第1章 概 述 1

1.1 礦井監控繫統概念與組成  1

1.1.1 礦井監控繫統概念  1

1.1.2 礦井監控繫統組成  2

1.2 礦井監控繫統體繫結構  3

1.3 礦井監控繫統性能與技術指標  7

1.3.1 性能需求  7

1.3.2 技術指標  8

1.4 礦井監控繫統設計依據
10

1.5 監控繫統部署要求 10

1.5.1 環境與技術要求 10

1.5.2 防爆要求 11

1.6 礦井監控繫統現狀及發展趨勢 13

1.6.1 監控繫統發展簡介 13

1.6.2 監控繫統的發展趨勢 16

1.7 KJ93礦井監控繫統簡介  17

第2章 礦井信息傳輸技術  20

2.1 信息傳輸方式 20

2.1.1 模擬傳輸與數字傳輸 20

2.1.2 單向傳輸、半雙工及全雙工傳輸  21

2.1.3 串行傳輸與並行傳輸 21

2.1.4 異步通信與同步通信 22

2.1.5 數字基帶與頻帶傳輸 23

2.2 信息校驗技術 24

2.3 串行通信技術 27

2.3.1 串行通信技術基礎 27

2.3.2 RS 232C串行通信技術  28

2.3.3 RS 485串行通信技術 31

2.4 多路復用技術 35

2.4.1 頻分制 35

2.4.2 時分制 36

2.4.3 碼分制 37

2.4.4 理想復用方式 38

第3章 傳感器技術  40

3.1 礦用傳感器現狀及發展趨勢
40

3.1.1 礦用傳感器的應用現狀
40

3.1.2 礦用傳感器的發展趨勢
41

3.2 傳感器技術基礎 42

3.2.1 構成與分類 42

3.2.2 性能指標 43

3.2.3 供電方式 44

3.2.4 輸入信號 45

3.2.5 輸出信號 47

3.2.6 模擬信號轉換 50

3.3 甲烷傳感器 52

3.3.1 催化燃燒式甲烷傳感器
53

3.3.2 熱導式甲烷傳感器 57

3.3.3 GJC4/100型高低濃度甲烷傳感器設計  58

3.4 風速傳感器 65

3.4.1 常見的風速傳感器 66

3.4.2 礦用風速傳感器 68

3.5 CO傳感器  71

3.5.1 常用CO傳感器 71

3.5.2 礦用CO傳感器 74

3.6 溫度傳感器 76

3.6.1 常見的溫度傳感器 77

3.6.2 礦用溫度傳感器 77

3.7 負壓傳感器 79

3.8 開關量傳感器 80

3.9 無線傳感器 81

3.10 光纖傳感器  85

第4章 分站電源  88

4.1 分站電源性能需求 88

4.2 分站電源技術指標 89

4.3 分站電源分類 90

4.3.1 線性直流電源 90

4.3.2 開關電源 92

4.4 分站電源保護機制 98

4.4.1 過壓保護電路 98

4.4.2 過流保護電路 99

4.4.3 綜合保護機制 99

4.4.4 自動恢復特性  100

4.5 分站備用電池電源  100

4.5.1 電池電源特點  100

4.5.2 電池電源技術指標  101

4.5.3 鉛酸蓄電池  103

4.5.4 鎳氫蓄電池  105

4.5.5 備用電源連接方式  106

4.6 斷電控制技術  108

4.6.1 技術需求  109

4.6.2 斷電控制基本原理  109

4.6.3 斷電控制器設計  110

第5章 監控分站 116

5.1 監控分站概述  116

5.1.1 監控分站功能  116

5.1.2 監控分站的分類與技術指標  118

5.2 監控分站設計  120

5.2.1 監控分站組成  120

5.2.2 數據采集  121

5.3 KJF20型監控工作站  124

5.3.1 KJF20型工作站概述  124

5.3.2 KJF20工作站設計  126

5.3.3 甲烷風電閉鎖  128

5.4 無線監控分站設計  131

5.4.1 ZigBee技術概述  131

5.4.2 無線監控分站設計  132

第6章 監控主站接口 138

6.1 KJJ26傳輸接口  138

6.1.1 概 述  138

6.1.2 接口卡的硬件設計  138

6.1.3 接口卡同監控主機連接  142

6.1.4 I/O端口地址  143

6.1.5 接口卡同監控主機通信  143

6.1.6 接口卡同分站的通信  143

6.2 新型KJJ26傳輸接口設計  144

6.2.1 接口總體設計  144

6.2.2 主控板設計  145

6.2.3 RS485通信板電路設計  147

6.2.4 接口軟件設計  148

習題6 152

第7章 監控主站軟件設計 153

7.1 監控軟件設計概述  153

7.1.1 監控軟件需求  153

7.1.2 監控軟件功能描述  156

7.1.3 監控軟件設計流程  157

7.1.4 監控軟件總體結構與過程設計  158

7.1.5 監控軟件測試  159

7.2 監控軟件詳細設計  161

7.2.1 初始化設計  161

