煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)研究

李延剛

摘 要：煤礦行業(yè)是高危行業(yè)，安全是煤礦生產(chǎn)行業(yè)的首要前提，保證從事煤礦生產(chǎn)行業(yè)的人員的生命安全是煤礦行業(yè)最首要的前提。所以煤礦生產(chǎn)行業(yè)的安全監(jiān)控系統(tǒng)必須能跟上煤礦產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)節(jié)奏，及時(shí)進(jìn)行改造和升級(jí)，逐漸完善煤礦安全監(jiān)視系統(tǒng)。目前我國(guó)煤礦安全監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)用存在的主要問(wèn)題在于傳感器方面，傳感器性能不佳，供電不穩(wěn)定，傳感器線路也容易受到其它信號(hào)的干擾。本文通過(guò)對(duì)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)闡述，提出有針對(duì)性的升級(jí)改造關(guān)鍵技術(shù)，提高煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的整體應(yīng)用質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：煤礦安全;監(jiān)控系統(tǒng);升級(jí)改造;關(guān)鍵技術(shù)

引言

2015年國(guó)家安監(jiān)總局開(kāi)展煤礦“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”科技強(qiáng)安專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)，大大提升了煤礦科技裝備、科技強(qiáng)安、科技保安水平。2016年國(guó)家煤礦安監(jiān)局為提升煤礦井下日常安全生產(chǎn)技術(shù)保障水平，提高煤礦安全預(yù)測(cè)預(yù)警水平，增強(qiáng)煤礦安全保障能力，要求煤礦全面對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

1、升級(jí)改造目標(biāo)

（1）傳感器到分站數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，使用RS485總線傳輸技術(shù)，通信速率2400bps，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴＃?）升級(jí)的分站及傳感器通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)及組成設(shè)備達(dá)到靜電抗擾度3級(jí)、電磁輻射抗擾度2級(jí)、脈沖群抗擾度3級(jí)、浪涌抗擾度3級(jí)等抗干擾認(rèn)證，且系統(tǒng)取得抗干擾安標(biāo)認(rèn)證，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（3）升級(jí)的分站、傳感器防護(hù)等級(jí)均達(dá)到IP65，滿足在惡劣環(huán)境中能正常工作。（4）增設(shè)多參數(shù)傳感器、激光甲烷傳感器等先進(jìn)技術(shù)裝備。（5）系統(tǒng)軟件可設(shè)置4級(jí)報(bào)警，傳感器的報(bào)警響度達(dá)到85dB，聲光報(bào)警頻率可實(shí)現(xiàn)4級(jí)，用不同頻率進(jìn)行區(qū)分。（6）KJ70X系統(tǒng)支持地面、井下的數(shù)據(jù)融合，軟件提供融合接口及協(xié)議規(guī)范：支持人員定位系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等系統(tǒng)融合，方便實(shí)現(xiàn)融合及應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)參數(shù)可設(shè)置。（7）設(shè)計(jì)系統(tǒng)傳輸平臺(tái)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+總線技術(shù)，環(huán)網(wǎng)切換時(shí)間不大于50ms，實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)并行快速傳輸。（8）智能傳感器實(shí)現(xiàn)標(biāo)校提醒及故障診斷功能。（9）軟件實(shí)現(xiàn)自診斷功能，根據(jù)操作系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備布置及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)軟件、分站、傳感器等異常情況進(jìn)行診斷，出具診斷報(bào)告，以便于系統(tǒng)維護(hù)。（10）軟件實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，備機(jī)可自動(dòng)切換為主機(jī)進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。（11）實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用：傳感器標(biāo)校數(shù)據(jù)分析、異常數(shù)據(jù)分析及大數(shù)據(jù)分析等。（12）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用RSA加密算法，防止數(shù)據(jù)被破解篡改。（13）系統(tǒng)性能指標(biāo)得到大幅提升，巡檢周期不超過(guò)10s，異地?cái)嚯姇r(shí)間縮至5s，備用電源斷電后正常供電時(shí)間提升到8h，雙機(jī)熱備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，模擬量傳輸處理誤差不超過(guò)0.5%，分站本安電源實(shí)現(xiàn)分級(jí)管理。

2、升級(jí)改造步驟

（1）成立安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造專(zhuān)項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組，任務(wù)分解落實(shí)，制定工作任務(wù)清單，明確責(zé)任歸屬。（2）為確保升級(jí)改造期間監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定有效運(yùn)行，制定《高煤公司安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造期間應(yīng)急處置措施》。（3）建設(shè)一套千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)用于安全監(jiān)控系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)傳輸。（4）為了不影響老安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行，在地面監(jiān)控室利用新主備機(jī)、服務(wù)器等搭建一套新安全監(jiān)控系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)并行運(yùn)行。同時(shí)新系統(tǒng)的上傳軟件，應(yīng)將數(shù)據(jù)上傳至上級(jí)集團(tuán)公司。（5）分階段、分主次、分重點(diǎn)進(jìn)行分站與電源的更換，優(yōu)先把非重點(diǎn)區(qū)域的分站及傳感器（如避難硐室）進(jìn)行更換，接入新系統(tǒng)。（6）安裝重點(diǎn)采區(qū)的分站和傳感器并接入新系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)的平滑過(guò)渡。

