矿山井下主配设备安全预警关键技术研究

论文摘要

摘要：矿山井下设备是矿山生产作业的重要支柱,其井下配套的矿井通风机设备系统、矿井提升机设备系统、矿井排水设备系统及井下空压机设备系统是矿山井下生产必备的主要配套设备,简称为矿山井下主配设备系统。其井下主配设备系统工作运行的好坏直接关系到矿山人员安全及生产安全和效益,因此如何实现和保障其井下主要关键设备的安全可靠运行,一直是矿山安全生产领域的重要研究课题。目前,在井下矿山单设备系统监测监控领域及井下瓦斯监控方面国内外已有了不少研究成果,但基于包含井下多设备安全监控系统及兼容井下瓦斯监控等井下其它安全监控系统的集成化统一监控平台系统的研究稀有涉及,本文正是基于上述现实问题,提出矿山井下安全预警统一监控平台研究课题,并对形成安全预警统一监控平台系统的主要关键技术问题展开理论研究与技术实现。研究设计了包含矿山井下四大主配设备系统的统一的从井下到井上的三层监控组网技术方案,其组网技术方案首次包含老旧监控设备系统的兼容、包含瓦斯传感器检测及井下人员定位检测系统等扩展接口功能,此组网方案及技术实现在国内首创,为后继矿山安全监控水平的提升提供了全新的理念。针对矿山井下四大主要配套设备系统各自的功能分析及选用的安全监控参数及工艺控制方式,本论文统一的对其进行了详细归纳与研究,提出了统一安全监控平台经济适用、性价比高的参数组选型原则方案。通过对统一监控平台所需要的各类电量与非电量传感器性能的分析,研究了传感器的组成、发展、现状,性能特性及传感器技术的飞速发展趋势所带来的组网用传感器选型的困惑,提出了矿山井下安全监控用系统传感器在工程实例中的主要选用原则。通过SVM数值分析技术手段对矿山回采工作面的瓦斯传感器的放置位置与放置数量进行数值分析,验证了瓦斯传感器放置位置距离及传感器数量问题。通过对以往各类控制技术等的全面分析研究,给出了以PLC开发环境作为分布式子站控制器方案的最优结论,研究开发出预警监控平台分布式子站现场监控系统最佳组网技术方案结构框图。研究总结出PLC硬件配型原则,并进行了配型实现,通过软件编程实现了PLC开发环境下的井下风机等系统的自动监测控制。针对井下特殊环境下数据安全采集的高要求,研究分布式子站传感器与工业控制器之间数据安全采集的实现方法,提出了适合井下数据安全采集与传输的统一的安全电量变送器联接概念,用于解决大监控平台多类型传感器多源信息融合难的问题,开发设计出数据安全采集系统框图。利用现有的井上监控平台、分布于井下的组网综合布线系统及井下控制器系统,研究与探讨了预警监控平台兼容瓦斯监控、人员定位及井下老旧设备系统的一种扩展兼容接口技术实现解决方案,给出了分布式子站扩展兼容接口相应技术实现设计方案。将井上光纤以太网通信技术与井下CAN总线通信技术相结合的组网方式应用到多设备系统的监控平台上,通过设计两种通用的通信智能节点,很好的解决了多设备监控系统信道不共享、协议不兼容等问题。选择组态王为本矿山主配设备预警监控平台上位机软件开发环境,完成井下各设备系统中控制器与上位机软件监控系统的数据对接设计,完成矿山井下主配设备预警监控平台软件监控系统主界面及各分系统界面的软件编程实现。采用数据库技术应用于矿山井下多设备系统的统一监控平台当中,通过将数据库与监控平台各层监控软件进行数据对接,并利用其数据库技术对海量数据的数据分析与数据管理优势,解决了目前统一矿山监控平台软件难以满足多设备系统庞大数据实时监控处理的难题。建立了上位机监控平台界面,其显示功能首次包含了平台主监控界面、各主配设备分系统监控界面,并建立了井下各子站现场监控界面,系统包含了全方位监控功能,建立了从井下到井上的全方位、实时、立体、安全的监控防护体系。本文在矿山井下安全监控系统中综合了目前几大前沿技术,将其各自的优势发挥于矿山井下多设备系统统一监控的平台之中,这些技术包括最新的控制技术、最新的组网技术、最新的通信技术以及最新的软件监控技术,为后继矿山井下设备、人员及瓦斯安全监控设计者提供全新的可实施的操作方案。本文所做研究工作,立足于学科前沿,对矿山井下主要配套设备安全预警关键技术问题进行了较深入的研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。图96幅,表1个,参考文献219篇

