矿山安全监控系统

一、系统简介

KJ2228X 煤矿安全监控系统的设计是以《煤矿安全规程》为依据，对煤矿井下实际情况进行考察，综合各方面因素考量后设计，监控设备的种类、数量、性能均符合《煤矿安全规程》的有关规定，适用各类大中小型矿山。系统以工业以太环网加现场总线作为系统的信息传输平台，利用工业以太网平台的快速通道实现多主并发通讯技术，全数字化传输，具有自诊断、突出报警功能，能够实现数据融合，监控系统设备具备抗干扰能力，运行更加稳定可靠。可采集瓦斯、风速、负压、温度、一氧化碳等环境参数，以及机电设备开停、供电状态等生产参数，可以控制设备的通、断电，是煤矿安全生产的必备设备。

二、系统组成

KJ2228X煤矿安全监控系统主要由以下四部分组成:

监控计算机、网络及软件；

(2) 传输接口及传输光缆、电缆；

(3) 供电电源及数据采集分站；

(4) 各种传感器及执行器；

系统架构图如下：

一、系统功能

满足AQ6201标准基本功能要求
数据采集功能

系统具有甲烷浓度、风速、风压、一氧化碳浓度、温度、粉尘等模拟量采集、显示及报警功能。

系统具有馈电状态、风机开停、风筒状态、风门开关、风向、烟雾等开关量采集、显示及报警功能。

系统具有瓦斯抽采（放）量监测、显示功能。

控制功能

系统由现场设备完成甲烷浓度超限声光报警和断电/复电控制功能。

①甲烷浓度达到或超过报警浓度时，声光报警；

②甲烷浓度达到或超过断电浓度时，切断被控设备电源并闭锁；甲烷浓度低于复电浓度时，自动解锁；

③与闭锁控制有关的设备(含甲烷传感器、分站、电源、断电控制器等)未投入正常运行或故障时，切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁；

系统可以由现场设备完成甲烷风电闭锁功能。

系统具有掘进工作面煤与瓦斯突出报警和断电闭锁功能。

系统具有采煤工作面煤与瓦斯突出报警和断电闭锁功能。

系统具有地面中心站手动遥控断电/复电功能，并具有操作权限管理和操作记录功能

系统具有异地断电/复电功能。

系统具有与应急广播、通信、人员位置监测等系统应急联动功能。

调节功能

系统具有自动、手动、就地、远程调节功能。

存储和查询功能

系统具有以地点和名称为索引的存储和查询功能：

①甲烷浓度、风速、负压、一氧化碳浓度等重要测点模拟量的实时监测值；

②模拟量统计值(最大值、平均值、最小值)；

③报警及解除报警时刻及状态；

④断电／复电时刻及状态；

⑤馈电异常报警时刻及状态；

⑥局部通风机、风筒、主通风机、风门、风向等状态及变化时刻；

⑦瓦斯抽采(放)量等累计量值；

⑧设备故障／恢复正常工作时刻及状态等。

采掘工作面瓦斯超限数据、断电、馈电异常，局部通风机停风等数据采用RSA加密算法对数据进行加密。

显示功能

系统具有模拟量、开关量、累计量相关内容的列表显示功能。

系统能在同一时间坐标上，同时显示模拟量曲线和开关状态图等。

系统具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能。在同一坐标上用不同颜色显示最大值、平均值、最小值等曲线。

系统具有开关量状态图及柱状图显示功能。

系统具有模拟动画显示功能。显示内容包括：①通风系统模拟图；②相应设备开停状态；③相应模拟量数值等。具有漫游、总图加局部放大、分页显示等方式。

系统具有系统设备布置图显示功能。显示内容包括：①传感器；②分站；③电源箱；④断电控制器；⑤传输接口和电缆等设备的设备名称；⑥相对位置和运行状态等。若系统庞大一屏容纳不下，可漫游、分页或总图加局部放大。

打印功能

系统具有报表、曲线、柱状图、状态图、模拟图、初始化参数等召唤打印功能(定时打印功能可选)。报表包括：①模拟量日(班)报表、②模拟量报警日(班)报表、③模拟量断电日(班)报表、④模拟量馈电异常日(班)报表、⑤开关量报警及断电日(班)报表、⑥开关量馈电异常日(班)报表、⑦开关量状态变动日(班)报表、⑧监控设备故障日(班)报表、⑨模拟量统计值历史记录查询报表等。

