煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造及平臺融合技術(shù)的應(yīng)用

李學政 朱瑞超 王言青

（臨礦集團新上海廟一號煤礦，內(nèi)蒙古 鄂托克前旗 016100）

新上海廟一號煤礦目前在用安全監(jiān)控系統(tǒng)是由中煤科工集團重慶研究院有限公司生產(chǎn)的KJ90X型安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)自升級建設(shè)以來，運行穩(wěn)定。本次安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造核心是搭載融合平臺，設(shè)計融合的系統(tǒng)含安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

KJ90X安全監(jiān)控系統(tǒng)在KJ90NA、KJ90NB基礎(chǔ)上進行全面升級，以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)＋現(xiàn)場總線作為礦井信息傳輸平臺，整個系統(tǒng)利用工業(yè)以太網(wǎng)平臺和多主并發(fā)通訊技術(shù)，使系統(tǒng)在設(shè)備抗干擾、實時性、可靠性、穩(wěn)定性、擴容接入能力、防護等級、數(shù)字化、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、數(shù)據(jù)融合、新技術(shù)應(yīng)用等方面技術(shù)水平進一步提升。

2 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

KJ90X系統(tǒng)主要由中心站部分（主機、備用機、監(jiān)控軟件、打印機、錄音電話、UPS電源、電源避雷器）、數(shù)傳部分（網(wǎng)絡(luò)交換機）、數(shù)據(jù)采集部分（監(jiān)控分站、區(qū)域控制器、防爆電源）、終端感知部分（各種傳感器、報警器、饋電斷電器）等設(shè)備組成。如圖1所示。

由于KJ90X煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采用先進的分布式處理模式，能充分發(fā)揮各部分設(shè)備的性能優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)簡潔，可操作性強，便于系統(tǒng)的日常維護及管理。系統(tǒng)主干連接為樹型結(jié)構(gòu)，安裝擴展簡單。

圖1 KJ90X煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

地面監(jiān)控中心站及網(wǎng)絡(luò)終端，是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，負責整個系統(tǒng)設(shè)備及監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理、定義配置、實時數(shù)據(jù)采集、分析處理、統(tǒng)計存儲、屏幕顯示、查詢打印、實時控制、遠程傳輸、畫面編輯、網(wǎng)絡(luò)通訊等任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)終端完成系統(tǒng)監(jiān)測信息異地實時共享，能夠以文本或圖形方式顯示安全生產(chǎn)信息，查詢各類報表數(shù)據(jù)，監(jiān)測信息可以在調(diào)度大屏上輪換顯示。系統(tǒng)監(jiān)控地面中心站采用全網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，便于將監(jiān)測信息、圖像信息及文件進行實時共享。

系列化智能監(jiān)控分站主要完成對所監(jiān)測的傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、分類顯示、報警、斷電控制、與地面監(jiān)控中心站的數(shù)據(jù)通訊、所接傳感器的集中供電等任務(wù)。

各類模擬量傳感器、開關(guān)量傳感器及斷電控制器等設(shè)備，是整個監(jiān)測系統(tǒng)最前沿的終端設(shè)備，負責對各監(jiān)測點的物理數(shù)據(jù)采集、就地顯示、超限報警、信號傳輸，對監(jiān)控分站控制指令的執(zhí)行。

3 軟件應(yīng)用與原理

融合平臺主要由多系統(tǒng)融合服務(wù)器、監(jiān)控融合軟件、人員融合軟件、廣播融合軟件、安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)軟件等組成。如圖2所示。

圖2 井下融合安全監(jiān)控系統(tǒng)圖

融合平臺具體功能如下：

（1）以GIS為載體的實時數(shù)據(jù)展示（圖3）。以GIS為載體，展示融合后的各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實時數(shù)據(jù)（包括環(huán)境實時監(jiān)測值、人員位置分布、應(yīng)急廣播狀態(tài)等），具有分層顯示、矢量化放大縮小、聚合、測距、快速定位、鷹眼、狀態(tài)動畫顯示等功能和特點。

