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)用分析

侯占利 河南正龍煤業(yè)有限公司城郊煤礦

國內(nèi)保障煤礦安全的根本目標(biāo)之一就是要推動煤礦安全監(jiān)測與預(yù)警監(jiān)督管理與信息資源共享等各種途徑相互結(jié)合，以提升煤礦安全監(jiān)測與預(yù)警水平、煤礦安全監(jiān)測與煤礦安全監(jiān)督管理中的信息?？梢姡鄠€系統(tǒng)集成技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤礦安全監(jiān)測管理系統(tǒng)的升級和改造中必不可少的基礎(chǔ)性工程。針對這些問題需求，本文將綜合分析當(dāng)前在煤礦安全監(jiān)控、設(shè)備使用、生產(chǎn)和調(diào)度等領(lǐng)域的相關(guān)研究成果，提出一套基于煤礦安全監(jiān)控的多系統(tǒng)集成平臺設(shè)計。

一、存在的問題

（一）傳感器性能不穩(wěn)定

惡劣的井下工作環(huán)境、高低溫濕度和大量灰塵，甚至特別是一些具有強(qiáng)烈腐蝕性的有害氣體都很容易對這些傳感器控制電路、傳感器零元件、連接器等部件產(chǎn)生強(qiáng)烈氧化化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致這些傳感器電路接觸不好和電路運(yùn)行不可靠。當(dāng)測量傳感器持續(xù)暴露于大雨水、振動和劇烈外力沖擊中，所需要輸入的測量數(shù)據(jù)就可能會自動產(chǎn)生巨大失真。由于井室空間狹窄，強(qiáng)烈的電磁干擾源復(fù)雜，部分電磁傳感器很容易發(fā)生報錯或者沒有正常運(yùn)行工作。目前國內(nèi)市面上廣泛使用的環(huán)境空氣傳感器很多技術(shù)落后，甲烷、一氧化碳等各種重要環(huán)境參數(shù)的空氣傳感器容易產(chǎn)生誤差，但是主要采用化學(xué)催化和分子電化學(xué)兩種關(guān)鍵技術(shù)，壽命短，工作量和穩(wěn)定性低[1]。一些傳感器的元件并不一致，容易被受到干擾和氣體的影響，測量時精度不高。

（二）傳輸線易受干擾

傳感器和電力變電站之間通信是一種采用集成了200～1000hz 的雙向模擬信號方式進(jìn)行單向信號校驗(yàn)進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通信方式，抗干擾抑制功能差，易于接收到單向傳輸有線電纜的電磁干擾，而又彼此無法準(zhǔn)確區(qū)別。目前，大多數(shù)安全監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器和變電站抗干擾設(shè)計尚未得到充分考慮，在接口保護(hù)、連線方式等各個環(huán)節(jié)也沒有對抗干擾進(jìn)行設(shè)計及嚴(yán)格的測試。在技術(shù)上，抗干擾的設(shè)計與其本質(zhì)安全的設(shè)計不一致，這也是當(dāng)前傳輸線易受到干擾的內(nèi)在原因。

（三）技能水平參差不齊

現(xiàn)有廠商安全監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的物理接口協(xié)議不規(guī)范，系統(tǒng)之間的通信協(xié)議也不相互兼容，可操作性也不符合基本安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)不同廠商的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備質(zhì)量較低。該系統(tǒng)的設(shè)計中可能會出現(xiàn)一些漏洞，比如可以調(diào)整模擬比例的系數(shù)，導(dǎo)致顯示器主機(jī)的顯示值小于實(shí)際。

安全監(jiān)測系統(tǒng)井下裝置中安全電路部分沒有按標(biāo)準(zhǔn)要求對其進(jìn)行完全防爆性評估和認(rèn)證，存在著爆炸的隱患。個別煤礦提出了一系列的傳感器報警，加大了掉電濃度，關(guān)閉了掉電自動控制系統(tǒng)的功能，導(dǎo)致系統(tǒng)安全和防護(hù)功能的喪失，嚴(yán)重影響了煤礦安全。

