG3100。流量計的測量范圍20~120 m3/h,供電電源選用DC24 V,兩線制4~20 mA電流信號輸出。
對注漿密度的監(jiān)測選擇核輻射密度計,其工作原理是采用放射性同位素產(chǎn)生的γ射線穿透物質(zhì)時,其穿透強度與被測介質(zhì)的密度呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系的原理,利用數(shù)據(jù)處理技術(shù),將被測注漿密度轉(zhuǎn)換成4~20 mA的標準輸出信號,供分站處理顯示、記錄、計算使用。
系統(tǒng)實時監(jiān)測注漿全過程,并24 h顯示注漿流量、注漿濃度的瞬時值、存儲打印每次注漿記錄(注漿起始時間、注漿結(jié)束時間、該時間內(nèi)注漿流量的累計值、注漿土量的累計值),對漏漿跑漿做出報警。并通過靈活的組態(tài)軟件完成各種報表、曲線內(nèi)容的顯示與打印。
2.4 分站軟件設計
分站下位機的軟件采用模塊化編程設計,分為主程序和若干子程序。主程序簡要框圖如圖3所示。子程序主要有初始化子程序、按鍵處理顯示子程序、模擬I2C總線讀寫子程序、流量密度數(shù)據(jù)采集處理子程序、通訊子程序等部分組成。
圖3 分站主程序框圖
2.5 主站監(jiān)測軟件設計
主站監(jiān)測軟件采用VB6.0開發(fā),采用模塊化設計,由于對于不同的礦或同一礦井不同時間井下注漿點數(shù)量變化,本監(jiān)測軟件設計了靈活的分站增減功能,圖形、通訊點報表等均可根據(jù)實際的需要變化組合。采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫存儲采集的數(shù)據(jù),存儲數(shù)據(jù)內(nèi)容包括:分站的名稱、編號、端口配置,測量點分站的接入端口、分站名稱、站點特征等參數(shù)。
本軟件根據(jù)需要可以增加web發(fā)布功能,利用Winsock控件將其轉(zhuǎn)發(fā)到礦內(nèi)局域網(wǎng)上,與遠程計算機建立聯(lián)機,并通過用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)進行數(shù)據(jù)交換。各級管理人員通過內(nèi)部局域網(wǎng)網(wǎng)絡就能夠利用任何一臺計算機在輸入自己的密碼后登錄該系統(tǒng),游覽有關(guān)運行數(shù)據(jù)。這樣能夠大大方便礦各級管理人員實時掌握注漿量的數(shù)據(jù)信息。
3 結(jié)束語
本系統(tǒng)較好地實現(xiàn)了對煤礦注漿過程的實時監(jiān)測,能夠及時發(fā)現(xiàn)管道泄漏事故,,保證了注漿質(zhì)量,預防了火災事故的發(fā)生,降低了工人的勞動強度,為現(xiàn)場安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。
參考文獻:
〔1〕 胡漢才.單片機原理與接口技術(shù)〔M〕.北京:清華大學出版社,2003.
〔2〕 范逸之.Visual Basic與分布式監(jiān)控系統(tǒng)〔M〕.北京:清華大學出版社,2002.
作者簡介:高正中(1971-),男,山東汶上縣人,講師,1993年7月畢業(yè)于山東礦業(yè)學院電氣工程系工業(yè)電氣自動
化專業(yè),現(xiàn)在山東科技大學任教,主要研究方向為智能儀器與儀表、計算機測控系統(tǒng)的研究與應用。
(收稿日期:2005-08-11;責任編輯:郭瑞年)