3、煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造關(guān)鍵技術(shù)分析

為了保證對(duì)整個(gè)開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的安全監(jiān)督控制，同時(shí)為了保證開(kāi)采人員自身的人身安全。在現(xiàn)有的安全監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的改造升級(jí)。主要可通過(guò)以下幾種關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)，提高煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的質(zhì)量和效果。

3.1新型數(shù)字傳感技術(shù)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段存在于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題進(jìn)行分析之后可以得出，傳感器在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，其整體穩(wěn)定性很容易受到影響。導(dǎo)致傳感器性能不穩(wěn)定的根本原因之一就是由于傳感技術(shù)比較落后。針對(duì)這一現(xiàn)象，該單位在利用激光甲烷傳感器的時(shí)候，選擇通過(guò)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜技術(shù)與其進(jìn)行有效的配合使用。由于半導(dǎo)體激光器本身的波長(zhǎng)具有可調(diào)諧的特點(diǎn)，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其可以直接通過(guò)對(duì)輸出電流的具體變化情況進(jìn)行有效控制，同時(shí)還可一堆氣體吸收峰附近的情況進(jìn)行掃描分析，這樣可以從中獲取到待檢測(cè)氣體的特征吸收光譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體科學(xué)合理的測(cè)量[3]。激光甲烷傳感器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，并不會(huì)受到氣體任何氣體的影響，所以即使是在一些粉塵比較大、環(huán)境比較潮濕的惡劣條件下，其整體測(cè)量效果也比較良好，同時(shí)還能夠保證測(cè)量數(shù)據(jù)具有真實(shí)性和有效性。傳感器信號(hào)在傳輸過(guò)程中，可以直接通過(guò)RS485、CAN總線對(duì)其進(jìn)行有效的數(shù)字傳輸，除了可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其實(shí)時(shí)有效的數(shù)值檢測(cè)之外，還可以將傳感器的診斷或者是調(diào)校數(shù)據(jù)一并傳輸。傳感器在具體使用過(guò)程中，可以適當(dāng)將其整體防護(hù)等級(jí)進(jìn)行有效提升，一直將其提升到IP65，同時(shí)將其防爆型式提高到ia，這樣能夠最大限度保證滿足工作面對(duì)本質(zhì)安全設(shè)備提出的一系列要求。

3.2多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

多系統(tǒng)數(shù)據(jù)井下融合技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中。

通過(guò)對(duì)圖1中所呈現(xiàn)出的內(nèi)容進(jìn)行分析，分站在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，其主要是通過(guò)ARM處理器的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合，該處理器具有以太網(wǎng)接口，同時(shí)還有RS485、CAN接口，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)大容量的儲(chǔ)存。在針對(duì)各種不同系統(tǒng)的傳感器、執(zhí)行器進(jìn)行處理時(shí)，可以直接通過(guò)RS485、CAN總線實(shí)現(xiàn)與分站相互之間的有效連接，分站在具體操作過(guò)程中，可以根據(jù)其通信鏈路的有效操作，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效控制。同時(shí)，可以直接將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到業(yè)務(wù)單元，各個(gè)業(yè)務(wù)單元可以結(jié)合實(shí)際情況，按照主機(jī)的基本要求，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)工作的科學(xué)合理配置和落實(shí)。與此同時(shí)，通過(guò)主機(jī)各項(xiàng)業(yè)務(wù)相互之間數(shù)據(jù)的有效配置使用，能夠最大限度實(shí)現(xiàn)分站級(jí)數(shù)據(jù)的融合。比如在瓦斯已經(jīng)超過(guò)限定數(shù)值的時(shí)候，可以通過(guò)報(bào)警的方式，對(duì)關(guān)聯(lián)區(qū)域的相關(guān)人員起到良好的警示作用等。分站在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，還可以通過(guò)以太網(wǎng)、RS485等接口的使用，促使各個(gè)業(yè)務(wù)單元數(shù)據(jù)被真實(shí)有效的傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的主機(jī)當(dāng)中。

結(jié)束語(yǔ)

安全監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)升級(jí)改造，能夠滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，并解決了系統(tǒng)存在的老舊頑癥，有效防止了線路接觸不良產(chǎn)生的斷線或電磁干擾造成的“假數(shù)”信號(hào)等問(wèn)題，增強(qiáng)了干擾防護(hù)能力，提高了斷電性能，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。由于各級(jí)監(jiān)管部門(mén)能夠及時(shí)監(jiān)督煤礦監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況，大大提高了設(shè)備的使用率和完好率。此次升級(jí)改造提升了煤礦企業(yè)的智能化水平與安全生產(chǎn)管理水平，對(duì)改善煤礦安全狀況和促進(jìn)煤礦行業(yè)技術(shù)進(jìn)步有著重要的意義，亦是積極貫徹執(zhí)行國(guó)家法律法規(guī)，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)安全發(fā)展的具體表現(xiàn)。

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