煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)升級改造方案實(shí)施與應(yīng)用

李光輝

（山西壽陽潞陽瑞龍煤業(yè)有限公司，山西晉中045400）

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在礦井煤礦開采過程中發(fā)揮著非常重要的作用，可對礦井的復(fù)雜工作環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測、報(bào)警，有效預(yù)防礦井下的煤塵、瓦斯、火災(zāi)等重要事故[1]，國家各級政府部門要求所有瓦斯礦井必須裝備安全監(jiān)控系統(tǒng)。然而，原有安全監(jiān)控系統(tǒng)在使用過程中存在一些缺陷，影響了系統(tǒng)的使用效果，例如：①傳輸模式缺陷：原有安全監(jiān)控系統(tǒng)傳感器采用頻率/電流模擬信號(hào)傳輸，隨著井下大型機(jī)械設(shè)備的增多，在傳輸過程中容易受到電磁干擾產(chǎn)生誤報(bào)警；②各系統(tǒng)之間聯(lián)動(dòng)性差：原有的安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、語音擴(kuò)播系統(tǒng)等來自于不同的供應(yīng)商，導(dǎo)致各自的中心站軟件不同，系統(tǒng)之間沒有信息交互，聯(lián)動(dòng)性差；③設(shè)備智能化程度低：設(shè)備無法根據(jù)自身工作狀態(tài)的識(shí)別及時(shí)提醒井上人員進(jìn)行標(biāo)校、維修、更換等操作[2]。綜上分析可看出非常有必要對煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級改造。

1 瑞龍煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

該公司于2010 年4 月按照《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029-2007）要求，招標(biāo)采購建設(shè)重慶梅安森科技股份有限公司的KJ73N型煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。主干網(wǎng)采用總線傳輸方式，監(jiān)控分站與中心站通過RS485 方式進(jìn)行通信，傳感器與監(jiān)控分站采用頻率/開關(guān)量模擬信號(hào)傳輸方式。表1為中心站設(shè)備配置情況，表2為井下設(shè)備安裝情況。

表1 中心站設(shè)備配置情況

表2 井下設(shè)備安裝情況

2 系統(tǒng)技術(shù)升級改造方案總體架構(gòu)

技術(shù)升級改造后的系統(tǒng)總體架構(gòu)方案如圖1 所示。圖中，中心站監(jiān)控主機(jī)采用雙機(jī)熱備配置，監(jiān)控主備機(jī)之間通過網(wǎng)線連接進(jìn)行“心跳”監(jiān)測，當(dāng)主監(jiān)控機(jī)發(fā)生故障時(shí)，備監(jiān)控機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，切換時(shí)間小于30s，監(jiān)測數(shù)據(jù)不丟失；監(jiān)控主機(jī)接入局域網(wǎng)，局域網(wǎng)上的終端可通過WEB瀏覽進(jìn)入實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面進(jìn)行相關(guān)查詢、打印圖表等操作；主干網(wǎng)通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)控分站與中心站可通過以太網(wǎng)或RS485 方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；升級后的智能傳感器、斷電執(zhí)行器與監(jiān)控分站之間通過RS485通信方式進(jìn)行連接。

改造后的安全監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)分為三層：

圖1 系統(tǒng)改造方案總體架構(gòu)

第一層：由地面監(jiān)控中心站及網(wǎng)絡(luò)終端組成。功能為：負(fù)責(zé)對井下工作設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理、在線顯示和存儲(chǔ)等；負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的異地網(wǎng)絡(luò)通訊和實(shí)時(shí)共享。

第二層：由各個(gè)井下監(jiān)控分站組成。功能為：為智能傳感器進(jìn)行集中供電；與地面中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；對傳感器上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及分類顯示；對斷電控制器進(jìn)行控制。

第三層：由各類終端設(shè)備組成，包括智能型數(shù)字傳感器、斷電控制器等。功能為：傳感器負(fù)責(zé)對井下的工作環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)將監(jiān)測數(shù)據(jù)向上傳輸給監(jiān)控分站，此外還具備就地顯示及超限報(bào)警功能；斷電控制器負(fù)責(zé)執(zhí)行監(jiān)控分站的斷電指令。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)具體改造內(nèi)容