人机对话功能

系统具有人机对话功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用、控制命令输入等。

自诊断功能

系统具有自诊断功能。当系统中传感器、分站、传输接口、电源、断电控制器、传输电缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。自诊断包括：①传感器、断电控制器的设置及定义；②模拟量传感器维护、定期未标校提醒；③模拟量传感器、断电控制器、电源箱等设备及通信网络的工作状态；④双机热备、数据库存储、软件模块通信等。

双机切换功能

系统具有双机切换功能。系统主机双机备份。当工作主机发生故障时，备份主机自动投入工作。

备用电源功能

系统具有备用电源。当电网停电后，保证对甲烷、风速、风压、一氧化碳、主要通风机、局部通风机开停、风向、风筒状态等主要监控量继续监控。

数据备份功能

系统具有数据备份功能。

模拟报警和断电

系统具有通过现场传感器模拟测试报警和断电功能。

防雷

系统具备防雷功能。

联网

系统具有网络通信功能。

软件自监视和容错

系统具有软件自监视和容错功能。

实时多任务

系统具有实时多任务功能，能实时传输、处理、存储和显示信息，并根据要求实时控制，能周期地循环运行而不中断。

满足煤安监函〔2016〕5号文要求
传输数字化

KJ2228X煤矿安全监控系统采用的KJ2228X-F监控分站与模拟量传感器、开关量传感器、断电器之间全部采用RS485数字信号进行数据通讯。可实现对传感器远程参数设置、远程查看设备状态信息等功能，有效提升传感器、断电器等设备数据传输的抗干扰能力，解决了安全监控系统的“误报、误控”现象。同时，系统支持传感器自识别、自诊断、即插即用，具备定期维护、标校提醒，具备地址重复提醒功能。

增强抗电磁干扰能力

KJ2228X煤矿安全监控系统通过第三方检测满足抗电磁干扰相关要求：地面设备3级静电抗扰度试验，评价等级为A；2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；3级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；3级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为A，抗干扰能力高于煤安监函〔2016〕5号的要求。进行抗干扰性能升级后，有效解决了井下设备硬件故障率高、数据传输异常等问题。

推广应用先进传感技术及装备

1、系统架构及先进传感器应用

KJ2228X煤矿安全监控系统系统架构简单，网络层级不超过3层；有线传输的每层转载不超过2次，无线传输每层转载1次。

KJ2228X系统主要受控元部件及关联设备表中包含激光甲烷传感器、粉尘浓度传感器、无线多参数传感器等先进设备，满足文件要求。

2、传感器自诊断与自识别

传感器应具有故障自诊断等功能，当传感器发生故障时，可将诊断信息实时传输至地面主机，显示故障信息。故障信息包括：通信故障、供电电压偏低、检测元件故障等。

传感器具有自识别功能，当传感器与分站连接后，中心站自动弹出定义界面，用户只需定义安装地点等即可正常使用。

提升传感器防护等级

KJ2228X煤矿安全监控系统中所有传感器的防护等级均达到IP65防护等级，并按《关于发布煤矿安全监控系统升级改造检验方案、安全标志管理方案的通知》（安标字〔2017〕36号）的要求通过了相关检验。

完善报警、断电等控制功能

KJ2228X煤矿安全监控系统分级报警、逻辑报警、区域断电由四部分组成：分析模板、分析模型、输出配置、分析并输出。

分析模板：提供一个表达式编辑窗口，将设备的实时值、最大值、报警值等等按照业务上的关系编辑成一个或多个表达式。

2、分析模型：根据逻辑分析模板创建分析模型。在创建分析模型的过程中为分析模板的表达式设备指定绑定设备类型（如：甲烷，一氧化碳，温度等）或绑定一个或多个具体的测点。

3、输出配置

报警配置。当分析模型成立时要通知的人员，报警方式，报警颜色；
区域断电配置。当分析模型成立时，要控制或解控的测点。当分析模型不成立时，是否解除分析成立时控制的测点；
应急联动配置。当分析模型成立时，在地图上要显示的区域并显示各个设备的实时状态。
分析并输出：对创建的所有分析模型进行分析，分析的结果结合输出配置做出相应的反应。

传感器的分级报警共分为四个等级，包括“传感器甲烷浓度与数量分级报警”、“传感器甲烷浓度与超限时间分级报警”两部分。

1、分级报警

系统提供传感器分级报警配置模板，用户可根据实际情况自行配置传感器分级报警的条件、展示方式等内容，例如Ⅳ级：矿井根据监控重点，设定监控区域甲烷传感器的预警、断电值，当甲烷传感器实时数据超过《煤矿安全规程》（2016）及AQ 1029标准规定的报警值的1/4（分级报警为四级），即启动四级报警。