二、系統(tǒng)集成內(nèi)容

煤礦安全監(jiān)測多系統(tǒng)集成管理的主要目標(biāo)之一就是通過各種信息技術(shù)手段進(jìn)行多網(wǎng)絡(luò)、各個系統(tǒng)的集成，將人員調(diào)配、電力監(jiān)測、設(shè)備監(jiān)測等信息技術(shù)集成到煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了多個系統(tǒng)集成和信息一體化管理。實(shí)現(xiàn)“信息孤島”，安防監(jiān)測管理系統(tǒng)與工業(yè)電視、應(yīng)急廣播、人員調(diào)配等各種監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行對接，解決了礦井各類安全監(jiān)測和監(jiān)控管理系統(tǒng)問題。因此，地下多網(wǎng)、多系統(tǒng)集成、地上多系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成、安全監(jiān)測管理系統(tǒng)和GIS 集成、多系統(tǒng)集成的綜合信息分析、應(yīng)急救援聯(lián)動等均是多個系統(tǒng)集成的主要內(nèi)容。

通過研究開發(fā)支持地下一體化的數(shù)據(jù)傳送協(xié)議、多種信息傳送接口的新型高速綜合變電站，實(shí)現(xiàn)地下系統(tǒng)地信息一體化，實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)控、人員配置、電力監(jiān)控、裝置和監(jiān)控等整個系統(tǒng)中所有信息的統(tǒng)一和傳輸。資源的共享、集成，實(shí)現(xiàn)了各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)渠道[2]。

通過多數(shù)據(jù)的方式，實(shí)現(xiàn)了礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)的大規(guī)模數(shù)據(jù)整合與資源共享，將安全生產(chǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)保存并匯總到實(shí)時的數(shù)據(jù)庫和關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)庫中，構(gòu)建了一個多系統(tǒng)的集成平臺。該數(shù)據(jù)可以直接在操作臺上或者是可視化的應(yīng)用軟件上進(jìn)行實(shí)時顯示，對煤礦的安全運(yùn)行狀況實(shí)現(xiàn)了自動化的監(jiān)測。通過搭建全礦一體化安全生產(chǎn)的綜合性數(shù)據(jù)庫，可以完成對全礦安全生產(chǎn)的歷史信息查詢和分析，同時還搭建了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺和訪問接口。

三、升級計劃

（一）升級原理

制定升級計劃，結(jié)合現(xiàn)象，根據(jù)升級計劃制定計劃。目前的安全監(jiān)測系統(tǒng)在不影響監(jiān)測、傳輸和安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，對監(jiān)測點(diǎn)、工作面和礦區(qū)進(jìn)行一一監(jiān)測。按照國家的新標(biāo)準(zhǔn)，新系統(tǒng)的安全監(jiān)控裝置與現(xiàn)有的系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了并行和配置。新的系統(tǒng)設(shè)施在正常運(yùn)行工作且經(jīng)過上級部門的驗(yàn)收合格后，將拆除老的系統(tǒng)設(shè)施[3]。

（二）升級計劃

重新升級了地面電站中心機(jī)和客運(yùn)服務(wù)器。改進(jìn)了系統(tǒng)核心站的硬件設(shè)備配置，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)行速度，減少了系統(tǒng)滯后和不穩(wěn)定的問題。重新升級了中心站管理系統(tǒng)軟件。軟件的升級主要就是在繼續(xù)使用現(xiàn)有軟件的基礎(chǔ)上對其原有的功能進(jìn)行升級，保留其原有的功能，增加了新的系統(tǒng)層告警功能、邏輯告警功能、標(biāo)準(zhǔn)校正和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的告警功能、數(shù)據(jù)加密和通知的告警功能及系統(tǒng)集成后所需要的數(shù)據(jù)。等待端口的功能。更換傳感器及變電站。目前頻率信號傳輸變電站和頻率信號傳輸傳感器都已經(jīng)被數(shù)字信號傳輸變電站和數(shù)字信號傳輸傳感器取代。接入到監(jiān)控變電站100m 光照射信號，系統(tǒng)經(jīng)千兆環(huán)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，上傳到監(jiān)控中心[4]。

