运输监视及安全监控系统在矿井的应用

开辉

摘要：在煤矿的开采过程中，斜井运输的安全性一直被重点关注。因为运输的环境相对比较复杂，各种安全隐患也是存在较多。本文主要根据笔者自身的工作经验，对煤矿的运输监视及安全监控系统在矿井中的实际应用情况进行了一些总结和探讨。

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.

关键词：运输;监视;监控;系统

Key words： transportation;monitoring;monitoring;system

1  绪论

煤矿的运输监视及安全监控系统具有以下功能：①视频监视，用以监视跑车防护装置运行情况及各水平巷道视频图像信息，进行视频信息存储并在监视器上进行显示。②对斜巷中各车场道岔及跑车防护装置的控制及显示，当该装备出现故障时进行相应的报警，对现场道岔及辅助运输安全装备进行计算机远程自动控制操作，对相应的检测及操作数据进行数据存储。③行人检测，对进出斜井人数进行检测统计，并作数据存储，当人员进入斜井时进行警示。④运输自动控制，系统可按照所制定的运输路线，自动的控制相关设备的开启和关闭，实现运输系统的自动化控制过程，对系统运行过程中相关设备参数进行数据记录及存储。

2  设计方案

2.1 视频监视系统

图像监视系统主要用于监视跑车防护装置的工作状态及各水平工作面状态，由摄像仪、录像机、监视器、转换器、电源箱及发送器组成，用于显示斜井中各工作段矿车通行情况及跑车防护装置状况。图像监视装置如图1所示，通过分布在斜井的各个摄像仪，对斜井中各段情况进行采集，摄像仪将图像信号传输给信号转换器，信号转换器将其转化后并传输给录像机，然后将视频信号通过光缆传送到录像机，再由硬盘录像机将接收的信号分析，根据设定要求，进行分析、合成、录制等，然后传送给液晶监视器，由液晶监视器显现出斜井各个工作段内矿车通行的情况以及跑车防护装置的工作图像，使绞车司机清楚的了解到矿车运行情况，便于及时发现问题，保障生产过程的安全可靠运行。可根据现场工况要求在所需要的地方加入图像视频显示器。

在各水平及绞车室安装的显示器，用于显示各水平及跑车防护装置视频信息（如图2所示）。图像监视系统用于监视巷道重要设备的工作状态以及重要场所的工作面的情况。

2.2 运输安全监控系统

运输安全监控系统采用主从式体系结构，采用主从分布式管理模式。主控计算机采用工业控制用计算机，配有USB和以太网接口，继电器输出模块及RS485通信模块。分站所用的可编程控制器，具有RS485通讯接口，支持数据传输与通信。煤矿用安全监控系统，系统结构如图3所示。主控计算机与各分站采用RS485接口进行数据传输和通信。

煤矿用安全监控系统主要由主站和分站组成，主站设置在绞车房，分站设置于矿井各水平车场，系统内所涉及水平面分布较宽，根据现场实际运输工况进行布局，以石沟驿煤业分公司为例，示意图如图4所示，如有不妥将以巷道运输系统內实际布置分布为准。

①主控系统：主控系统由主控设备、监视器、操作键、声光报警箱组成。

②分站系统：分站系统为ZKC127型矿用司控道岔装置、行人检测装置。

3  主控系统

主控系统是煤矿用安全监控系统系统的核心。主控系统主要由主站、监视器、操作键、报警箱组成。主控系统如图5所示。

主站由主控计算机主机、接线端子，以及相关部件或模块的电源。主控计算机主机配置有RS485通信模块、继电器输出模块，以及状态存储记录模块。

3.1 主站组成

主控计算机配置有RS485通信模块、继电器输出模块，以及状态存储记录模块，这些部件安装在主站。

3.1.1 RS485通信模块

主控计算机采用RS485通信模块对各分控系统PLC进行通信管理，主站RS485通信模块与井下各水平分站PLC进行数据传输与通讯，读取设备状态信息并进行远程控制操作。

3.1.2 继电器输出模块

主控计算机采用继电器输出模块控制声光报警箱和闭锁装置，以便进行故障警示和进行系统保护。

3.2 主站软件

主控计算机软件包括主控计算机监控软件，主控计算机人机界面软件，主控PLC监控软件，分站PLC与主控计算机通信协议及通信管理软件。

3.2.1 主控计算机监控软件

主控计算机监控软件由主控计算机故障检测模块，分站状态与故障查询解析模块组成，完成多任务的运行管理工作。①主控计算机故障检测模块。主要检测主控计算机运行状态，包括各功能模块的运行状态，以及主控计算机与各分站PLC的通信状态。该模块在加电开机时运行，在系统运行过程中定期运行;在系统对模块调用过程中也要运行故障检测程序。②分站状态与故障查询解析模块。主要用于主控计算机对井下各水平分站PLC的运行状态与故障信息进行查询，并显示各分站的运行状态和故障状态，对故障进行报警和定位，方便系统的维修。

