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煤矿监控系统井上下信号零误差传送处理新技术
发布时间:2016-8-25 15:50:58 / 访问量:

11、本安电源故障隔离栅新技术
    本安型传感器电源大都是并联使用的,一旦某个传感器电缆发生短路就会波及这个电源上的所有传感器,仅仅是电源短路也不算麻烦,麻烦在工作于故障闭锁的分站,短路一旦发生,就会使一串传感器在分站上显示“故障”并且立即执行断电控制,这种扩大式的故障断电让用户苦不堪言,根据有些矿的严格管理规定,传感器故障断电也要被罚款,要命的是只要有一只传感器发生短路,就会使多个传感器停止工作,每个传感器关联的设备都要被执行断电,还会引发一片断电记录和故障记录上传,快速的系统采集会迅速捕捉这些信息,使使用人员在劫难逃。

 本隔离栅技术就是为了防止短路扩大所设计,产品的体积很小,与分站配套的五通分线盒融为一体,外观上看不到有独立的设备接入,在每一个传感器接线支端都有一个短路侦测电路,一旦某路发生异常短路,隔离栅会自动对其限流保护,可以防止本安电流过载,当短路解除后能自动恢复接通状态,此项技术和产品将于2011年上半年与用户见面。

12、分站、电源、后备电池一体化结构的创新技术
    纵观现有监控系统分站设计, 大都沿袭着传统的分离式结构,即:分站、电源箱、后备电池箱,三者分别装在各自的机箱内,由多芯插头和若干根专用电缆相互连接,由此带来的是结构笨重、体积庞大、成本造价升高、电器连线复杂、可靠性下降、不便于安装与维护。多芯电缆在井下使用时,采用多组颜色区分芯线编号,在昏暗的井下环境中易发生混淆,多芯接插件也易发生插头插座脱焊,造成时隐时现的接触不良故障。

用户始终期待一种一体化设备,可以免除许多使用中的烦恼,将分站置于电源的隔爆腔内也是一体化的方案,此前抚顺等厂家曾有过类似设计,这样方案的不足之处是体积和重量过于庞大,主要问题在多个本安传感器引线进出隔爆腔时,要用防爆喇叭嘴引出,防爆喇叭嘴比本安线嘴占用空间大,假如一台16端口分站加上8路断电输出以及通信总线、660V主电源等等,试想一下这个防爆壳体的设计该是有多困难了,还有,现场更换分站时要割掉所有喇叭嘴上的电缆,与分体结构的航空插头连接相比要麻烦许多,也许是以上诸多原因,隔爆式一体化分站并没有被大量采用。

许多厂家也曾尝试将本安分站捆绑于隔爆电源之上的设计,这种“准一体化分站”无非为了割掉电源尾巴引线,将多芯引线与分站连线简化到工厂里进行,工厂里有专业工人操作,有工装设备检验,再复杂的工艺都不会感到困难,分体式分站在井下现场需要压接十余根芯电缆到电源箱里,且要求严格一一对号,的确是个不可回避的困难,在一段历史时期内,曾流行过这样的 “准一体化分站”如重庆煤科院的8端口分站、北京瑞赛的4模4开小分站。

由于隔爆结构对多芯电缆引出线限制,很难设计出真正意义上的一体化分站,即便是分体结构,多路本安电源引出隔爆外壳都是一道难题,通常分站需要至少3路以上的独立本安电源引出,加上断电控制信号,分站需要十几根引线与电源隔爆壳体相连,多芯航空插头无法做成隔爆结构,引出隔爆腔使用多芯电缆通过防爆喇叭嘴引出,这根多芯电缆非常不方便在现场安装,电源箱出厂时往往都拖着一根粗壮的猪尾巴一般的电缆和插头。

2010年国家颁布新标准,禁止铅酸免维护电池在井下应用,这一规定给一体化分站设计带来了更为严酷的限制,新标准限制了整体电池容量小于24AH,还禁止电池腔中装有管理电路,就此而言,新规定对那些“准一体化分站”是一场梦魇,原有分站电源的内置电池将被迫分开为电池箱和电源箱二个部分,就是说原来的电源、分站二分体将变为:分站、电源、电池三分体结构,目前带有内置铅酸电池的电源产品,在安标证到期后不会再补发。

镇江中煤电子在研发一体化分站上走过了一段慢慢长路,镇江中煤的KJ101N—F1和KJ101N—F2型分站均采用一体化设计,壳体应用高分子材料热压铸成型,一台设备中兼有:监控分站、断电仪、本安电源箱、后备电池、风电瓦斯闭锁仪等五项产品的功能,体积纤巧重量轻盈浑然一体,全部仪器重量不超过20公斤,提在手中如同携带一只公文箱;一体化结构减少了设备之间的电缆连线,可靠性远远好于分体式结构;使用现场不需要占用很大的空间,减少了设备之间的连接电缆,无论安装和维护都变得轻松和方便。
  
煤矿井下机电设备受隔爆外壳制约,体积重量无法继续做小,各厂家挖空心思改进设计,已经达到了体积性能的很大,继续沿着传统金属外壳的老路走难有突破,另辟途径。 
应用非金属材料加工隔爆外壳,可以大幅降低重量增强性能,但有一道很难逾越的技术障碍,GB3836规定,非金属隔爆外壳材料通过2万小时的稳定性模拟试验。