四、平臺實(shí)施方案

（一）平臺整體架構(gòu)

平臺主要由數(shù)據(jù)采集、信息中心、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和分析、系統(tǒng)鏈接等功能模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊主要是通過opc、wcf、文本檔案等方法來實(shí)現(xiàn)對安全監(jiān)視器系統(tǒng)、人員定位器系統(tǒng)、用戶電力監(jiān)視器系統(tǒng)等各種設(shè)備的監(jiān)視器系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)采集[5]。數(shù)據(jù)展示和分析模塊主要是實(shí)現(xiàn)對于各種情況下的實(shí)時數(shù)據(jù)、實(shí)時圖表、歷史曲線、報警數(shù)據(jù)、進(jìn)行綜合分析所得到的結(jié)果展示和查詢。系統(tǒng)連鎖模塊主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示式連鎖和緊急連鎖，當(dāng)系統(tǒng)中一旦出現(xiàn)故障或預(yù)警響起，自動彈出地區(qū)參數(shù)、裝置狀態(tài)以及工業(yè)電視錄像。

（二）數(shù)據(jù)采集與綜合分析

煤礦安全監(jiān)測多系統(tǒng)集成平臺的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是利用傳統(tǒng)的綜合和自動化工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成的解決方案，使用opc、文本檔案、wcf 等多種方式訪問，通過測量點(diǎn)來定義和更新系統(tǒng)的測量點(diǎn)。每個融合子系統(tǒng)都要提供一個測量點(diǎn)定義的文件，通過測量點(diǎn)定義分析程序?qū)υ撐募M(jìn)行分析并更新一個數(shù)據(jù)采集服務(wù)。進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)更新需要一個融合型子系統(tǒng)，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)傳遞模式，提供合適的文檔或者伺服器接口。數(shù)據(jù)處理過程由主機(jī)負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，其中包括實(shí)時數(shù)據(jù)、錯誤信息、報警和一般信息的處理。數(shù)據(jù)倉儲程序主要是負(fù)責(zé)把所有的歷史資料都存放在一個數(shù)據(jù)庫里。

基于多系統(tǒng)大數(shù)據(jù)融合分析實(shí)現(xiàn)，環(huán)境預(yù)測－預(yù)建模、地區(qū)環(huán)評－模型等大數(shù)據(jù)整理分析的綜合模型。該環(huán)境監(jiān)控平臺的設(shè)計研究主要是通過使用環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)、人員地理位置信息、設(shè)備正常運(yùn)行情況等數(shù)據(jù)，對特定地段和礦山的安全情況進(jìn)行了綜合評估，實(shí)施局部環(huán)境評估模型，使用或者在礦山中使用不同顏色。會聽到一個指示該地區(qū)安全或不安全的音響，可以防止事故的發(fā)生。

（三）GIS 的集成

煤礦安全監(jiān)測管理系統(tǒng)與GIS 的完美融合，使得該系統(tǒng)能夠在設(shè)備管理、信息顯示、數(shù)據(jù)鏈接等各個方面為用戶提供了一體化的空間位置坐標(biāo)，提高了安全監(jiān)測的效率和實(shí)時性，為監(jiān)控打開更多應(yīng)用和控制[6]。

圖形編輯模塊負(fù)責(zé)組織一個圖形和創(chuàng)建一個圖形文檔。支持直接導(dǎo)入cad 格式的電子礦地勘探圖。導(dǎo)入后，各種圖形都可以按照分層方式進(jìn)行顯示，避免了丟失的關(guān)鍵圖形和對象，傳感器和風(fēng)扇等不同的動態(tài)圖像。它們可以被配置到地圖、皮帶機(jī)等上，可以捆綁到相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中。圖形驅(qū)動模塊根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)品需求生成檢測點(diǎn)對象的定義文檔，并為用戶提供了一個實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史資料的接口，以便于圖形顯示模塊的調(diào)用。