当各水平分站PLC应答主控计算机操作命令时，将对分站输出继电器进行控制，进行对应的设备控制操作。

3.2.2 主控计算机人机界面软件

①监控界面的显示。主控显示器显示系统设备的工作状态信息，显示各分站中道岔工作状态在工作中所选择的道路路线信息等，并在主操作画面中包含按钮操作管理模块及运行状态显示模块（以石沟驿煤业分公司为例，系统初步监控画面如图6所示）。画面包含有按键操作管理模块及运行状态显示窗口。

按键操作管理模块通过操作按键实施对道岔的操作控制。运行状态显示窗口主要显示系统道岔、跑车防护装置、人员监测的当前运行状态和故障状态信息。

②按键操作管理模块。系统设计了操作键盘，其布置如图7所示。

本操作键盘主要用于对操作键点击按钮进行管理，根据系统需求进行管理，避免误操作和乱操作引起的操作失误对系统正常运行的影响。操作命令检测合理后，调用主控计算机PLC监控软件进行处理。

操作键点击实现的主要操作按钮有：

1）应急按钮、自动/手动转换按钮、巷道选通。

2）自动按钮，自动操作框为一键式按钮，主控机将命令所有相关分站的道岔处于有效状态（直道或岔道）。

3）分栏操作按钮，用于控制各水平车场内的道岔操作。若分站未配置某装置，则相应的按钮为灰色（操作键操作不起作用），可通过巷道选通按钮对矿车运行预设的路线进行起点与终点的选择，实现对道岔路线选择远控操作的灵活性。

3.2.3 主控PLC监控软件

主要用于对操作键点击按钮产生的操作命令进行解析，生成相应的命令帧格式，并启动主控计算机发送命令帧，各分站的PLC在收到主控计算机的命令帧后，立即解析执行，并将本分站的故障信息发送到主控计算机以便故障查询。

3.2.4 主控PLC与主控计算机通信协议及通信管理软件

通信管理软件将主控计算机的命令帧发送到不同分站，并接收分站发回的响应帧。①检测应答响应帧是否超时，若超时可重发。若重发超次，则认为相应分站发生通信互联故障，进行报警和故障处理。②检测应答响应帧是否满足校验要求，否则命令要求分站重发，若重发超次，则认为对应分站发生通信互联故障，进行报警和故障处理。③对分站应答响应帧进行解析，若满足解析条件，进行工作状态更新;若不满足解析条件或发现故障，则更新对应分站的故障状态，进行报警和故障处理。

3.3 主站工作过程

3.3.1 工作状态指示灯

当主控计算机完成自检，并与各分站PLC联机成功，且所有分站工作状态正常时，系统状态指示灯设置为绿色，并显示“正常状态”。

当主控计算机定期对个分站进行查询，检查到故障分站时，将对应分站的状态指示灯设置为红色，系统状态指示灯设置为绿色，并显示“故障状态”。

故障源主要如下：①当分站PLC工作过程中检测到故障时，由分站PLC通知主控计算机本分站发生的故障状态。②主控站操作人员发现故障时，通过主控操作操作键按下故障应急按钮，由主控计算机通知所有分站主控机应急故障。

主控计算机发现故障后，首先通过继电器输出模块发出故障闭锁指令，并启动本安声光报警箱报警，同时使主控显示器和所有监视器闪烁显示“故障状态”。

3.3.2 自动/手动模式指示灯

主控站可以通过自动/手动按钮进行工作模式切换。当分站PLC接到主控计算机发来的自动模式命令时，设置分站的自动/手动状态位。

①主控站的工作模式为“自动模式”时，表示当前在自动操作模式下，各分站的道岔操作按钮不起作用，各分站仅接收主控计算机发来的这些操作指令。②主控站的工作模式为“手动模式”时，表示当前在手动操作模式下，各分站的道岔操作按钮可完成本地操作。

4  分控系统

分控系统主要包括司控道岔装置用控制器、电感式接近传感器、岔位显示箱、电动转辙机和发射机。分控系统如图8所示，主要用于道岔装置的控制与状态读取，该分控系统根据实际工况可选配加入跑车防护装置检测装置。

