龍鄆煤業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造

李樹仁 杜曉斌

（山東龍鄆煤業(yè)有限公司調(diào)度室信息組，山東 鄆城 274700）

1 礦井概述

龍鄆煤業(yè)位于山東省鄆城縣境內(nèi)，南北邊界距鄆城縣城約2km和16km，位于巨野煤田的北部，面積約230km2，行政區(qū)劃歸鄆城縣管轄，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)240萬t，礦井服務(wù)年限為111.7a。

目前在用安全監(jiān)控系統(tǒng)為天地（常州）自動化股份有限公司生產(chǎn)的KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，其設(shè)備主要有：KJF16B通用分站34臺、瓦斯傳感臺49臺、礦用一氧化碳傳感器31臺、溫度傳感器24臺、風(fēng)速傳感器8臺、遠(yuǎn)動開關(guān)29臺、二氧化碳傳感器6臺、氧氣傳感器9臺、煙霧傳感器2臺、粉塵濃度傳感器9臺、負(fù)壓傳感器1臺、水位傳感器1臺、設(shè)備開停傳感器95臺、風(fēng)筒傳感器12臺、風(fēng)門傳感器37臺。

2 升級改造后達(dá)到的效果

2.1 實(shí)現(xiàn)的基本效果

（1）傳輸數(shù)字化

經(jīng)過監(jiān)控系統(tǒng)升級改造后，龍鄆煤業(yè)所有模擬量傳感器均已采用數(shù)字化傳輸，開關(guān)量傳感器僅風(fēng)門、風(fēng)筒開關(guān)為開關(guān)量傳輸，其他開關(guān)量傳感器均已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸。

（2）增強(qiáng)抗電磁干擾能力

監(jiān)控系統(tǒng)升級改造后，系統(tǒng)通過① 地面設(shè)備3級靜電抗擾度試驗(yàn)，評價(jià)等級為A；② 2級電磁輻射抗擾度試驗(yàn)，評價(jià)等級為A；③ 3級脈沖群抗擾度試驗(yàn)，評價(jià)等級為A；④3級浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)，評價(jià)等級為A。

（3）推廣應(yīng)用先進(jìn)傳感技術(shù)及裝備

完成部署在采煤工作面、掘進(jìn)工作面使用激光甲烷傳感器，在采煤工作面回風(fēng)巷使用多參數(shù)傳感器工作，所有模擬量傳感器、分站、電源均具有故障診斷功能，并實(shí)時(shí)傳輸至地面主機(jī)。

（4）提升傳感器的防護(hù)等級

井下所有傳感器防護(hù)等級均已提升到IP65。

（5）完善報(bào)警、斷電等控制功能

升級改造后系統(tǒng)具有分級報(bào)警功能，可根據(jù)瓦斯?jié)舛却笮?、瓦斯超限持續(xù)時(shí)間、瓦斯超限范圍等，設(shè)置不同的報(bào)警級別，實(shí)施分級響應(yīng)；系統(tǒng)具有邏輯報(bào)警功能。

（6）支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合

（7）格式規(guī)范化

目前系統(tǒng)已完成與集團(tuán)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳。

（8）增加自診斷、自評估功能

目前監(jiān)控系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)傳感器、控制器的設(shè)置及定義評估和報(bào)警功能。在系統(tǒng)軟件煤礦基本信息配置功能下，配置煤礦井下基本模型，并根據(jù)模型及《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029-2007）有關(guān)規(guī)定，自動判斷礦井在用傳感器報(bào)警、斷電、復(fù)電門限是否正確。當(dāng)檢測到傳感器報(bào)警、斷電、復(fù)電門限設(shè)置不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定時(shí)發(fā)出報(bào)警。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了傳感器標(biāo)校超時(shí)提醒、標(biāo)校超期提醒等功能。所有模擬量傳感器、分站、電源均具有故障診斷功能，并實(shí)時(shí)傳輸至地面主機(jī)。并已實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信模塊、分站、電源、傳感器等設(shè)備的通信狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測及報(bào)警。

（9）加強(qiáng)數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)在線標(biāo)校及標(biāo)校數(shù)據(jù)標(biāo)注、誤報(bào)警數(shù)據(jù)標(biāo)注等功能，實(shí)現(xiàn)了瓦斯涌出、火災(zāi)等的預(yù)測預(yù)警等功能。

（10）提升系統(tǒng)性能指標(biāo)

系統(tǒng)升級改造后，系統(tǒng)巡檢周期為10s，異地?cái)嚯姇r(shí)間不超過5s，備用電源能維持?jǐn)嚯姾笳９╇姇r(shí)間提升到4h；系統(tǒng)具有雙機(jī)熱備自動切換功能，雙機(jī)切換時(shí)間不大于40s；模擬量傳輸處理誤差不超過0.5%；單臺傳感器（除高低濃甲烷、粉塵外）最大供電距離6km。

（11）增加加密存儲

系統(tǒng)采用RSA、MD5等加密方法，對用戶賬戶、密碼、監(jiān)控系統(tǒng)歷史報(bào)警、斷電、饋電異常、故障、統(tǒng)計(jì)值數(shù)據(jù)、監(jiān)測值數(shù)據(jù)、操作記錄等實(shí)現(xiàn)加密存儲，保證監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性、完整性和準(zhǔn)確性。

2.2 其他示范效果

（1）快速、無主異地?cái)嚯?/p>

現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)一般采用時(shí)分制主從式架構(gòu)，地面中心站作為系統(tǒng)主機(jī)，由地面主機(jī)逐個(gè)巡檢井下監(jiān)控分站，當(dāng)巡檢到監(jiān)控分站有瓦斯超限時(shí)，地面主機(jī)再將斷電的控制命令發(fā)給另外一臺監(jiān)控分站，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的異地?cái)嚯?。這種架構(gòu)勢必將影響監(jiān)控系統(tǒng)的控制響應(yīng)時(shí)間。

