安全监控系统防爆交换机主备机双电源快速切换装置应用
2022-06-09
1.概况
海孜煤矿西部井2001年8月投产，设计生产能力30万吨/年。2007年皖经煤炭函[2007]269号文核定矿井生产能力为39万吨/年。2010年矿井扩建，设计生产能力为50万吨。
矿井使用的是北京瑞赛长城航空测控技术有限公司开发的KJ2000N矿井安全监控系统，于1996年投入使用，通讯方式为两线制无极性移频键控（FSK）数据传输，频率为2400波特率，巡检周期≤30S。西部井自2001年投产后，安装了独立的安全监控系统装置，并通过敷设架空线（通讯电缆）作为数据传输介质，与安全监控中心站系统数据服务器进行数据传输。
根据煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2006），2008年8月份，对西部井安全监控系统进行改造，改造后通讯方式为：西部井混合井上井口设置1台FSK防爆交换机与监控中心站服务器进行通讯，西部井井下分站使用MHYVP四芯（使用两芯，备用两芯）通讯电缆，与防爆交换机进行数据传输。
2.存在问题
FSK交换机从2008年8月开始投入使用，服务年限已超过5年，现存在下列问题：设备老化，炎热夏季易出现瞬间中断现象，交换机后备直流电源老化，只能依靠交流供电，如交流电停电，易造成通讯中断，且生产厂家已停止生产此种类型FSK交换机，无法对整机或配件更新，一旦交换机故障，将造成西部井井下及地面风机在线8台分站、20台以上各类传感器传输中断，给矿井安全生产带来隐患。基于煤矿恶劣的供电和工业环境，为保证西部井监控系统的稳定运行，在对西部井监控系统进行大的改造之前，决定利用其它采区淘汰的FSK防爆交换机，设置备用交换机，并建立快速切换装置，在交换机出现故障时，快速切换到备用交换机运行。
3.改造方案
3.1FSK防爆交换机原理
交换机采用设备电源一体化结构，是以一块工业以太网传输接口为核心的信息交换设备，由隔爆外壳、一台工业级以太网交换机模块、一块以太网通讯板、一块FSK通讯板、一块通讯底板、两块电源板、一块充电断电板、一块电源底板、一块通讯接线板、一块电源接线板、一个线性变压器以及一组蓄电池等组成。和井下分站组合在一起，在中心站的管理下实现对全矿井环境参数及工况参数的监测与控制。
工业级以太网交换机模块用于以太网数据交换；以太网通讯板用于FSK通讯板和工业级以太网交换机模块进行连接；FSK通讯板用于与井下FSK设备的通讯连接；电源模块将外接的660V交流电转换为24VDC、12VDC和5VDC供系统设备使用。连接方式如图1所示。
3.2改造方案的实施步骤
3.21备用交换机配置模块及FSK通讯卡IP地址
备用交换机配置模块及FSK通讯卡均配置和主交换机一致的IP地址
3.22备用交换机通讯线连接
将井下分站与主交换机的通讯线用三通接线盒引出2条支线，各自接入主备交换机的FSK通讯板。
3.23备用交换机更换蓄电池
3.24为备用交换机供电
主备交换机均采用220V交流电源供电，且采用双回路。
3.25切换主备交换机，成功后为主交换机更换蓄电池。
4.运行效果分析
通过防爆交换机主备机双电源快速切换装置应用，提高了监控系统运行的安全性和可靠性，满足了矿井安全生产的要求，产生了良好的效果。
一是避免了因供电原因造成监控系统数据通讯中断。主交换机交流电源掉电后，内置的蓄电池可以提供不小于2小时直流供电。如果因供电故障影响大于2小时，可将主交换机停用后启用备用交换机，然后将光纤尾纤插头拔出，插入备用交换机模块光口，大大减少了通讯中断时间（影响时间小于1分钟）。
二是如果交换机故障，同样可以采用上述方法处理。
使用时应注意以下几点：由于主备交换机模块及FSK通讯卡IP地址相同，且通讯线同时接入主备交换机的FSK通讯板，所以两台交换机不能同时供电，避免因IP地址冲突造成数据传输故障；每月对备用交换机蓄电池进行一次充放电。
