矿井水文自动监测系统研究.doc

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1、矿井水文自动监测系统研究摘要：水害作为煤矿井下主要灾害之一，严重威胁着煤矿的安全生产，其表现形式是矿井涌水量突然增大超出矿井排水系统的排水能力，因此，建立矿井水文自动监测报警系统十分必要。关键词：矿井 水文 监测1 系统主要功能系统可全天候监测引起矿井水害的各种参数，并在地面监控计算机上显示和存储，一旦出现险情（根据综合信息预报），井上、井下立即报警，以便及时采取措施，保证矿井及井下人员安全。监测数据可通过计算机网络查询。2 系统组成及工作原理系统主要由各种智能传感器（如智能堰式流量传感器、智能管路流量传感器、智能水压传感器等）、通信分站、通信线路、通信接口及监控计算机组成，分布在各测点的智能

2、传感器完成被测量（如涌水量、水仓水位、钻孔水压、防水设施变形等）的测量，并通过一条公共传输线路（传感器级M-BUS总线：四芯电缆，其中两根供电，两根通信）将测量数据发送给通信分站，再由通信分站通过另一条公共传输线路（分站级RS485总线：两芯电缆）远传至地面监控计算机，实现集中处理、存储、报警。报警信息既被送给井下声光报警器，提醒井下人员采取相应的行动。监控计算机具有网络服务器功能，有关领导和部门只要打开各自的计算机，就可通过浏览网页来查询全部监测内容。各类传感器一般都受环境温度影响，为掌握影响程度，进行温度补偿，所有智能传感器都装有温度传感器，温度传感器还可用于测水温。井下系统分为三个网络层

3、次，底层网络由智能传感器、声光报警器及通信分站组成，通信分站为主机，通过发送不同的地址（每个智能传感器、声光报警器都设有唯一的地址，地址范围180）依次控制各智能传感器执行测量工作，并读取和存储其测量数据。智能传感器采用总线集中供电方式，即由通信分站输出一对电源线，给智能传感器供电，而通信分站由本安电源直接供电。因声光报警器耗电较大，故直接由127V交流电供电。地面监控计算机根据监测数据产生报警信息，并由通信分站转给声光报警器；中间层网络由通信分站与监控计算机组成，监控计算机为主机，通过发送不同的地址（每个通信分站都设有唯一的地址，地址范围132）依次选通各通信分站，并读取其存储的测量数据；上

4、层网络为计算机局域网络，监控计算机作为网络结点，具有网络服务器功能。底层、中层网络的拓扑结构分别为M-BUS总线型、RS485总线型，特点是多个网络结点可共用一条通信信道，非常适合煤矿井下测点分布较广的情形。M-BUS总线是欧洲标准的2线串行总线，专门为耗能测量仪器传送信息而设计，具有布线简便（无极性、可任意分支，普通双绞线）、抗干扰能力强等优点。当分站级RS-485总线过长或挂接通信分站过多时，需在总线上加RS485中继器，以提高通信距离和可靠性，RS485中继器由单独的本安电源供电。3 通信接口3.1 通信线路通信接口是地面计算机与井下通信分站通信的转换接口。将通信接口后面板的RS232通

5、信线插到计算机后面的RS232串行口上；用两芯通信电缆将通信接口后面板的“总线”口接到井下，并接入通信分站内的接线端子上，注意+、-不能接反，可先将通信接口上电，用万用表在井下量电压（5V左右）来判断+、-。通信电缆做接头时，必须保证同颜色的线相连，千万不要接错。为防雷击，通信接口采取了防雷击设计。为保证井下系统安全，下井信号为本安信号。3.2 供电电源通信接口供电电压为AC220V，由市电提供，必须良好接地。3.3 运行系统全部安装完毕，打开电源开关，正常工作后，计算机向井下通信分站发送数据时，通信接口前面板上“发送”指示灯亮；井下通信分站向计算机发送数据时“接收”指示灯亮。4 通信分站4.

6、1 功能通信分站不断读取和存储所接智能传感器的测量数据，当地面监控计算机选通通信分站并发“读数据”命令时，通信分站就将存储数据发给计算机；当地面监控计算机选通通信分站并发“搜索”命令时，通信分站就自动搜索其所带智能传感器的数量、地址、类型等，并发给计算机。4.2 容量一台通信分站所带智能传感器的数目不能超过100，各智能传感器必须设置不同的地址（范围为1100，通过专用设置器设置）。必须记住安装在各测点的智能传感器地址，以便在地面微机“系统生成”时使用。4.3 地址设置各通信分站必须设置不同的地址（1255），通过“地址设置开关”设置，所有小开关打到左边（ON）时均为0，打到右边时，各小开关代

7、表的值不同（从下“1”至上“4”，分别代表1、2、4、8），各小开关值的和为通信分站的地址。例如：如果通信分站的地址要设为9=1+8，则小开关“1”和“4”要打到右边，而小开关“2”和“3”要打到左边。4.4 供电通信分站的供电电压为DC24V，由隔爆兼本安电源提供，隔爆兼本安电源的供电电源为AC127V，需用三芯电源线接井下127V交流电，其中一芯为接地线。本安电源的直流输出端与通信分站电路板上的电源端用两芯电源线相连，注意：正负极不能错。4.5 与智能传感器连接通信分站与智能传感器通过四芯通信电缆（传感器级M-BUS总线）连接，其中两芯（红、白）为供电线，通信分站给各智能传感器供电；另外两芯（蓝、绿）为通信线。注意：不要接错，要同一颜色相接。通信电缆通过喇叭口接到电路板的接线端子上（见图1.2）。4.6 与分站级RS485总线连接通信分站经过地面通信接口与地面监控计算机通信，通信电缆为两芯，分+、-，可先将通信接口上电，用万用表在井下量电压（5V左右）来判断+、-，然后接入通信分站内的接线端子上。结束语：矿井水文自动监测系统的推广与应用有利于提高矿井水害预报、预测水平，掌握矿井水文动态变化规律，指导矿井水害治理，保证矿井安全生产，具有广阔的应用前景。5