小保當(dāng)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)研究

郝天亮

（陜西陜煤榆北煤業(yè)有限公司小保當(dāng)?shù)V業(yè)公司，陜西 神木 719302）

陜煤榆北煤業(yè)有限公司配備KJ95X 型安全監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)γ旱V相關(guān)工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，但由于井下環(huán)境惡劣，人員操作不當(dāng)?shù)仍颍４嬖跀?shù)據(jù)傳輸不及時(shí)、監(jiān)控效果不明確等諸多問(wèn)題，員工難以在地面及時(shí)做出對(duì)井下發(fā)生突發(fā)情況時(shí)的合理決定[1-6]。對(duì)此，以小保當(dāng)煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為研究背景，通過(guò)分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前存在的弊端，提出合理的解決方案并最終在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，有效提高了小保當(dāng)煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

KJ95X 型安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要由中心站與測(cè)控分站組成。系統(tǒng)的運(yùn)行原理是通過(guò)在地面及井下布置若干傳感器測(cè)控分站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所需內(nèi)容，通過(guò)在礦井內(nèi)布置的千兆以太環(huán)網(wǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整合，采用數(shù)據(jù)處理的方法，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)匯總至中心站，在中心站內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度指揮[7-12]。KJ95X 型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流程圖如圖1。

圖1 KJ95X 型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)升級(jí)改造方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)現(xiàn)存問(wèn)題

（1）信號(hào)收集穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力差

煤礦在安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施期間，曾出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定的現(xiàn)象。同時(shí)，井下工作環(huán)境復(fù)雜、礦井內(nèi)部潮濕等因素容易對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程產(chǎn)生干擾，進(jìn)而影響礦井終端數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使得中心站難以做出及時(shí)合理的決策，容易造成井下員工恐慌，為礦井埋下安全隱患。

（2）系統(tǒng)功能單一

現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅能對(duì)礦井的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，缺乏對(duì)數(shù)據(jù)的合理化分析，針對(duì)突發(fā)的數(shù)據(jù)偏高情況，僅具備分級(jí)報(bào)警功能，缺乏相關(guān)的決策步驟，發(fā)生此類情況時(shí)，仍需人為調(diào)控。

（3）缺乏多系統(tǒng)融合相關(guān)功能

現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法與礦井其他相關(guān)系統(tǒng)融合。前端的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)難以共享至其他系統(tǒng)，盡管可以通過(guò)調(diào)度指揮的方式，對(duì)采集所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，但由于時(shí)效性較差，難以及時(shí)將采集所得數(shù)據(jù)傳輸至全礦井。

2.2 升級(jí)改造思路

（1）增強(qiáng)傳感器的抗潮濕及抗電磁干擾能力

傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)傳感器缺乏數(shù)據(jù)分析等功能，且抗潮濕、抗電磁干擾的能力較差，進(jìn)而影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性及準(zhǔn)確性。因此，通過(guò)提升傳感器的防護(hù)等級(jí)，更換更為先進(jìn)的傳感器，以達(dá)到增強(qiáng)傳感器的抗潮濕及抗電磁干擾能力，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，幫助指揮中心更加準(zhǔn)確地做出相關(guān)決策。

（2）優(yōu)化系統(tǒng)功能

目前礦井采用的監(jiān)控系統(tǒng)缺乏數(shù)據(jù)的自我診斷及自我存儲(chǔ)功能，難以及時(shí)智能地做出決策，因此，全面升級(jí)改造監(jiān)控系統(tǒng)是必要的。通過(guò)補(bǔ)充系統(tǒng)的自我診斷及自我存儲(chǔ)功能，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，保護(hù)數(shù)據(jù)的安全及隱蔽性，在礦井遭受突發(fā)情況時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)做出決策。

（3）完善多系統(tǒng)融合

系統(tǒng)采集所得的數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)共享至其他系統(tǒng)，影響人員自我決策。因此，通過(guò)支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合的方法，消除系統(tǒng)孤島，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的相互連通，使系統(tǒng)采集得來(lái)的數(shù)據(jù)增值利用。

3 系統(tǒng)升級(jí)改造方案現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

3.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)地面系統(tǒng)顯示的設(shè)備數(shù)量，對(duì)設(shè)備進(jìn)行清點(diǎn)，確?，F(xiàn)存設(shè)備全新且能夠使用。