3.1 機(jī)房設(shè)備及軟件升級改造

（1）充分利用機(jī)房現(xiàn)有的部分硬件設(shè)備，有效避免重復(fù)投資，包括：打印機(jī)、UPS、電源避雷器及聲光報(bào)警器等。為確保升級改造后的系統(tǒng)穩(wěn)定性，將現(xiàn)有的2臺(tái)工控機(jī)升級為高性能工控機(jī)；將現(xiàn)有的2臺(tái)服務(wù)器升級為高性能服務(wù)器作為數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)端；新增2臺(tái)聲光報(bào)警器，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信息。

（2）將中心站軟件升級，增加多系統(tǒng)融合軟件1套；采用開源數(shù)據(jù)庫二次開發(fā)，不再單獨(dú)配置數(shù)據(jù)庫軟件。

3.2 分站升級改造

將分站全部升級為具有獨(dú)立智能設(shè)備采集口的分站，通過RS485 與智能傳感器、識(shí)別器通訊，同時(shí)分站防護(hù)等級達(dá)到IP65，滿足5號(hào)文抗電磁干擾要求。

3.3 電源箱升級改造

電源箱全部進(jìn)行更換，按照分站數(shù)量1∶1 進(jìn)行配置，同時(shí)備用10套電池以備后期更換，改造后的電源箱實(shí)際供電時(shí)間不低于4h。

3.4 傳感器升級改造

傳感器改造為防護(hù)等級IP65的傳感器。礦井上下所有甲烷傳感器優(yōu)先采用數(shù)字式低濃度甲烷傳感器，包括150107 工作面（4 臺(tái)）、150102 工作面（3 臺(tái)）、150202軌順（2臺(tái)）、150101探巷（2臺(tái)）及其他地點(diǎn)共計(jì)25臺(tái)數(shù)字式低濃度甲烷傳感器。所有采掘工作面及各皮帶機(jī)頭也都安裝了不同類型的數(shù)字傳感器，具體類型如表3所示。

以上傳感器按照《煤礦安全規(guī)程》要求額外配置不低于20%的備用量，甲烷不低于180%備用量，CO傳感器200%備用。

表3 采掘工作面及各皮帶機(jī)頭傳感器安裝情況

3.5 饋電斷電器升級改造

將饋電斷電器升級為具有數(shù)字化傳輸、滿足抗電磁干擾要求的智能饋電斷電器，共計(jì)11臺(tái)。

3.6 傳輸方式升級改造

目前瑞龍礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采用電纜總線傳輸，結(jié)合實(shí)際情況，在井下中央2#變電所、膠帶機(jī)頭硐室、采區(qū)變電所、監(jiān)控機(jī)房各設(shè)置1臺(tái)千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，監(jiān)控調(diào)度機(jī)房設(shè)置2臺(tái)環(huán)網(wǎng)匯聚數(shù)據(jù)接口（一用一備），從而實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)要求。表4所示為傳輸方式改造的具體內(nèi)容安排。

表4 傳輸方式改造的具體內(nèi)容安排

4 實(shí)際應(yīng)用效果

安全監(jiān)控系統(tǒng)在經(jīng)過完整的技術(shù)升級改造后，取得了較好的升級改造效果：

（1）改造后的系統(tǒng)以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+RS485 通信方式作為信息傳輸?shù)闹黧w骨架，提高了系統(tǒng)的數(shù)字化水平和抗干擾能力；同時(shí)擴(kuò)展了豐富的數(shù)據(jù)接口，增加了多系統(tǒng)融合軟件，為多系統(tǒng)接入與數(shù)據(jù)融合提供了支持，提高了多系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)性。

（2）監(jiān)控分站與傳感器、斷電控制器之間皆采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力，解決了“誤報(bào)、誤控”問題。

5 結(jié)論

本文針對原有瑞龍煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷與不足，對系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)升級改造，改造后的系統(tǒng)有效解決了井下硬件設(shè)備故障率高、傳感器數(shù)據(jù)傳輸異常等問題；根據(jù)各系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口格式，通過軟件實(shí)現(xiàn)了多個(gè)廠家各系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)和數(shù)據(jù)交互；改造后的傳感器采用全智能型接口，具備自識(shí)別、自診斷和定期維護(hù)、標(biāo)校提醒等功能，抗干擾能力強(qiáng)，提高了煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)管理水平和煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平。