7.2.2 數據處理  162

7.2.3 報警處理  165

7.2.4 控制機制  165

7.2.5 繫統自檢  166

7.2.6 數據共享  166

7.3 KJ93監控繫統軟件設計 166

7.3.1 繫統設置  167

7.3.2 數據處理子繫統  168

7.3.3 數據視圖  176

7.3.4 圖形模擬  180

第8章 監控繫統安裝與調試 184

8.1 監控繫統裝備  184

8.1.1 地面中心站裝備  184

8.1.2 數據傳輸裝備  185

8.1.3 監控點裝備  185

8.2 傳感器設置  192

8.2.1 甲烷傳感器設置  192

8.2.2 其他傳感器的設置  202

8.3 安裝與調試  203

8.3.1 安裝準備  203

8.3.2 軟件安裝  204

8.3.3 繫統調試  205

習題8 207

第9章 礦井監控新技術 208

9.1 礦井綜合監控繫統信息傳輸架構  208

9.1.1 信息傳輸三層網絡結構  208

9.1.2 礦井綜合自動化繫統  209

9.2 以太網和TCP/IP  210

9.2.1 以太網  210

9.2.2 TCP/IP協議  211

9.3 工業以太網技術  212

9.3.1 工業以太網概述  212

9.3.2 工業以太網性能指標  214

9.3.3 工業以太網協議類型  215

9.3.4 工業以太網發展趨勢  218

9.4 工業以太網技術在礦井監控繫統中的應用  220

9.4.1 礦用工業以太網技術要求  220

9.4.2 礦用工業以太網拓撲結構  220

9.4.3 工業以太網在監控繫統中的應用  221

9.5 井下無線通信技術  223

9.5.1 Wi Fi技術概述  223

9.5.2 Wi Fi技術在礦井監控中的應用  224

9.6 礦井無線傳感網絡監控技術  227

9.6.1 無線傳感網絡技術概述  227

9.6.2 無線傳感網絡在礦井監控中的應用  229

《礦井監控繫統》一書,以河南理工大學所研發的KJ93型礦井安全生產監控繫統為原型,總結了作者20餘年來從事礦井監控技術研究與應用的經驗與成果。該書第1版於2012年出版,並於2016年榮獲河南省規劃教材。按照河南省教育廳相關要求,並結合近年來新的研究成果以及第1版中存在的一些問題,作者對第1版進行了修訂,從而有了本書第2版的出版。

第1版共分9章,其中第1章對礦井監控繫統進行了概述並簡單介紹了KJ93監控繫統;第2章研究了礦井監控信息傳輸技術及KJJ26信息傳輸接口;第3章研究了監控分站基本原理與KJF20監控工作站;第4章研究了傳感器設計技術;第5章研究了隔爆兼本安型電源的設計;第6章論述了KJ93監控繫統軟件設計;第7章研究了礦井視頻監控繫統設計;第8章研究了工業以太網技術及在礦井監控繫統中的應用;第9章研究了礦井安全監控繫統的規劃設計和安裝調試。

在第2版中,作者在對第1版內容進行修訂的基礎上,按照監控繫統設計原則,對原章節內容進行了調整,同時從易於教學的角度考慮,為每一章配備了相應的習題。全書主要變動如下:首先,第1版中,關於監控主站的設計被放在第2章礦井信息傳輸技術中,在第2版中,新增加了監控主站接口章節,同時新增了對原接口進行升級改造的內容;其次,考慮到礦井監控技術的發展,刪除了第1版的第7和第8章,新增加了礦井監控新技術章節,將第1版中第7和第8章的部分內容融入了新的章節中;第三,將原第3章中的斷電控制器部分內容,整合到分站電源章節;第四,在監控分站章節,新增加了無線監控分站設計的內容;第五,在傳感器設計章節,新增加了無線傳感器設計和光纖傳感器設計的內容;第六,將原第2章中關於礦井監控繫統體繫結構的內容整合到了新版的第1章;第七,對礦用隔爆兼本安型電源部分的內容安排進行了較大的調整。

修訂後內容主要安排如下:全書分為9章;第1章概述,主要論述礦井監控繫統的概念與組成、體繫結構、性能與技術指標、設計依據、部署要求、現狀與發展趨勢以及簡單介紹了KJ93監控繫統;第2章礦井信息傳輸技術,主要論述了信息傳輸方式、校驗技術、串行通信與多路復用技術;第3章傳感器技術,主要介紹了KJ93監控繫統所接入的各類傳感器的設計技術;第4章分站電源,主要論述分站電源的分類、保護機制、備用電池電源與斷電控制技術;第5章監控分站,主要論述監控分站設計原理、KJF20監控分站與無線監控分站設計;第6章監控主站接口,主要論述KJ93繫統采用的KJJ26接口設計以及對KJJ26接口的升級;第7章監控繫統軟件,主要介紹了KJ93監控繫統軟件的設計;第8章主要研究了礦井安全監控繫統的規劃設計和安裝調試;第9章礦井監控新技術,主要研究了工業以太網技術、無線通信技術、無線傳感網技術等以及這些技術在礦井監控中的應用。

參與本書修訂工作的主要有李長青、孫君頂、王磊、陳艷麗和毋小省老師,全書由李長青、孫君頂負責統稿和審校。在本書的修訂期間,很多人曾給予我們很多幫助和支持。由於作者水平有限,以及國內外針對礦井監控技術研究的逐步深入和快速發展,書中難免存在一些疏漏與錯誤,敬請廣大讀者批評指正。