圖3 GIS綜合顯示頁

（2）GIS數(shù)據(jù)鉆取。GIS上的鉆取操作可得到監(jiān)測點檔案、人員明細等多類數(shù)據(jù)。

（3）人員軌跡回放。以人員定位軌跡數(shù)據(jù)為依據(jù)，GIS自動尋路為支撐，實現(xiàn)人員井下活動軌跡的再現(xiàn)。

（4）多業(yè)務(wù)系統(tǒng)關(guān)鍵指標綜合展示。平臺根據(jù)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)特殊性，提煉關(guān)鍵指標并匯總顯示，支持關(guān)鍵指標的鉆取與聚合操作。

（5）系統(tǒng)綜合圖表展示。以業(yè)務(wù)系統(tǒng)為主線進行數(shù)據(jù)綜合分析，多個綜合分析圖表展示，包括安全監(jiān)控綜合頁、人員定位綜合頁、廣播綜合頁等。如圖4所示。

圖4 人員定位綜合分析頁

（6）數(shù)據(jù)分析。對來自各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行二次分析或統(tǒng)計，展示數(shù)據(jù)分析報表，顯示包括異常數(shù)據(jù)同比/環(huán)比、突變、井下人員趨勢、調(diào)校狀態(tài)等內(nèi)容。

（7）聯(lián)動控制。平臺定義聯(lián)動控制預案，當預案觸發(fā)時自動（或需人工確認）進行多系統(tǒng)聯(lián)動控制。如圖5所示。

（8）手動控制。在授權(quán)情況下，可直接對設(shè)備進行控制。

（9）監(jiān)測點檔案查詢顯示。以點為單位展示監(jiān)測點檔案組織，可快速了解監(jiān)測點的定義、實時數(shù)據(jù)、控制關(guān)系、歷史異常、調(diào)校、分級報警等多方面信息，同時支持曲線、狀態(tài)圖等信息的鉆取或查詢操作。

（10）其他數(shù)據(jù)查詢功能。通過菜單，或鉆取或得到多種數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計與圖表功能，主要包括曲線、狀態(tài)圖、指定位置人員明細、員工活動軌跡、人員檔案、出勤記錄、廣播實時狀態(tài)、聯(lián)動記錄查詢、系統(tǒng)自診斷等內(nèi)容。

4 系統(tǒng)功能

（1）KJ90X軟件實現(xiàn)了分級報警，可設(shè)置最多5級，可根據(jù)顏色區(qū)別級別，同時具有瓦斯異常變化識別及篩選功能，可將異常變化的瓦斯傳感器快速篩選出來并形成報表；軟件支持邏輯點報警功能，可根據(jù)用戶實際需求編輯開關(guān)量或模擬量測點，形成新的邏輯測點，并支持對邏輯測點報警或斷電設(shè)置；設(shè)計所有涉及斷電的測點均具有饋電功能，同時可根據(jù)具體斷電需求，實現(xiàn)通過分站完成交叉斷電功能，確保斷電的可靠性；軟件支持多個斷電點設(shè)置，可在緊急情況下實現(xiàn)區(qū)域斷電。傳感器的報警響度達到80dB，聲光報警頻率可實現(xiàn)4級，用不同頻率進行區(qū)分。

（2）系統(tǒng)具有邏輯報警功能，軟件可根據(jù)需要配置不少于3組邏輯關(guān)系。

（3）系統(tǒng)具有傳感器、控制器設(shè)置及定義診斷評估功能，可根據(jù)基本配置信息自動診斷傳感器安設(shè)和傳感器報警、斷電、復電門限設(shè)置是否符合標準要求，并發(fā)出報警。另外，還具有如下功能：

① 智能傳感器實現(xiàn)了類型識別，當出現(xiàn)中心站軟件定義的傳感器類型與實際掛接的傳感器類型不一致時，軟件能進行類型不匹配報警，同時不保存采集的異常數(shù)據(jù)。

