礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾實(shí)施要點(diǎn)探討

陳佩佩

摘要：針對目前煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在使用現(xiàn)場抗干擾能力差，易出現(xiàn)誤報(bào)警，短時(shí)故障等問題，本文介紹了改進(jìn)后的監(jiān)控系統(tǒng)所采用的抗干擾技術(shù)，包括實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的全數(shù)字化傳輸技術(shù)，電磁抗干擾等技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用表明，采用的這些技術(shù)能夠有有效地消除現(xiàn)場干擾信號(hào)對監(jiān)控系統(tǒng)的影響，確保監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)控系統(tǒng);抗干擾;數(shù)字化;電磁抗干擾;實(shí)施

中圖分類號(hào)：TP319? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）20-0011-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)為預(yù)防和減少煤礦各類事故發(fā)揮了重要的監(jiān)測、報(bào)警作用，可以有效地減少煤礦井下事故的發(fā)生[1]。但是井下環(huán)境復(fù)雜，存在很多不確定的干擾因素，特別是近年來大型電氣設(shè)備廣泛應(yīng)用于煤礦井下，直接影響了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，有必要采取有效的措施，避免系統(tǒng)受到干擾。2017年國家煤礦安監(jiān)局印發(fā)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》[2]，要求對大型煤礦在用安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，提高監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾能力，保障監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，因此提高監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾能力相關(guān)實(shí)施要點(diǎn)探討是很有必要的。

1 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)使用現(xiàn)狀

目前安全監(jiān)控系統(tǒng)大部分廠家在設(shè)計(jì)時(shí)，所開發(fā)的系統(tǒng)及其設(shè)備僅能完成正常的功能，大多沒有考慮抗干擾設(shè)計(jì)[3]，煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)用的傳感器通常采用長距離供電，其線路易受耦合、感應(yīng)等干擾，加之目前煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)用的傳感器自身EMC（電磁兼容性）抗干擾性能較差，受干擾嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)重啟現(xiàn)象，不能穩(wěn)定工作，其重要的原因是國家安標(biāo)要求應(yīng)用于煤礦井下的設(shè)備必須要取得安標(biāo)證，相關(guān)產(chǎn)品要通過性能試驗(yàn)和防爆試驗(yàn)，安全監(jiān)控系統(tǒng)及其組成設(shè)備中本質(zhì)安全電路對電容、電感容量有限制，對于提高抗干擾能力則需要使用大電容和大電感，如果增加電解電容等儲(chǔ)能元件會(huì)作為被試電路引入火花試驗(yàn)臺(tái)，點(diǎn)燃爆炸性混合物，無法通過相關(guān)試驗(yàn)，這就導(dǎo)致井下設(shè)備不能加一定的抗干擾處理元器件，不具有很好的抗干擾能力，從而嚴(yán)重影響煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)整體的抗干擾性能和工作穩(wěn)定性。因此要保證安全監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，首先要解決傳感器的抗干擾問題以保障井下的生產(chǎn)安全。

2 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)主要抗干擾實(shí)施要點(diǎn)

為了提高傳感器的抗干擾能力，對傳感器的電源模塊進(jìn)行改進(jìn)，電源模塊由軟啟動(dòng)電路、抗干擾電路和二路電源輸出電路組件組成，其原理框圖如圖1所示。

軟啟動(dòng)電路可以有效地減少設(shè)備啟動(dòng)時(shí)對系統(tǒng)的沖擊電流，保證傳感器工作的穩(wěn)定性，通過在軟啟動(dòng)電路后設(shè)置由電解電容和電容組成的抗干擾電路，使用電解電容可濾除大量的高頻干擾，同時(shí)電解電容作為儲(chǔ)能元件，在傳感器重啟的瞬間通過放電提供電能可有效防止設(shè)備重啟;從而能夠有效提高傳感器抗電磁干擾能力，解決傳感器受干擾時(shí)易發(fā)生重啟的問題;進(jìn)而提高了礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)整體抗電磁干擾能力和工作穩(wěn)定性。同時(shí)，電源模塊采用環(huán)氧樹脂整體澆封形式安裝于傳感器設(shè)備中，能夠滿足相關(guān)的強(qiáng)制安全標(biāo)準(zhǔn)，適于煤礦井下使用。

煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)所使用的電氣設(shè)備都要依靠本質(zhì)安全型（簡稱本安）電源來供電，本安電源是煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中不可缺少的部分，其質(zhì)量與可靠性直接影響后級(jí)負(fù)載設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性與準(zhǔn)確性，甚至關(guān)系到整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)[4-5]，因此提高監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾能力，也要提高電源的抗干擾能力。礦用電源采用寬范圍開關(guān)電源交流電壓輸入，自動(dòng)適應(yīng)煤礦井下的電壓，開關(guān)電源輸入和輸出可以通過不小于AC 3500V耐壓試驗(yàn)，可以有效阻止浪涌電壓和尖峰脈沖的通過，在電路中設(shè)計(jì)雙重過流、過壓保護(hù)電路，采用電源短時(shí)自供電技術(shù)，采用電池、電容等蓄能原件，采取防爆措施，可有效提高本安電源的抗浪涌干擾能力。

安全監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用成熟的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及集成度高的電子芯片，并加入與系統(tǒng)相匹配的高通濾波器或低通濾波器等去耦濾波技術(shù)可有效地防止干擾信號(hào)傳入系統(tǒng)中，系統(tǒng)組成設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)通過Y電容隔離接地，對地釋放干擾信號(hào)，增強(qiáng)抗干擾能力。安全監(jiān)控系統(tǒng)不同的信號(hào)應(yīng)按傳輸信號(hào)種類由不同的電纜傳輸，盡量使用屏蔽線纜，嚴(yán)禁用同一電纜同時(shí)傳輸動(dòng)力電源和信號(hào)，盡量避免信號(hào)線纜與動(dòng)力電纜平行敷設(shè)，對于井下條件有限無法分開的場所必須保證有一定的距離，以避免電磁干擾。

安全監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量減少信號(hào)的傳輸距離，一方面可以保證供電電源的穩(wěn)定性，另一方面可以減少信號(hào)傳輸過程中受到的干擾。對于長距離傳輸?shù)男盘?hào)線纜盡量使用屏蔽線纜，并在線纜中增加磁環(huán)，以減少諧波對信號(hào)的影響。安全監(jiān)控系統(tǒng)及其設(shè)備間傳感、傳輸、處理、控制等實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，提升傳輸、梳理、供電和執(zhí)行的可靠性和穩(wěn)定性。

完善的接地系統(tǒng)也能提高監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾能力，井下設(shè)備接地可以對地釋放干擾信號(hào)，能有效地抑制干擾信號(hào)對系統(tǒng)的影響，對于系統(tǒng)井下設(shè)備一定要安裝煤礦安全規(guī)程等規(guī)定做好良好可靠接地，接地極不能與動(dòng)力電的接地極相連，避免相互干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

軟件上也可以采用一些措施提高監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾能力，如通過軟件方法抑制信號(hào)通道干擾。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用校驗(yàn)算法驗(yàn)證程序在運(yùn)行中的誤差、軟件冗余循環(huán)檢測符合要求的監(jiān)測結(jié)果，通過軟件能檢測出系統(tǒng)程序的盲目運(yùn)行或死循環(huán)，軟件能自動(dòng)引到系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

3 總結(jié)與展望

本文介紹了煤礦監(jiān)控系統(tǒng)所采用的抗干擾技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)。由于煤礦井下環(huán)境惡劣存在各種不可預(yù)知的干擾信號(hào)，完全解決系統(tǒng)抗干擾問題是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，在進(jìn)行系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮各方面的因素，合理抑制干擾，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，為煤礦安全生產(chǎn)提供重要保障。

參考文獻(xiàn)：

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