（2）整理相關(guān)設(shè)備，將相關(guān)設(shè)備存放至地面?zhèn)}庫(kù)統(tǒng)一調(diào)度。

（3）引入全新的監(jiān)測(cè)分站傳感器，增強(qiáng)傳感器的保護(hù)等級(jí)，提高數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性。

（4）在現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充數(shù)據(jù)的自我診斷、自我存儲(chǔ)相關(guān)功能。

（5）建立多系統(tǒng)融合分站，實(shí)現(xiàn)前端分站采集所得數(shù)據(jù)在多系統(tǒng)內(nèi)的共享，達(dá)到消除系統(tǒng)孤島，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)融合的目的。系統(tǒng)融合原理圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)融合原理圖

（6）對(duì)礦井現(xiàn)存的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，進(jìn)一步融合至新系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)礦井監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)閉合。

（7）待相關(guān)設(shè)備安裝調(diào)試完成后，檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果分析

（1）系統(tǒng)性能指標(biāo)

系統(tǒng)容量：255 臺(tái)分站，8160 測(cè)點(diǎn)；系統(tǒng)分站支持以太網(wǎng)、RS485 傳輸方式；巡檢周期為10 s；本地?cái)嚯姇r(shí)間為2 s；異地?cái)嚯姇r(shí)間為5 s；分站斷線續(xù)傳為24 h；傳感器傳輸距離為6 km（24 V，單臺(tái)，0.52 mm 電纜）。

抗干擾能力：地面設(shè)備3 級(jí)靜電抗擾度試驗(yàn)（評(píng)價(jià)等級(jí)A）；2 級(jí)電磁輻射抗擾度試驗(yàn)（評(píng)價(jià)等級(jí)A）；3 級(jí)脈沖群抗擾度試驗(yàn)（評(píng)價(jià)等級(jí)A）；3 級(jí)浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)（評(píng)價(jià)等級(jí)A）。

（2）系統(tǒng)升級(jí)改造效果分析

圖3 為分站數(shù)據(jù)采集主板升級(jí)前后對(duì)比圖。由圖3 可知，在升級(jí)前，數(shù)據(jù)采集主板僅采用單一八路采集，開(kāi)關(guān)量分為兩個(gè)八路采集，數(shù)據(jù)采集單一，升級(jí)后，將原有的八路采集改為兩個(gè)四路采集，同時(shí)配備四路輸出，補(bǔ)充六個(gè)型號(hào)分別為CAN-1、RS485-2、CAN-2、RS485-3、RS485-4、RS485-5 的數(shù)據(jù)采集元件，使得數(shù)據(jù)采集主板具備初步的自我診斷及自我決策功能。

圖3 分站數(shù)據(jù)采集主板升級(jí)前后對(duì)比圖

圖4 為傳感器升級(jí)前后對(duì)比圖。由圖4 可知，未升級(jí)前傳統(tǒng)的傳感器僅可針對(duì)一種數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需布置若干個(gè)傳感器以達(dá)到監(jiān)測(cè)目的，且由于設(shè)備自身抗潮濕抗干擾能力差，使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，人員更換設(shè)備頻繁。升級(jí)后的傳感器可實(shí)現(xiàn)單一傳感器的多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，即通過(guò)單一傳感器監(jiān)測(cè)若干所需數(shù)據(jù)，大幅提高了數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)效率。同時(shí)，升級(jí)后的傳感器具備良好的抗潮濕抗干擾能力，有效保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性及準(zhǔn)確性。

圖4 分站數(shù)據(jù)采集主板升級(jí)前后對(duì)比圖

圖5 為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)融合后的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用原理圖。由圖5 可知，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)融合后，有效消除了前端分站采集數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)共享至其他系統(tǒng)的弊端，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)與準(zhǔn)確，大幅提高了人員工作效率，有效保證了礦井安全生產(chǎn)。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用原理圖

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)小保當(dāng)煤礦原有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中存在的數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、傳輸不準(zhǔn)確、傳感器抗干擾能力差等問(wèn)題進(jìn)行分析，提出小保當(dāng)煤礦原有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的弊端，進(jìn)一步通過(guò)更新設(shè)備、優(yōu)化系統(tǒng)的方法，升級(jí)改造小保當(dāng)煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。結(jié)果顯示，升級(jí)改造后的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)融合，消除了原有系統(tǒng)中存在的系統(tǒng)孤島問(wèn)題，有效解決了前端監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集后無(wú)法及時(shí)共享的問(wèn)題，提高了人員的工作效率，保證了礦井的安全高效生產(chǎn)。