海孜煤矿西部井2001年8月投产，设计生产能力30万吨/年。2007年皖经煤炭函[2007]269号文核定矿井生产能力为39万吨/年。2010年矿井扩建，设计生产能力为50万吨。
矿井使用的是北京瑞赛长城航空测控技术有限公司开发的KJ2000N矿井安全监控系统，于1996年投入使用，通讯方式为两线制无极性移频键控（FSK）数据传输，频率为2400波特率，巡检周期≤30S。西部井自2001年投产后，安装了独立的安全监控系统装置，并通过敷设架空线（通讯电缆）作为数据传输介质，与安全监控中心站系统数据服务器进行数据传输。
根据煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2006），2008年8月份，对西部井安全监控系统进行改造，改造后通讯方式为：西部井混合井上井口设置1台FSK防爆交换机与监控中心站服务器进行通讯，西部井井下分站使用MHYVP四芯（使用两芯，备用两芯）通讯电缆，与防爆交换机进行数据传输。
2.存在问题
FSK交换机从2008年8月开始投入使用，服务年限已超过5年，现存在下列问题：设备老化，炎热夏季易出现瞬间中断现象，交换机后备直流电源老化，只能依靠交流供电，如交流电停电，易造成通讯中断，且生产厂家已停止生产此种类型FSK交换机，无法对整机或配件更新，一旦交换机故障，将造成西部井井下及地面风机在线8台分站、20台以上各类传感器传输中断，给矿井安全生产带来隐患。基于煤矿恶劣的供电和工业环境，为保证西部井监控系统的稳定运行，在对西部井监控系统进行大的改造之前，决定利用其它采区淘汰的FSK防爆交换机，设置备用交换机，并建立快速切换装置，在交换机出现故障时，快速切换到备用交换机运行。
3.改造方案
3.1FSK防爆交换机原理
交换机采用设备电源一体化结构，是以一块工业以太网传输接口为核心的信息交换设备，由隔爆外壳、一台工业级以太网交换机模块、一块以太网通讯板、一块FSK通讯板、一块通讯底板、两块电源板、一块充电断电板、一块电源底板、一块通讯接线板、一块电源接线板、一个线性变压器以及一组蓄电池等组成。和井下分站组合在一起，在中心站的管理下实现对全矿井环境参数及工况参数的监测与控制。
工业级以太网交换机模块用于以太网数据交换；以太网通讯板用于FSK通讯板和工业级以太网交换机模块进行连接；FSK通讯板用于与井下FSK设备的通讯连接；电源模块将外接的660V交流电转换为24VDC、12VDC和5VDC供系统设备使用。连接方式如图1所示。
3.2改造方案的实施步骤
3.21备用交换机配置模块及FSK通讯卡IP地址
备用交换机配置模块及FSK通讯卡均配置和主交换机一致的IP地址
3.22备用交换机通讯线连接
将井下分站与主交换机的通讯线用三通接线盒引出2条支线，各自接入主备交换机的FSK通讯板。
3.23备用交换机更换蓄电池
3.24为备用交换机供电
主备交换机均采用220V交流电源供电，且采用双回路。
3.25切换主备交换机，成功后为主交换机更换蓄电池。
4.运行效果分析
通过防爆交换机主备机双电源快速切换装置应用，提高了监控系统运行的安全性和可靠性，满足了矿井安全生产的要求，产生了良好的效果。
一是避免了因供电原因造成监控系统数据通讯中断。主交换机交流电源掉电后，内置的蓄电池可以提供不小于2小时直流供电。如果因供电故障影响大于2小时，可将主交换机停用后启用备用交换机，然后将光纤尾纤插头拔出，插入备用交换机模块光口，大大减少了通讯中断时间（影响时间小于1分钟）。
二是如果交换机故障，同样可以采用上述方法处理。
使用时应注意以下几点：由于主备交换机模块及FSK通讯卡IP地址相同，且通讯线同时接入主备交换机的FSK通讯板，所以两台交换机不能同时供电，避免因IP地址冲突造成数据传输故障；每月对备用交换机蓄电池进行一次充放电。