本示范系統(tǒng)采用無主架構(gòu)，摒棄監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)對井下分站的巡檢運(yùn)行方式，在RS485低速鏈路基礎(chǔ)上，對監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)事件分級主動上傳機(jī)制，將井下監(jiān)測數(shù)據(jù)分類、分級，并作為事件主動上傳，優(yōu)先上傳煤礦井下瓦斯斷電、傳感器故障、瓦斯超限等數(shù)據(jù)，即重要數(shù)據(jù)優(yōu)先上傳，提高系統(tǒng)傳輸效率，減少系統(tǒng)斷電控制執(zhí)行時(shí)間，開創(chuàng)性的將異地?cái)嚯姇r(shí)間縮短至巡檢周期以下，系統(tǒng)巡檢周期不大于10s，異地?cái)嚯姇r(shí)間不大于5s。

（2）巡檢周期內(nèi)數(shù)據(jù)上傳

因現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)采用巡檢方式，巡檢時(shí)僅上傳巡檢周期內(nèi)模擬量的最大值或最小值、開關(guān)量的當(dāng)前狀態(tài)，造成數(shù)據(jù)丟失，尤其在一個(gè)巡檢周期內(nèi)甲烷濃度超過斷電門限后又恢復(fù)至復(fù)電門限以下等極端情況時(shí)，造成甲烷數(shù)據(jù)與斷電狀態(tài)不一致，引起誤解，KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)對巡檢周期內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲及上傳，保證數(shù)據(jù)完整性。

（3）即插即用、智能識別

系統(tǒng)中接入傳感器、分站、電源等子設(shè)備時(shí)，子設(shè)備會將自身的特征ID主動傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)接收到該信息后，自動識別子設(shè)備的類型，讀取內(nèi)部存儲的子設(shè)備信息，并在界面上彈出新設(shè)備接入信息，監(jiān)控人員可對接入的新設(shè)備進(jìn)行配置，之后系統(tǒng)會自動將接入的設(shè)備按照地址、類型等信息編入到系統(tǒng)序列中。

（4）傳感器二次儀表設(shè)計(jì)

為了提高傳感器模塊的通用性，傳感器主要產(chǎn)品采用分布式設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、小型化設(shè)計(jì)。

① 分體式設(shè)計(jì)

主要傳感器采用組合式、模塊化設(shè)計(jì)，由二次儀表+變送器組成，二次儀表完成數(shù)據(jù)的顯示、傳輸、報(bào)警，變送器完成信號的采集，二次儀表可以接入不同種類的變送器，實(shí)現(xiàn)智能識別，即插即用。

② 傳感器變送器設(shè)計(jì)

形成甲烷、一氧化碳、氧氣、硫化氫等多種小型變送器，變送器體積小，兼容性好，更換方便。

（5）智能電源在線管理

① 大容量電池，提高后備電池時(shí)間

更換新電源，增加了電池容量和帶載能力，斷電后正常供電時(shí)間由2h提升到4h，備用電源電池16Ah，實(shí)現(xiàn)了新設(shè)備更長的工作時(shí)間。

② 完善電源管理功能

系統(tǒng)提供電源實(shí)時(shí)動態(tài)展示、遠(yuǎn)程控制功能，包括動態(tài)展示電源各路輸出參數(shù)及狀態(tài)、供電時(shí)間、工作模式、電池組電壓、遠(yuǎn)程電池維護(hù)放電、遠(yuǎn)程維護(hù)充放電等功能。

③ 遠(yuǎn)程放電

具體批量電池遠(yuǎn)程充放電功能。

（6）斷線續(xù)傳功能

監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)通信線路故障的情況，上位機(jī)與分站或上位機(jī)與傳輸接口的線路中斷，由此導(dǎo)致上位機(jī)無法采集井下環(huán)境參數(shù)，造成數(shù)據(jù)缺失不連貫。為了保證上位機(jī)數(shù)據(jù)的完整性，當(dāng)通信線路故障恢復(fù)后，上位機(jī)能夠獲取故障時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)，分站實(shí)現(xiàn)斷線續(xù)傳功能，主要從分站的大容量存儲方面入手，通過對斷線時(shí)間點(diǎn)的判斷、存儲內(nèi)容和形式的規(guī)劃、存儲容量等方面研究，實(shí)現(xiàn)分站“黑匣子”的功能。

分站同上位機(jī)軟件通信中斷后，分站會自動將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行斷線存儲，在上位機(jī)軟件恢復(fù)同分站的正常通信后，自動或手動讀取分站存儲的數(shù)據(jù)，并在上位機(jī)上進(jìn)行存儲，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整性，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的整體可靠性和穩(wěn)定性。

（7）地址重復(fù)提示

采用數(shù)字化傳輸后，傳感器按照地址來巡檢，為了避免地址重復(fù)造成傳感器不通導(dǎo)致斷線或誤報(bào)，系統(tǒng)增加了地址重復(fù)功能，當(dāng)分站檢測到總線上有相同地址傳感器后，會提示傳感器，傳感器在地址界面進(jìn)行閃爍提示，提醒用戶地址沖突，修改地址后，傳感器恢復(fù)正常工作。

3 結(jié)論

經(jīng)過幾個(gè)月系統(tǒng)運(yùn)行和使用表明，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定可靠，技術(shù)成熟，功能先進(jìn)，操作方便，設(shè)備智能化水平大大提高，降低了監(jiān)控系統(tǒng)安裝、維護(hù)難度，大幅提高了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)速度，減少了系統(tǒng)斷電時(shí)間，保障了煤礦安全生產(chǎn)。