2、逻辑报警

系统提供逻辑报警编辑模板，可配置不低于5组逻辑报警关系，可根据实际情况自行定义传感器逻辑报警。例如：

1）采煤工作面进风巷的甲烷浓度高于回风巷的甲烷浓度，系统实行逻辑报警；

2）串联通风处甲烷浓度高于被串采掘工作面回风巷甲烷浓度，系统实行逻辑报警；

3）甲烷传感器报警值、断电值、复电值高于《煤矿安全规程》第 498 条规定（如采煤工作面甲烷传感器的报警值≥1.0%CH4，如现场甲烷传感器的报警值设置为≥ 1.5%CH4，违反规定），系统实行逻辑报警；

4）馈电状态与甲烷浓度超限断电控制不一致，该断电没有断电的，系统实行逻辑报警等。

3、就地断电

系统可通过中心站定义实现就地断电，就地断电逻辑保存在分站中，及时分站与中心站断开连接，仍然能够实现瓦斯超限的时的就地断电功能。

4、区域断电

系统提供区域断电编辑模板，用户可根据实际情况设置不同瓦斯浓度超限时的断电控制范围。

支持多网、多系统融合

1）KJ2228X系统支持有线和无线网络的融合，无线传感器使用GD4W(A)无线多参数传感器。

2）KJ2228X系统支持与GIS技术的融合，通过导入CAD图纸在系统中能自动生成GIS图；

3）KJ2228X系统支持多系统融合，能融合的系统包括人员定位系统、应急广播系统、供电监控等，并支持与视频监测、无线通信、设备监测、车辆监测系统的融合。

1、多网融合

KJ2228X-F分站具有GD4W(A)无线多参数传感器接入接口，包含甲烷、一氧化碳、氧气、温度四参数，可安装在上隅角等位置，从而实现有线与无线的融合。

同时，KJ2228X-F分站还具有百兆光口和百兆电口，支持无线基站、应急广播等设备通过光纤/网线方式接入。

2、多系统融合

硬件层融合：KJ2228X-F分站即可用于安全监控、也可以用于人员定位分站，用于人员定位分站时，可接入8路识别器，KJ2228X-F分站可实现我公司KJ1573J人员定位系统和我公司KJ2228X安全监控系统的数据接入层硬件融合；
软件层融合：在地面可通过软件之间的文本文件或数据库进行各系统之间数据交互，实现数据之间的联动。对于其他厂家的人员定位、应急广播、电力监控、视频监测、无线通信、有线调度、车辆监测等系统，在我公司安全监控系统平台建设完成后，由我公司公司提供各系统标准数据接口格式，由矿方协调其他子系统厂家配合进行软件整改，实现各系统之间的融合功能。

3、安全监控系统与GIS技术的融合

系统支持CAD图直接在中心站软件中上传，并在CAD图上面增加图元，不需要二次转换，支持系统根据定义自动生成拓扑图功能。

主要特点包括：

GIS地图采用二维方式，系统支持三维GIS扩展应用；
具有CAD及其他图形的导入功能；
具有矢量缩放、平移、鹰眼导航图功能；
具有空间坐标设置、显示及测量等功能；
具有图层功能；
具有丰富的图库；
选中对应设备对象后，能显示设备实时数据、状态、位置及相关配置信息；
支持 Web 浏览功能。
格式规范化

系统主干网采用工业以太环网、分站至主干网可采用以太网或RS485通讯、传感器至分站采用RS485通讯、无线采用RFID，满足“格式规范化”要求。

系统支持联网并能够按照《煤矿安全生产在线监测联网被查系统通用技术要求和数据采集标准（试行）》（安监总厅规划[2016]138号）规定的数据格式进行上传，并可按集团公司给定的协议格式进行数据上传。

系统提供单独的上传软件，采用FTP文件传输协议，用户可配置相关的上传参数，如通讯协议，上传地址，以实现联网上传。

增加自诊断、自评估功能

系统能定期的进行自诊断、自评估，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。系统具有以下自诊断、自评估功能：

1、系统采用图形化定义界面，支持传感器在分站挂接后中心站自动识别传感类型和设备属性，能自动感知接入设备的新装、变更事件，构建井下智能感知体系，支持中心站远程修改地址号。