② 系統(tǒng)具有傳感器調(diào)校提醒管理功能，按照《煤礦安全規(guī)程》要求，甲烷傳感器應(yīng)在15d進行一次調(diào)校，如果未按規(guī)定時間調(diào)校，軟件可進行提醒，并對傳感器調(diào)校過程中數(shù)據(jù)進行識別。

③ 智能傳感器實現(xiàn)傳感器故障識別，模擬量傳感器可識別元件異常、電路異常等典型故障并報警。

④ 系統(tǒng)具有區(qū)域管理功能，并實現(xiàn)了對不同通風類型區(qū)域內(nèi)傳感器類型、數(shù)量和參數(shù)設(shè)置是否符合規(guī)范的檢查提醒功能。

⑤ 系統(tǒng)實現(xiàn)了分站狀態(tài)、電源狀態(tài)、通訊設(shè)備連接狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫連接狀態(tài)、軟件各個模塊運行狀態(tài)的監(jiān)視功能，實現(xiàn)了狀態(tài)異常報警。

⑥ 軟件實現(xiàn)雙機熱備，當主機出現(xiàn)異常時，備用機可直接切換為主機進行工作，實現(xiàn)無縫切換。

（4）傳感器具備自動識別標校數(shù)據(jù)和運行過程中的異常數(shù)據(jù)，并進行存儲功能，其存儲保存時間最長24h，存儲期間可通過遙控進行數(shù)據(jù)查詢，但無法人工修改或刪除。

（5）具有信息篩選、過濾功能，支持分類信息查詢和快速篩選統(tǒng)計，具體如下：

① 傳感器標校數(shù)據(jù)分析：當傳感器進入標校時，系統(tǒng)能夠自動識別并標記，當標校結(jié)束后能自動恢復標記，軟件中可對標校期間的數(shù)據(jù)與正常采樣進行區(qū)分。

② 異常數(shù)據(jù)分析：系統(tǒng)能夠自動識別運行過程中的突變數(shù)據(jù)，按照絕對值或斜率變化進行識別，變化級別可設(shè)置，實現(xiàn)了對瓦斯突變和火災(zāi)的預報警。

③ 大數(shù)據(jù)分析：系統(tǒng)可根據(jù)用戶設(shè)置的多項組合篩選條件，對長期的歷史數(shù)據(jù)進行篩選和分析。

（6）具備設(shè)備臺賬管理功能，可從設(shè)備使用和最后一次移除，期間所有的報警、標校、斷電、故障、刪除記錄等形成臺賬。

（7）系統(tǒng)能夠提供《煤礦安全生產(chǎn)在線監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)備查系統(tǒng)通用技術(shù)與要求和數(shù)據(jù)采集標準》要求的數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)接口，滿足數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)要求。

（8）系統(tǒng)具有融合聯(lián)動功能，安全監(jiān)控可通過井下區(qū)域控制器實現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)與人員定位和廣播系統(tǒng)的聯(lián)動。區(qū)域控制器可根據(jù)配置的聯(lián)動邏輯，當監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常情況或報警事件后，自動給相對應(yīng)區(qū)域的人員定位卡發(fā)送報警信號，人員定位管理系統(tǒng)收到報警信號后，發(fā)出聲響和提示燈閃爍，并通過廣播系統(tǒng)發(fā)出異常報警。即使在工業(yè)環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)故障時，區(qū)域控制器也各自為戰(zhàn)、自成系統(tǒng)完成監(jiān)控報警、本地防爆LED顯示報警地點、人員定位卡求救、緊急廣播撤人通知的聯(lián)動。

5 結(jié)束語

安全監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過10多年全面推廣應(yīng)用，已經(jīng)取得了跨越式的進步，逐步由智能化向智慧化發(fā)展，由單一系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸、存儲向多系統(tǒng)融合，由數(shù)據(jù)報表向多媒體化發(fā)展，有能力處理電視監(jiān)視圖像，將聲、像和參數(shù)監(jiān)控融為一體，形成一種高穩(wěn)定、高可靠、功能多樣化、超前預測預控、信息融合協(xié)同的新型監(jiān)控系統(tǒng)。