2万小时的实验是什么感念?就是昼夜不停对原材料进行周期2小时升温180摄氏、降温—20摄氏度实验,周而复始累计2年零4个月,用以模拟材料在自然界中严酷条件下数十年的自然老化过程,实验后其物理化学性能不能有明显改变。
材料老化实验在我国只有桂林机电研究所具有此项资质,2年半的高昂试验费用不说,还吃不准哪种材料能够过关,检验部门要求凡参加实验单位首先支付全额试验费…..这好比是一项耗时长、高风险大、代价高的赌博,众多厂家对此都望洋兴叹不敢问津。为了探索矿用隔爆仪表结构新领域,镇江中煤终于迈出了开创性一步,2006年镇江中煤首先创造高分子材料制造隔爆外壳的先河,成为我国获得非金属材料制造资质的企业,为煤矿电器设备小型化开辟了一条崭新的路径。

KJ101N系统部件外壳几乎全部采用不锈钢和玻璃钢材料加工制造,有良好的耐腐蚀、抗冲击性能,模具压铸的产品具有造型美观一致性好等优点,是焊接钢板外壳无法比拟的。例如:KJ101N-F1型监控仪外壳采用不锈钢(1铬18镍9钛)精密铸造而成,造型精美坚固耐用,仪器内装有模压玻璃钢总承,将电路主板、电源副板、变压器、接线柱等部件全部牢牢地紧固在总承上,结构紧凑、整体稳定性良好、方便拆卸,而且绝缘安保,整体重量仅20公斤左右。KJ101N — F2型16端口分站外壳采用玻璃钢材料压铸而成,体积小重量轻、壳体绝缘、外形美观、净重 19公斤,加上后备电池后不超过23公斤。

用户考察101N系统产品结构时给予了高度评价,现有产品外壳几乎全部采用模具化生产,保障了产品的一致性和品质优良的性能,内部结构几乎全部免维护和易维护结构,被用户称赞为:军品的内在品质、工艺品的外观设计。

13、地面主计算机高可靠双机热备新技术
    介绍这个题目之前,我们先搞搞清楚磁盘阵列式的双机热备能否提高监控主机运行的可靠性?在相关的调查表明,在监控服务器中的故障里,硬盘机械故障占52%;其次是内存占故障23%;电源故障占到6%。三者之和占到故障的80%,引入磁盘阵列后是不能避免自身硬件故障的,由于增加了磁盘数量,与原本单磁盘相比,增加了数倍之多,所有的磁盘阵列是不可以有故障单元存在的,加上磁盘阵列软件协调监控自身故障,那么系统的总体可靠性不是增加了,反而使系统的总故障率大幅上升,大量现场实践已经证明这个推算,安装有磁盘阵列的监控系统都非常脆弱,很难保证长期连续可靠运行,磁盘阵列的系统的软件平台都很复杂,一旦发生宕机,全系统都会崩溃,恢复系统需要专业人员操作,且需很长时间方能建立起新的平台,有些用户不得不甩开磁盘阵列重新回到原始的单机运行状态。

    上面的分析结果的确令人伤心绝望,磁盘阵列不但不能提高系统的无故障运行时间,恰恰相反,会大幅增加宕机的几率,那么有人要问,为什么大型服务器,譬如银行、资源数据库等等都用磁盘阵列作为数据保存?关键的问题就出在这里,对于磁盘阵列的设计,是以保存数据为目的,系统中无论发生什么故障,首要目标是保障数据不被破坏,所以它的运行条件十分苛刻,一组数据分别保存在多组磁盘单元中,写入和读出层层校验反复比较,出现任何一组磁盘中的微小差错都会锁死通道,以防数据遭到破坏。在坏的情况下也要保障数据能人工修正,这样的系统并不关心宕机的问题。

我们的监控系统情况与银行不同,数据保存并没有那么一丝不苟的要求,甚至规程要求数据因死机丢失在五分钟之内是被允许的,唯独不同的是不可以连续停机!日常生活中银行因死机暂停营业经常发生,人们并不担心网络故障会把你的个人存款数据搞丢了,只要耐心等上一个上午银行服务器故障总会排除。安保监控系统不能说停就停,否则矿工的生命安保则失去了保障。
 
分析一次又一次的现场结果,我们不得不心中忐忑地说:磁盘阵列不适用于煤矿安保监控计算机中,这样的设计存在着致命的缺陷,尤其是采集计算机兼作服务器的系统里,要提高系统无故障运行时间,还是要另辟奇境来探索双机热备的新途径,我们的确不想挑战威望,可现实就是这样残酷无情。

镇江中煤电子人经过多年的探索实践,终于研发出了一款与所有双机热备都不相同的新方案,它没有复杂的磁盘阵列,甚至不需要设置专用服务器。二台监控主机并列工作,主备角色自动适应,监控软件中赋予了自动识别主备的功能,开机后可以设定主备角色,也可以自动生成主备角色。机内数据库通过局域网连成同步模式,主备机的心跳监控由自行研制的专用通信接口担任,软硬件相结合的双机热备方法是一次的大胆尝试,当系统主机出现异常后,接口能立刻切除网络中的故障主机,几秒钟后备机自动接续工作。

这款双机热备大的优点是运行可靠稳定,由于没有增加计算机的硬件设施,系统故障率与传统的磁盘阵列服务器相比得到了很大的增强,主机发生故障后切换备机只需几秒即可完成,二组数据库冗余存储保障了系统的可靠运行,这样的模式还有个优点,备机仅是热备份,由于它自身数据库与主机同步,它还能分担诸如数据检索、网络上传、图形显示、图表打印等任务,经过几年的现场应用,得到了用户的高度赞誉。

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