2、系统能根据《煤矿安全规程》及相关行业标准要求，对传感器漏装、报警、断电、复电门限设置错误进行诊断并提示。如上限报警值需小于等于上限报警值、上限复电值需要小于上限断电值等，修改正确后方可保存设置。

3、系统具备逻辑错误报警功能。

4、系统具备区域设备定义错误提升功能。

5、系统具备传感器设备标校状态、通信状态、供电电压偏低报警提示功能。

6、分站具有自诊断功能，通讯中断时系统显示通讯中断，并具有断线续传功能。

7、系统能自诊断各模块当前通讯状态及服务器运行状态。网关通讯正常时显示正常，断开连接时显示连接失败。

8、系统可对数据库、硬盘、内存等异常进行监测，数据库硬盘将占满时，自动提醒用户。

9、系统能对井下传感器类型不匹配进行自动校验，并在中心站上进行显示，类型不匹配中心站不解析数据。

10、系统支持分站电源箱、交换机电源箱管理，具备远程充放电管理功能，延长电池使用寿命。

11、系统具备传感器定期未标校提醒，对甲烷、一氧化碳等传感器的标效周期进行设置，系统自动检测定期未标效的传感器，并进行报警提醒。系统能够自动生成传感器标校记录报表，能够统计出每个传感器的标校次数，每次的标校时长、标校期间的最大值、最小值等记录，便于现场针对传感器标校进行管理，提高系统的稳定性。

12、系统具备双机热备自诊断功能。

加强数据应用分析

KJ2228X系统具备多路数据上传功能，具备数据分析与应用功能，能对传感器间的关联性进行分析，对伪数据进行标注，对异常数据进行分析，并能实现数据分类汇总统计，具备瓦斯涌出预警与火灾的的预测预警，能与煤矿安全监控系统检查分析工具的数据对接等，系统数据分析功能如下所示：

1、伪数据与异常数据分析与标注

中心站可通过历史查询、曲线查看报警、标效、突出数据。并在界面上面通过背景色、字体颜色、曲线点的颜色对报警、标效数据进行区分显示。

2、瓦斯涌出预警与火灾的的预测预警

KJ2228X煤矿安全监控系统利用大数据分析工具，通过对甲烷、风速、压力的监测数据进行建模分析，可实现瓦斯涌出报警，通过对一氧化碳、温度和风速的监测数据进行建模分析，可实现火灾预测预警。大数据分析工具在多系统融合的情况下，可以根据要求增加其他系统的预测报警（如顶板等），如图所示：

4、系统可实现与煤矿安全监控系统检查分析工具的数据对接。

应急联动

KJ2228X煤矿安全监控系统通过配置监控系统报警、大数据分析模型与人员定位系统设备，广播系统设备之间的关联关系，并在后台完成应急联动分析，分析结果对人员、广播进行控制，并对应急联动通过图形化界面进行实时展示。

系统能够实现的联动功能包括但不限于以下几点：

区域出现瓦斯超限、火灾、断电等情况时，安全监控系统可联动应急广播通知区域人员撤离；
区域出现瓦斯超限、火灾、断电等情况时，安全监控系统可联动人员定位系统，统计灾害区域人员数量，发送紧急呼叫指令；
可根据煤矿所制定应急救援预案，在系统检测或预测到危险时，可指导地面人员按照救援预案开展救援。
提升系统性能指标

KJ2228X煤矿安全监控系统性能指标均高于5号文要求，包括：

传感器工作电压范围提示

系统中传感器的工作电压范围提升至9V~25V，在此工作电压范围内传感器均能正常工作，提升了传感器的本安带载距离。

模拟量传输处理误差

系统传输升级为数字信号，采用多种校验方式。在整个数据传输及处理的过程中，不存在模拟信号的模数转换环节，传感器传输出的真实值与分站解析大的值完全相等，传输处理误差为0。