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 存在的主要问题
• 1.4 本论文技术路线及主要研究内容
• 1.4.1 技术路线
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 矿山井下主配设备预警监控平台体系结构研究与设计
• 2.1 预警监控平台整体方案研究与设计
• 2.1.1 现状简述
• 2.1.2 监测预警平台体系结构框图的设计
• 2.1.3 系统整体设计原理与结构组成
• 2.2 预警监控平台具备的功能
• 2.3 预警监控平台的特点及创新之处
• 2.4 本章小结
• 第三章 矿山四大主配设备系统检测参数综述
• 3.1 井下通风机子系统预警检测参数综述
• 3.1.1 通风机概述
• 3.1.2 通风机控制系统检测参数
• 3.1.3 控制过程
• 3.2 井下提升机子系统预警检测参数综述
• 3.2.1 设备概述
• 3.2.2 检测参数
• 3.2.3 控制过程
• 3.3 矿井排水子系统预警检测参数综述
• 3.3.1 设备概述
• 3.3.2 参数综述
• 3.3.3 控制过程
• 3.4 空压机子站预警检测参数综述
• 3.4.1 设备概述
• 3.4.2 设备参数综述
• 3.4.3 控制过程综述
• 3.5 预警平台用瓦斯传感器在回采工作面安全监测部署参数研究
• 3.5.1 回归估计的支持向量机方法
• 3.5.2 实验结果和分析
• 3.5.3 结论
• 3.6 井下主配设备监测预警平台检测参数选用原则
• 3.7 本章小结
• 第四章 预警监控平台系统传感器研究
• 4.1 传感器概述
• 4.1.1 传感器概念
• 4.1.2 传感器的组成
• 4.1.3 传感器技术的发展历史与回顾
• 4.1.4 现代传感器技术的发展趋势和应用前景
• 4.2 传感器的基本特性
• 4.2.1 传感器的静态特性
• 4.2.2 传感器的动态特性
• 4.3 传感器的分类
• 4.3.1 传感器的分类
• 4.4 本预警监控系统传感器的主要选用原则
• 4.5 本章小结
• 第五章 预警监控平台井下分布式子站现场监控策略研究与实现
• 5.1 分布式子站控制方案的选择研究
• 5.1.1 几种控制器的比较与选型
• 5.1.2 PLC技术综述
• 5.2 井下分布式子站现场监控系统的设计与实现
• 5.2.1 分布式子站现场监控系统的结构框图设计
• 5.2.2 分布式子站控制器的选型实现
• 5.2.3 分布式子站数据安全采集的策略研究
• 5.2.4 分布式子站PLC的模块选型原则研究
• 5.2.5 以通风机设备系统为例的分布式子站PLC的模块选型配置实现
• 5.3 井下分布式子站现场监控的编程实现
• 5.3.1 分布式子站编程环境介绍
• 5.3.2 分布式子站PID的算法控制研究
• 5.3.3 基于通风机监控系统的软件编程实现
• 5.4 预警监控平台扩展兼容功能的研究
• 5.4.1 预警监控平台扩展兼容接口的研究
• 5.4.2 预警监控平台瓦斯监测接入的研究设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 预警监控平台基于光纤以太网和CAN总线通信技术的研究与实现
• 6.1 预警监控平台基于以太网光纤技术的远程通信设计研究
• 6.1.1 预警监控平台远程通信的技术选择
• 6.1.2 以太网技术简介
• 6.1.3 光纤数据传输技术简介
• 6.1.4 预警监控平台光纤以太网通信的设计研究
• 6.2 预警监控平台现场总线技术的选型研究
• 6.2.1 现场总线的概述
• 6.2.2 目前几种主流的现场总线
• 6.2.3 预警监控平台井下通信的总线选型
• 6.3 预警监控平台井下CAN总线通信系统的设计与技术实现
• 6.3.1 井下通信系统的结构框图设计实现
• 6.3.2 井下CAN总线通信系统智能节点的研究设计与技术实现
• 6.4 本章小结
• 第七章 预警监控平台上位机监控软件研究与实现
• 7.1 预警监控平台上位机监控软件选型研究
• 7.1.1 上位机监控技术的选择
• 7.1.2 国内外监控组态软件的发展状况
• 7.1.3 上位机组态软件的选择
• 7.2 预警监控平台上位机组态软件监控系统的设计与实现
• 7.2.1 上位机监控软件的开发原则研究
• 7.2.2 监控软件开发环境的组成和开发步骤
• 7.2.3 预警监控平台软件系统的设计实现
• 7.2.4 本研究开发完成后的预警监控平台操作界面功能展示
• 7.3 上位机基于Oracle与监控软件的预警及故障诊断功能的研究与实现
• 7.3.1 上位机数据库技术研究
• 7.3.2 预警监控平台上位机故障诊断功能的实现
• 7.4 本章小结
• 第八章 全文结论与展望
• 8.1 研究总结
• 8.2 本论文创新点
• 8.3 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果
• 1. 发表的论文
• 2. 参加的科研项目
• 3. 发明的专利