煤礦安全監控系統升級改造及平臺融合技術的應用分析

侯占利 河南正龍煤業有限公司城郊煤礦

國內保障煤礦安全的根本目標之一就是要推動煤礦安全監測與預警監督管理與信息資源共享等各種途徑相互結合，以提升煤礦安全監測與預警水平、煤礦安全監測與煤礦安全監督管理中的信息。可見，多個系統集成技術是實現煤礦安全監測管理系統的升級和改造中必不可少的基礎性工程。針對這些問題需求，本文將綜合分析當前在煤礦安全監控、設備使用、生產和調度等領域的相關研究成果，提出一套基于煤礦安全監控的多系統集成平臺設計。

一、存在的問題

（一）傳感器性能不穩定

惡劣的井下工作環境、高低溫濕度和大量灰塵，甚至特別是一些具有強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、連接器等部件產生強烈氧化化學反應，導致這些傳感器電路接觸不好和電路運行不可靠。當測量傳感器持續暴露于大雨水、振動和劇烈外力沖擊中，所需要輸入的測量數據就可能會自動產生巨大失真。由于井室空間狹窄，強烈的電磁干擾源復雜，部分電磁傳感器很容易發生報錯或者沒有正常運行工作。目前國內市面上廣泛使用的環境空氣傳感器很多技術落后，甲烷、一氧化碳等各種重要環境參數的空氣傳感器容易產生誤差，但是主要采用化學催化和分子電化學兩種關鍵技術，壽命短，工作量和穩定性低[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行單向信號校驗進行傳輸的一種通信方式，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，而又彼此無法準確區別。目前，大多數安全監測系統的傳感器和變電站抗干擾設計尚未得到充分考慮，在接口保護、連線方式等各個環節也沒有對抗干擾進行設計及嚴格的測試。在技術上，抗干擾的設計與其本質安全的設計不一致，這也是當前傳輸線易受到干擾的內在原因。

（三）技能水平參差不齊

現有廠商安全監測系統內部的數據傳輸設備的物理接口協議不規范，系統之間的通信協議也不相互兼容，可操作性也不符合基本安全認證標準要求，系統不同廠商的數據傳輸設備質量較低。該系統的設計中可能會出現一些漏洞，比如可以調整模擬比例的系數，導致顯示器主機的顯示值小于實際。

安全監測系統井下裝置中安全電路部分沒有按標準要求對其進行完全防爆性評估和認證，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，關閉了掉電自動控制系統的功能，導致系統安全和防護功能的喪失，嚴重影響了煤礦安全。

二、系統集成內容

煤礦安全監測多系統集成管理的主要目標之一就是通過各種信息技術手段進行多網絡、各個系統的集成，將人員調配、電力監測、設備監測等信息技術集成到煤礦安全監測系統中，實現了多個系統集成和信息一體化管理。實現“信息孤島”，安防監測管理系統與工業電視、應急廣播、人員調配等各種監測系統進行對接，解決了礦井各類安全監測和監控管理系統問題。因此，地下多網、多系統集成、地上多系統數據集成、安全監測管理系統和GIS 集成、多系統集成的綜合信息分析、應急救援聯動等均是多個系統集成的主要內容。

通過研究開發支持地下一體化的數據傳送協議、多種信息傳送接口的新型高速綜合變電站，實現地下系統地信息一體化，實現了安全監控、人員配置、電力監控、裝置和監控等整個系統中所有信息的統一和傳輸。資源的共享、集成，實現了各個系統之間的數據渠道[2]。

通過多數據的方式，實現了礦山安全生產監控管理系統的大規模數據整合與資源共享，將安全生產的相關數據保存并匯總到實時的數據庫和關聯性數據庫中，構建了一個多系統的集成平臺。該數據可以直接在操作臺上或者是可視化的應用軟件上進行實時顯示，對煤礦的安全運行狀況實現了自動化的監測。通過搭建全礦一體化安全生產的綜合性數據庫，可以完成對全礦安全生產的歷史信息查詢和分析，同時還搭建了基礎的數據服務平臺和訪問接口。

三、升級計劃

（一）升級原理

制定升級計劃，結合現象，根據升級計劃制定計劃。目前的安全監測系統在不影響監測、傳輸和安全生產的基礎上，對監測點、工作面和礦區進行一一監測。按照國家的新標準，新系統的安全監控裝置與現有的系統設備進行了并行和配置。新的系統設施在正常運行工作且經過上級部門的驗收合格后，將拆除老的系統設施[3]。

（二）升級計劃

重新升級了地面電站中心機和客運服務器。改進了系統核心站的硬件設備配置，提高了系統的數據處理和運行速度，減少了系統滯后和不穩定的問題。重新升級了中心站管理系統軟件。軟件的升級主要就是在繼續使用現有軟件的基礎上對其原有的功能進行升級，保留其原有的功能，增加了新的系統層告警功能、邏輯告警功能、標準校正和網絡監測的告警功能、數據加密和通知的告警功能及系統集成后所需要的數據。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被數字信號傳輸變電站和數字信號傳輸傳感器取代。接入到監控變電站100m 光照射信號，系統經千兆環網進行傳輸，上傳到監控中心[4]。