4.1 分站组成

分站包括电感式接近传感器、转辙机、岔位显示箱、遥控器，分站PLC具有RS485通信接口，分站PLC结构如图9所示。

4.2 分站软件

分站软件由故障自检模块、分控机PLC监控软件解析执行模块、分控机PLC与主控站通信软件。

4.2.1 故障自检模块

故障自检模块包括开机自检模块、工作过程检测模块、操作过程故障检测模块。

①开机自检模块主要对PLC工作状态进行检测、对接近到位传感器的互斥状态进行检測，一旦发现故障，则设置相应的故障状态位，等待主控站的查询。

②工作过程检测模块由PLC对分站运行过程中的接近到位传感器的互斥状态进行监测，一旦发现故障，则设置相应的故障状态位，等待主控站的查询。

③操作过程故障检测模块主要用于检测分站操作过程是否超时。当某些操作过程超时，一旦发现超时故障，则设置相应的故障状态位，等待主控站的查询。

4.2.2 分站PLC与主控站通信软件

当分站PLC接收到主控站的命令，主要对主控计算机发来的命令帧进行校验检测、地址检测和命令有效性检测，然后分站按照要求的格式生成相应的响应帧，回送给主控站;如果主控站的命令帧是操作命令，则分站生成本分站的故障状态响应帧，回送给主控站，并调用PLC通信软件完成响应帧发送。

4.2.3 分站PLC监控软件

分站PLC监控软件首先根据本分站的配置信息解析主控站的操作指令，按照操作命令要求启动相应的操作，这些操作包括直道/岔道道岔控制

分站根据操作命令要求设置相应的端口，并启动操作过程故障检测模块，检测操作过程是否超时，一旦发现超时故障，立即停止本操作的执行，并设置相应的故障状态位，等待主控站的查询。

分站PLC检测输入传感器端口的变化，并对相应的故障状态位和运行状态进行设置，以便在主控站向本分站发命令时，及时将故障状态和工作状态回送到主控站。

分站道岔按钮需按照下述方案实施：①当分站处于自动工作方式时，分站的道岔操作按钮不起作用，分站仅根据主控机的命令进行道岔操作。②当分站处于手动工作方式时，分站的道岔操作按钮可以对本分站的转辙机进行控制。

4.3 分站工作过程

①分站PLC加电自检后，即对直道、岔道接近传感器的互斥接触器信号进行检测，若发现故障，立即设置故障位，以待主控计算机查询故障状态。②分站PLC接到主控计算机的直道/岔道道岔操作命令后，立即启动相应操作，并检测操作启动到完成的时间间隔是否超时来确定是否发生故障。另外，若发现接触器到位信号发生互斥现象，也设置故障状态位，以待主控计算机查询故障状态。

5  系统工作过程

系统进入工作状态后，检测道岔等相关设备工作状态信息，驱动本地显示道岔信息，并通过传输线缆传送给主站，主站接收到各分站状态信号后，经过状态信号处理后，驱动监视器，监视器以图像形式显示设备运行状态信息。

监视器设置有操作软键盘，管理人员可以通过操作键操作软键盘，远程控制道岔转换。在实施运输时，主信号工可以根据各水平打点信号，安排提升，即在选定提升路线后，系统依据设定路线对应的道岔设备，控制相应的道岔设备动作，占用运行路线，主信号工通过监视器，观察运输线路畅通后，通知绞车司机启动绞车进行提升;线路设备故障情况下，监视显示设备动作故障，驱动报警箱进行警示，提醒信号工进行处理;信号工可通过手动方式进行故障设备操作检查处理。故障解除后，进行线路选定进行运输。

6  故障处理

6.1 故障类型

本系统故障分自动检测故障和应急操作故障两类。

自动检测故障由分站开机检测和运行检测两部分组成，包括直道道岔故障、岔道道岔故障、通信故障状态。

应急操作主要在主控站、分站的操作人员发现意外故障时，可以通过应急按钮通知本系统，以便实施安全保护。

6.2 故障检测

系统具有自检功能，可以在系统起始阶段检测主控站的故障和查询分站的故障。在系统运行过程中，各分站不断检测和更新故障状态、工作状态，主控站通过定期查询及时掌握分站的故障状态和工作状态。

6.3 故障处理

主控站一旦发现故障，通过闭锁端口发出指令，进行相应的闭锁保护处理、并声光警示。另外，监视器故障状态显示，以便通知所有分站操作人员。

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