煤礦安全監控系統升級改造及平臺融合技術的應用

李學政 朱瑞超 王言青

（臨礦集團新上海廟一號煤礦，內蒙古 鄂托克前旗 016100）

新上海廟一號煤礦目前在用安全監控系統是由中煤科工集團重慶研究院有限公司生產的KJ90X型安全監控系統，該系統自升級建設以來，運行穩定。本次安全監控系統升級改造核心是搭載融合平臺，設計融合的系統含安全監控系統、人員定位系統、應急廣播系統。

1 系統概述

KJ90X安全監控系統在KJ90NA、KJ90NB基礎上進行全面升級，以工業以太環網＋現場總線作為礦井信息傳輸平臺，整個系統利用工業以太網平臺和多主并發通訊技術，使系統在設備抗干擾、實時性、可靠性、穩定性、擴容接入能力、防護等級、數字化、數據分析應用、數據融合、新技術應用等方面技術水平進一步提升。

2 系統基本結構

KJ90X系統主要由中心站部分（主機、備用機、監控軟件、打印機、錄音電話、UPS電源、電源避雷器）、數傳部分（網絡交換機）、數據采集部分（監控分站、區域控制器、防爆電源）、終端感知部分（各種傳感器、報警器、饋電斷電器）等設備組成。如圖1所示。

由于KJ90X煤礦安全監控系統采用先進的分布式處理模式，能充分發揮各部分設備的性能優勢，結構簡潔，可操作性強，便于系統的日常維護及管理。系統主干連接為樹型結構，安裝擴展簡單。

圖1 KJ90X煤礦安全監控系統結構示意圖

地面監控中心站及網絡終端，是整個監控系統的核心，負責整個系統設備及監測數據的管理、定義配置、實時數據采集、分析處理、統計存儲、屏幕顯示、查詢打印、實時控制、遠程傳輸、畫面編輯、網絡通訊等任務。網絡終端完成系統監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信息，查詢各類報表數據，監測信息可以在調度大屏上輪換顯示。系統監控地面中心站采用全網絡化結構，便于將監測信息、圖像信息及文件進行實時共享。

系列化智能監控分站主要完成對所監測的傳感器數據采集、數據預處理、分類顯示、報警、斷電控制、與地面監控中心站的數據通訊、所接傳感器的集中供電等任務。

各類模擬量傳感器、開關量傳感器及斷電控制器等設備，是整個監測系統最前沿的終端設備，負責對各監測點的物理數據采集、就地顯示、超限報警、信號傳輸，對監控分站控制指令的執行。

3 軟件應用與原理

融合平臺主要由多系統融合服務器、監控融合軟件、人員融合軟件、廣播融合軟件、安全監控系統聯網軟件等組成。如圖2所示。

圖2 井下融合安全監控系統圖

融合平臺具體功能如下：

（1）以GIS為載體的實時數據展示（圖3）。以GIS為載體，展示融合后的各業務數據的實時數據（包括環境實時監測值、人員位置分布、應急廣播狀態等），具有分層顯示、矢量化放大縮小、聚合、測距、快速定位、鷹眼、狀態動畫顯示等功能和特點。

圖3 GIS綜合顯示頁

（2）GIS數據鉆取。GIS上的鉆取操作可得到監測點檔案、人員明細等多類數據。

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

（4）多業務系統關鍵指標綜合展示。平臺根據各業務系統特殊性，提煉關鍵指標并匯總顯示，支持關鍵指標的鉆取與聚合操作。

（5）系統綜合圖表展示。以業務系統為主線進行數據綜合分析，多個綜合分析圖表展示，包括安全監控綜合頁、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）數據分析。對來自各業務系統的數據進行二次分析或統計，展示數據分析報表，顯示包括異常數據同比/環比、突變、井下人員趨勢、調校狀態等內容。

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

（8）手動控制。在授權情況下，可直接對設備進行控制。

（9）監測點檔案查詢顯示。以點為單位展示監測點檔案組織，可快速了解監測點的定義、實時數據、控制關系、歷史異常、調校、分級報警等多方面信息，同時支持曲線、狀態圖等信息的鉆取或查詢操作。

（10）其他數據查詢功能。通過菜單，或鉆取或得到多種數據的查詢統計與圖表功能，主要包括曲線、狀態圖、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、聯動記錄查詢、系統自診斷等內容。

4 系統功能

（1）KJ90X軟件實現了分級報警，可設置最多5級，可根據顏色區別級別，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，可根據用戶實際需求編輯開關量或模擬量測點，形成新的邏輯測點，并支持對邏輯測點報警或斷電設置；設計所有涉及斷電的測點均具有饋電功能，同時可根據具體斷電需求，實現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置，可在緊急情況下實現區域斷電。傳感器的報警響度達到80dB，聲光報警頻率可實現4級，用不同頻率進行區分。

（2）系統具有邏輯報警功能，軟件可根據需要配置不少于3組邏輯關系。

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

① 智能傳感器實現了類型識別，當出現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據。

② 系統具有傳感器調校提醒管理功能，按照《煤礦安全規程》要求，甲烷傳感器應在15d進行一次調校，如果未按規定時間調校，軟件可進行提醒，并對傳感器調校過程中數據進行識別。

③ 智能傳感器實現傳感器故障識別，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 系統具有區域管理功能，并實現了對不同通風類型區域內傳感器類型、數量和參數設置是否符合規范的檢查提醒功能。

⑤ 系統實現了分站狀態、電源狀態、通訊設備連接狀態、數據庫連接狀態、軟件各個模塊運行狀態的監視功能，實現了狀態異常報警。

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

（4）傳感器具備自動識別標校數據和運行過程中的異常數據，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據查詢，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計，具體如下：

① 傳感器標校數據分析：當傳感器進入標校時，系統能夠自動識別并標記，當標校結束后能自動恢復標記，軟件中可對標校期間的數據與正常采樣進行區分。

② 異常數據分析：系統能夠自動識別運行過程中的突變數據，按照絕對值或斜率變化進行識別，變化級別可設置，實現了對瓦斯突變和火災的預報警。

③ 大數據分析：系統可根據用戶設置的多項組合篩選條件，對長期的歷史數據進行篩選和分析。

（6）具備設備臺賬管理功能，可從設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）系統能夠提供《煤礦安全生產在線監測聯網備查系統通用技術與要求和數據采集標準》要求的數據聯網接口，滿足數據聯網要求。

（8）系統具有融合聯動功能，安全監控可通過井下區域控制器實現安全監控系統與人員定位和廣播系統的聯動。區域控制器可根據配置的聯動邏輯，當監測數據發現異常情況或報警事件后，自動給相對應區域的人員定位卡發送報警信號，人員定位管理系統收到報警信號后，發出聲響和提示燈閃爍，并通過廣播系統發出異常報警。即使在工業環網出現故障時，區域控制器也各自為戰、自成系統完成監控報警、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動。

5 結束語

安全監控系統經過10多年全面推廣應用，已經取得了跨越式的進步，逐步由智能化向智慧化發展，由單一系統數據的傳輸、存儲向多系統融合，由數據報表向多媒體化發展，有能力處理電視監視圖像，將聲、像和參數監控融為一體，形成一種高穩定、高可靠、功能多樣化、超前預測預控、信息融合協同的新型監控系統。