四、平臺實施方案

（一）平臺整體架構

平臺主要由數據采集、信息中心、數據呈現和分析、系統鏈接等功能模塊組成。數據采集模塊主要是通過opc、wcf、文本檔案等方法來實現對安全監視器系統、人員定位器系統、用戶電力監視器系統等各種設備的監視器系統實時數據采集[5]。數據展示和分析模塊主要是實現對于各種情況下的實時數據、實時圖表、歷史曲線、報警數據、進行綜合分析所得到的結果展示和查詢。系統連鎖模塊主要是實現數據顯示式連鎖和緊急連鎖，當系統中一旦出現故障或預警響起，自動彈出地區參數、裝置狀態以及工業電視錄像。

（二）數據采集與綜合分析

煤礦安全監測多系統集成平臺的數據采集系統是利用傳統的綜合和自動化工業監測系統進行數據集成的解決方案，使用opc、文本檔案、wcf 等多種方式訪問，通過測量點來定義和更新系統的測量點。每個融合子系統都要提供一個測量點定義的文件，通過測量點定義分析程序對該文件進行分析并更新一個數據采集服務。進行實時的數據更新需要一個融合型子系統，根據不同的數據傳遞模式，提供合適的文檔或者伺服器接口。數據處理過程由主機負責進行數據的處理，其中包括實時數據、錯誤信息、報警和一般信息的處理。數據倉儲程序主要是負責把所有的歷史資料都存放在一個數據庫里。

基于多系統大數據融合分析實現，環境預測－預建模、地區環評－模型等大數據整理分析的綜合模型。該環境監控平臺的設計研究主要是通過使用環境監控數據、人員地理位置信息、設備正常運行情況等數據，對特定地段和礦山的安全情況進行了綜合評估，實施局部環境評估模型，使用或者在礦山中使用不同顏色。會聽到一個指示該地區安全或不安全的音響，可以防止事故的發生。

（三）GIS 的集成

煤礦安全監測管理系統與GIS 的完美融合，使得該系統能夠在設備管理、信息顯示、數據鏈接等各個方面為用戶提供了一體化的空間位置坐標，提高了安全監測的效率和實時性，為監控打開更多應用和控制[6]。

圖形編輯模塊負責組織一個圖形和創建一個圖形文檔。支持直接導入cad 格式的電子礦地勘探圖。導入后，各種圖形都可以按照分層方式進行顯示，避免了丟失的關鍵圖形和對象，傳感器和風扇等不同的動態圖像。它們可以被配置到地圖、皮帶機等上，可以捆綁到相關的業務系統中。圖形驅動模塊根據業務系統產品需求生成檢測點對象的定義文檔，并為用戶提供了一個實時數據和歷史資料的接口，以便于圖形顯示模塊的調用。

（四）系統互通模塊

融合子系統的互通模塊是由數據顯示互通功能及互鎖式通信組件，與各種融合子系統及技術人員的定位、應急廣播、供電情況監控和其他系統制定了互鎖協議。

當操作現場中的設備出現操作失誤時，安全監測系統可以直接與工業電視系統相互連接，自動彈出一個相應的工業電視屏幕，直觀地實現了監控現場錯誤狀態。它與電力運輸的監控系統相連。如果安全監控系統檢測出基層的礦井可能存在嚴重的安全隱患，特定的區域可能需要停電，則向安全監控系統發出一個桌面信息框，督促相應的電力監控系統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屏幕上的停電信號可能會受到影響。

（五）平臺特點

使用統一標準化的數據接口從各種系統采集和處理數據，保證了采集和處理數據的精度和準確性。但是當被監控的數據發生了變化，例如增加或者是減少，就會自動地反映在該平臺上。具備實時的數據展現和顯示。該平臺用戶可以按照其所連接的系統類型來準確地對其進行歸集、分類、過濾和顯示。

多個被測量點的歷史曲線都可以在一個坐標系中進行顯示，并且我們也可以根據這個坐標來自己確定曲線的橫縱方向。歷史資料查詢和分析的功能，可以查詢到該系統的測點資料、故障報警記錄、裝置運行狀態統計和有關圖表。

可以完成所有的與系統配置相關的任務和重大的任務的日志。圖形功能。用戶可以直接通過GIS 的圖形顯示系統直接以 web 的方式在屏幕上顯示系統的各種實時動態數據和設備狀況數據，鼠標右鍵即可快速地查看所有指定設備的啟動和停止統計以及設備故障的檢測。

一般的情況下，可以通過圖形顯示區、裝置參數和工業電視連接器的功能，實現燃氣超限、停電等各種緊急狀態下的安全監測系統以及應急廣播、通訊、人力等。緊急接駁機需要馬上疏散。用戶可以直接通過移動設備來實時查看該平臺上的實時信息、報警數據、出錯率和歷史曲線。每個工作區域的狀態都是實時地顯示在一個圖形上，當一個工作區域發生了異常或者有危險的狀態，再次點擊該工作區域，會自動彈出一些影響整個工作區域安全的因素。

五、結束語

經過十多年的全面推廣應用，安防監控系統實現了從智能化到智能化，從單系統數據傳輸存儲到多系統集成，從數據上報到多媒體發展的跨越式發展。對電視監控視頻進行處理，集聲學、視頻、參數監控于一體，形成高穩定性、高可靠性、功能多樣、預測主動控制先進、信息融合協調的新型監控系統。