3、巡检周期

系统最大可接入255台分站，巡检周期小于10s,采用以太网组网方式时，系统巡检周期小于5s。

4、异地断电时间

系统可通过中心站逻辑执行异地断电，即通过A分站下的某传感器超限断电指令，去控制B分站下的断电器，系统异地断电时间小于10秒。

5、手动控制断电时间

系统可通过中心站下发断电指令，断电执行时间小于10秒。

6、后备电源维持正常工作时间

系统中KDW660/24(B)电源有1路非安25V.DC输入，其可配接KDW660/25B电源箱，在交流断电后，可扩展至6h以上。

7、最大供电距离

系统本安电源供电距离按不同负载组合分级管理，无需中继设备，能够实现2Km、3Km、6Km的分级直接供电要求。

8.无线传感器技术指标提升

系统中GD4W(A)矿用无线多参数传感器采用大容量锂离子蓄电池，通过检验机构检验和实际测试，其连续工作时间大于72h，最大无线传输距离可达200m。

增加加密存储

KJ2228X煤矿安全监测实时数据按照《煤矿安全生产在线监测联网备查系统数据采集标准—安全监测监控系统（试行）》2016年12月版第4.2.4、2.2.5条规定的文件格式进行备份存储。

为确保系统数据的安全性，KJ2228X系统采用两种方式对采掘工作面等重点区域的瓦斯超限、报警、断电信息应进行加密存储，并采用RSA加密算法对数据进行加密。

1）系统采用RSA加密算法对采集数据进行文件加密，以防止数据丢失，保证数据安全。

2）系统采用RSA加密算法对系统数据库连接配置进行加密，以防止数据被破解篡改。

方便用户使用、维护、培训

KJ2228X安全监控系统采用主流展示界面，操作简单，同时系统自诊断功能能够帮助用户在使用过程中避免一些低级错误，提高工作效率。

1、数据输入错误时，能给出友好提示。

软件实例：测点定义的安装位置，输入特殊字符时，给出提示信息；阈值关系错误时，给出提示；传感器安装测点名称重复，给出提示。

2、测点定义不符合规范时，给出友好提示。

软件实例：KJ2228F（16）H分站1-4通道定义智能断电器或声光报警器等带控制口的地测点时，给出友好提示信息。

3、显示方式通过勾选实现，操作简单方便。

软件实例：实时主界面通过勾选或取消勾选实现自动翻页、加网格线、奇行样式、行号，模糊查询等，操作简单方便。

4、输入数据通过结合输入和下拉列表实现，操作简单方便。

软件实例：设备安装位置输入采用输入和下拉选择相结合，方便用户操作。

5、操作中有注释提示，方便用户正确操作。

软件实例：风电闭锁中选择测点时，有注释信息，方便用户正确操作。

6、提供部分快捷键操作。

软件实例：参数设置时，可通过快捷键进行。

7、功能模块化，通过菜单和工具条相结合，方便调用系统各子功能模块。

软件实例：选择菜单栏参数设置后，点击报警配置，立即弹窗显示报警设置窗口；

8、具有多传感器、多测点、不同类型传感器，同一界面同一时间坐标轴下历史曲线、状态对比查看功能。

9、实时主界面右键菜单调用，方便调用系统及侧点主要功能模块。

软件实例：鼠标右键弹出的列表中选择已定义控制关系，查看系统已定义的各测点控制关系.

10、实时主界面双击分站、模拟量、开关量、控制量测点，弹窗显示其详细信息，方便调用分站、模拟量、开关量、控制量测点的详细信息显示窗口。

软件实例：双击实时显示主界面的分站、模拟量、开关量、控制量测点，分别显示其详细信息。

11、风电闭锁采用图形化定义界面进行定义，操作简单方便，支持风机开停数量可灵活配置。

12、系统可对设备台帐管理，并支持按类型统计传感器的使用情况。能显示各类设备生产日期、设备名称、安装位置、物理地址等内容详细信息，并能自动生成设备管理台账。传感器接入系统后，实现智能设备的自动感知、自动识别、自动发现、自动拓扑、自动建档，具备设备电子档案全生命周期管理功能。

13、分站支持历史数据存储，在中心站可获取分站的历史数据，并进行展示。

14、系统具有井下出现异常情况（报警、断线、故障等）能自动分级短信报警功能（需配置短信猫硬件）。

15、通过环网管理软件，可实现环网运行状态监测、诊断、报警。

16、帮助文档清晰明了,各个功能通过系统引导程序进行操作讲解，帮助操作者熟悉软件。

移动终端应用APP（选配）
支持安卓平台各版本手机；
用户能够通过手机终端在公网（移动、联动、电信）下实时查看井下安全监控系统各类监测数据；
具备报警提醒功能；；

安全监控系统支持APP终端应用，用户能够通过手机终端在公网（移动、联动、电信）下实时查看井下安全监控系统各类监测数据，该APP支持查看实时数据、实时/历史曲线、报警/故障记录查询等。

一、系统特点

高于标准的系统性能指标