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、風速傳感器8臺、遠動開關(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、負壓傳感器1臺、水位傳感器1臺、設(shè)備開停傳感器95臺、風筒傳感器12臺、風門傳感器37臺。

2 升級改造后達到的效果

2.1 實現(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)量傳感器僅風門、風筒開關(guān)為開關(guān)量傳輸，其他開關(guān)量傳感器均已實現(xiàn)數(shù)字化傳輸。

（2）增強抗電磁干擾能力

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，評價等級為A；② 2級電磁輻射抗擾度試驗，評價等級為A；③ 3級脈沖群抗擾度試驗，評價等級為A；④3級浪涌（沖擊）抗擾度試驗，評價等級為A。

（3）推廣應(yīng)用先進傳感技術(shù)及裝備

完成部署在采煤工作面、掘進工作面使用激光甲烷傳感器，在采煤工作面回風巷使用多參數(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，并實時傳輸至地面主機。

（4）提升傳感器的防護等級

井下所有傳感器防護等級均已提升到IP65。

（5）完善報警、斷電等控制功能

升級改造后系統(tǒng)具有分級報警功能，可根據(jù)瓦斯?jié)舛却笮　⑼咚钩蕹掷m(xù)時間、瓦斯超限范圍等，設(shè)置不同的報警級別，實施分級響應(yīng)；系統(tǒng)具有邏輯報警功能。

（6）支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合

（7）格式規(guī)范化

目前系統(tǒng)已完成與集團聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時上傳。

（8）增加自診斷、自評估功能

目前監(jiān)控系統(tǒng)已實現(xiàn)傳感器、控制器的設(shè)置及定義評估和報警功能。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警、斷電、復(fù)電門限是否正確。當檢測到傳感器報警、斷電、復(fù)電門限設(shè)置不滿足相關(guān)標準及規(guī)定時發(fā)出報警。

系統(tǒng)實現(xiàn)了傳感器標校超時提醒、標校超期提醒等功能。所有模擬量傳感器、分站、電源均具有故障診斷功能，并實時傳輸至地面主機。并已實現(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)實時監(jiān)測及報警。

（9）加強數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

系統(tǒng)實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)在線標校及標校數(shù)據(jù)標注、誤報警數(shù)據(jù)標注等功能，實現(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

系統(tǒng)升級改造后，系統(tǒng)巡檢周期為10s，異地斷電時間不超過5s，備用電源能維持斷電后正常供電時間提升到4h；系統(tǒng)具有雙機熱備自動切換功能，雙機切換時間不大于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)歷史報警、斷電、饋電異常、故障、統(tǒng)計值數(shù)據(jù)、監(jiān)測值數(shù)據(jù)、操作記錄等實現(xiàn)加密存儲，保證監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性、完整性和準確性。

2.2 其他示范效果

（1）快速、無主異地斷電

現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)一般采用時分制主從式架構(gòu)，地面中心站作為系統(tǒng)主機，由地面主機逐個巡檢井下監(jiān)控分站，當巡檢到監(jiān)控分站有瓦斯超限時，地面主機再將斷電的控制命令發(fā)給另外一臺監(jiān)控分站，實現(xiàn)系統(tǒng)的異地斷電。這種架構(gòu)勢必將影響監(jiān)控系統(tǒng)的控制響應(yīng)時間。

本示范系統(tǒng)采用無主架構(gòu)，摒棄監(jiān)控系統(tǒng)主機對井下分站的巡檢運行方式，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)行時間，開創(chuàng)性的將異地斷電時間縮短至巡檢周期以下，系統(tǒng)巡檢周期不大于10s，異地斷電時間不大于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)量的當前狀態(tài)，造成數(shù)據(jù)丟失，尤其在一個巡檢周期內(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，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，子設(shè)備會將自身的特征ID主動傳輸給上位機，上位機接收到該信息后，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

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、模塊化設(shè)計、小型化設(shè)計。

① 分體式設(shè)計

主要傳感器采用組合式、模塊化設(shè)計，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，實現(xiàn)智能識別，即插即用。

② 傳感器變送器設(shè)計

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，斷電后正常供電時間由2h提升到4h，備用電源電池16Ah，實現(xiàn)了新設(shè)備更長的工作時間。

② 完善電源管理功能

系統(tǒng)提供電源實時動態(tài)展示、遠程控制功能，包括動態(tài)展示電源各路輸出參數(shù)及狀態(tài)、供電時間、工作模式、電池組電壓、遠程電池維護放電、遠程維護充放電等功能。

③ 遠程放電

具體批量電池遠程充放電功能。

（6）斷線續(xù)傳功能

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

分站同上位機軟件通信中斷后，分站會自動將采集到的數(shù)據(jù)進行斷線存儲，在上位機軟件恢復(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)，并在上位機上進行存儲，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，系統(tǒng)增加了地址重復(fù)功能，當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)過幾個月系統(tǒng)運行和使用表明，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，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)斷電時間，保障了煤礦安全生產(chǎn)。