计量统计,对漏浆跑浆做出报警并以便及时处理,对注浆保证质量是非常必要和及时的。
2. 监测监控系统的研制
2.1 监测系统的硬件结构
根据注浆系统由地面注浆站向井下送浆,井下分布多个注浆点这种状况,设计监测系统如图1所示。系统有1台上位机主站和多个分站组成。在地面注浆站和井下各注浆点各设1监测分站,分别监测地面供浆量及密度和井下用浆量及密度。将分站与主站通过RS485总线连接1个网络通讯,传到主站进行数据处理。
图1 监测系统结构图
2.2 主站设计
对主站选用研华IPC610工控机,其配置为P42.0G,256 M内存,并配有后备电源UPS和打印机。主要功能即为实时采集地面注浆站向井下的供浆量和注浆密度,并进行数据处理、存储、查询和报表打印。计算机实时将地面输送的总泥浆量和井下注浆总量进行运算比较,并由此判断注浆管路是否有漏浆故障的发生。处理数据可以实时发送到矿内局域网,供有关领导和管理部门在网上即可浏览。
2.3 分站硬件设计
分站下位机直接安装在注浆现场,实时监测注浆的流量和密度,分站的结构框图如图2所示。
图2 分站结构框图
本系统采用的单片机是89S52单片机,它是一种带8 K字节内嵌可编程闪存的低功耗高性能的8位微控制器,具有看门狗定时器、双数据指针、3个16位定时/计数器、6个两级中断源结构以及掉电模式下的自动保存功能,而且价格便宜;工作频率达33 MHz,工作电压范围宽;在应用过程中不必另外扩展专用的看门狗电路和程序存储器。这样在完成相同功能的情况下,使用89S51单片机CPU减少了外围电路,增加系统的运行稳定性和可靠性,缩小分
站电路板的体积。分站电路模块主要有CPU、A/D转换电路、时钟电路、键盘显示、掉电保持和RS485总线接口组成。
为了记录在某具体时刻的流量密度,记录泄露发生的时间设有实时时钟芯片电路。在此我们选择了Philips公司工业级PCF8583日历时钟芯片,该芯片为8脚的具有I2C总线接口的芯片,工作电压范围内2.5~6 V,数据保持电压1~6 V。PCF8583有3种工作方式:①日历时钟方式;②事件计数方式;③有I2C接口的具有256个字节的存储器。在
此系统中我们采用其工作在日历时钟方式,工作于该方式时,一方可面它通过串行方式与单片机进行数据传送,它能向单片机提供秒、分、时、日、月、年的实时时钟信息,并可对月末日期、闰年天数自动进行调整。另一方面它还可以作为一个有I2C接口的具有240个字节的存储器。由于煤矿井下环境恶劣,且有瓦斯等易爆气体,所以井下流量传感器与信号变送器均选用防爆型,监测注浆流量采用了可用于煤矿井下的MAG3100Ex型智能电磁流量计。而地面环境相对较好,选用了普通型号MAG3100。流量计的测量范围20~120 m3/h,供电电源选用DC24 V,两线制4~20 mA电流信号输出。
对注浆密度的监测选择核辐射密度计,其工作原理是采用放射性同位素产生的γ射线穿透物质时,其穿透强度与被测介质的密度呈指数函数关系的原理,利用数据处理技术,将被测注浆密度转换成4~20 mA的标准输出信号,供分站处理显示、记录、计算使用。
系统实时监测注浆全过程,并24 h显示注浆流量、注浆浓度的瞬时值、存储打印每次注浆记录(注浆起始时间、注浆结束时间、该时间内注浆流量的累计值、注浆土量的累计值),对漏浆跑浆做出报警。并通过灵活的组态软件完成各种报表、曲线内容的显示与打印。
2.4 分站软件设计
分站下位机的软件采用模块化编程设计,分为主程序和若干子程序。主程序简要框图如图3所示。子程序主要有初始化子程序、按键处理显示子程序、模拟I2C总线读写子程序、流量密度数据采集处理子程序、通讯子程序等部分组成。
图3 分站主程序框图
2.5 主站监测软件设计
主站监测软件采用VB6.0开发,采用模块化设计,由于对于不同的矿或同一矿井不同时间井下注浆点数量变化,本监测软件设计了灵活的分站增减功能,图形、通讯点报表等均可根据实际的需要变化组合。采用Microsoft Access数据库存储采集的数据,存储数据内容包括:分站的名称、编号、端口配置,测量点分站的接入端口、分站名称、站点特征等参数。
本软件根据需要可以增加web发布功能,利用Winsock控件将其转发到矿内局域网上,与远程计算机建立联机,并通过用户数据报协议(UDP)进行数据交换。各级管理人员通过内部局域网网络就能够利用任何一台计算机在输入自己的密码后登录该系统,游览有关运行数据。这样能够大大方便矿各级管理人员实时掌握注浆量的数据信息。
3 结束语
本系统较好地实现了对煤矿注浆过程的实时监测,能够及时发现管道泄漏事故,,保证了注浆质量,预防了火灾事故的发生,降