（四）系統(tǒng)互通模塊

融合子系統(tǒng)的互通模塊是由數(shù)據(jù)顯示互通功能及互鎖式通信組件，與各種融合子系統(tǒng)及技術(shù)人員的定位、應(yīng)急廣播、供電情況監(jiān)控和其他系統(tǒng)制定了互鎖協(xié)議。

當(dāng)操作現(xiàn)場中的設(shè)備出現(xiàn)操作失誤時，安全監(jiān)測系統(tǒng)可以直接與工業(yè)電視系統(tǒng)相互連接，自動彈出一個相應(yīng)的工業(yè)電視屏幕，直觀地實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控現(xiàn)場錯誤狀態(tài)。它與電力運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)相連。如果安全監(jiān)控系統(tǒng)檢測出基層的礦井可能存在嚴(yán)重的安全隱患，特定的區(qū)域可能需要停電，則向安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出一個桌面信息框，督促相應(yīng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理員及時采取措施。在操作過程中，以閃爍的停電信號圖形顯現(xiàn)屏幕上的停電信號可能會受到影響。

（五）平臺特點(diǎn)

使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口從各種系統(tǒng)采集和處理數(shù)據(jù)，保證了采集和處理數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確性。但是當(dāng)被監(jiān)控的數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，例如增加或者是減少，就會自動地反映在該平臺上。具備實(shí)時的數(shù)據(jù)展現(xiàn)和顯示。該平臺用戶可以按照其所連接的系統(tǒng)類型來準(zhǔn)確地對其進(jìn)行歸集、分類、過濾和顯示。

多個被測量點(diǎn)的歷史曲線都可以在一個坐標(biāo)系中進(jìn)行顯示，并且我們也可以根據(jù)這個坐標(biāo)來自己確定曲線的橫縱方向。歷史資料查詢和分析的功能，可以查詢到該系統(tǒng)的測點(diǎn)資料、故障報警記錄、裝置運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計和有關(guān)圖表。

可以完成所有的與系統(tǒng)配置相關(guān)的任務(wù)和重大的任務(wù)的日志。圖形功能。用戶可以直接通過GIS 的圖形顯示系統(tǒng)直接以 web 的方式在屏幕上顯示系統(tǒng)的各種實(shí)時動態(tài)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀況數(shù)據(jù)，鼠標(biāo)右鍵即可快速地查看所有指定設(shè)備的啟動和停止統(tǒng)計以及設(shè)備故障的檢測。

一般的情況下，可以通過圖形顯示區(qū)、裝置參數(shù)和工業(yè)電視連接器的功能，實(shí)現(xiàn)燃?xì)獬?、停電等各種緊急狀態(tài)下的安全監(jiān)測系統(tǒng)以及應(yīng)急廣播、通訊、人力等。緊急接駁機(jī)需要馬上疏散。用戶可以直接通過移動設(shè)備來實(shí)時查看該平臺上的實(shí)時信息、報警數(shù)據(jù)、出錯率和歷史曲線。每個工作區(qū)域的狀態(tài)都是實(shí)時地顯示在一個圖形上，當(dāng)一個工作區(qū)域發(fā)生了異?；蛘哂形ｋU的狀態(tài)，再次點(diǎn)擊該工作區(qū)域，會自動彈出一些影響整個工作區(qū)域安全的因素。

五、結(jié)束語

經(jīng)過十多年的全面推廣應(yīng)用，安防監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從智能化到智能化，從單系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸存儲到多系統(tǒng)集成，從數(shù)據(jù)上報到多媒體發(fā)展的跨越式發(fā)展。對電視監(jiān)控視頻進(jìn)行處理，集聲學(xué)、視頻、參數(shù)監(jiān)控于一體，形成高穩(wěn)定性、高可靠性、功能多樣、預(yù)測主動控制先進(jìn)、信息融合協(xié)調(diào)的新型監(jiān)控系統(tǒng)。