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，可對礦井的復雜工作環(huán)境進行監(jiān)測、報警，有效預防礦井下的煤塵、瓦斯、火災等重要事故[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/電流模擬信號傳輸，隨著井下大型機械設備的增多，在傳輸過程中容易受到電磁干擾產(chǎn)生誤報警；②各系統(tǒng)之間聯(lián)動性差：原有的安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、語音擴播系統(tǒng)等來自于不同的供應商，導致各自的中心站軟件不同，系統(tǒng)之間沒有信息交互，聯(lián)動性差；③設備智能化程度低：設備無法根據(jù)自身工作狀態(tài)的識別及時提醒井上人員進行標校、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)進行技術升級改造。

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，招標采購建設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 方式進行通信，傳感器與監(jiān)控分站采用頻率/開關量模擬信號傳輸方式。表1為中心站設備配置情況，表2為井下設備安裝情況。

表1 中心站設備配置情況

表2 井下設備安裝情況

2 系統(tǒng)技術升級改造方案總體架構

技術升級改造后的系統(tǒng)總體架構方案如圖1 所示。圖中，中心站監(jiān)控主機采用雙機熱備配置，監(jiān)控主備機之間通過網(wǎng)線連接進行“心跳”監(jiān)測，當主監(jiān)控機發(fā)生故障時，備監(jiān)控機自動啟動，切換時間小于30s，監(jiān)測數(shù)據(jù)不丟失；監(jiān)控主機接入局域網(wǎng)，局域網(wǎng)上的終端可通過WEB瀏覽進入實時監(jiān)控畫面進行相關查詢、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通信方式進行連接。

改造后的安全監(jiān)控系統(tǒng)總體架構分為三層：

圖1 系統(tǒng)改造方案總體架構

第一層：由地面監(jiān)控中心站及網(wǎng)絡終端組成。功能為：負責對井下工作設備進行實時控制，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行智能分析處理、在線顯示和存儲等；負責實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的異地網(wǎng)絡通訊和實時共享。

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

第三層：由各類終端設備組成，包括智能型數(shù)字傳感器、斷電控制器等。功能為：傳感器負責對井下的工作環(huán)境進行實時監(jiān)測，同時將監(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警功能；斷電控制器負責執(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 機房設備及軟件升級改造

（1）充分利用機房現(xiàn)有的部分硬件設備，有效避免重復投資，包括：打印機、UPS、電源避雷器及聲光報警器等。為確保升級改造后的系統(tǒng)穩(wěn)定性，將現(xiàn)有的2臺工控機升級為高性能工控機；將現(xiàn)有的2臺服務器升級為高性能服務器作為數(shù)據(jù)采集、存儲端；新增2臺聲光報警器，當系統(tǒng)發(fā)生故障時發(fā)出聲光報警信息。

（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立智能設備采集口的分站，通過RS485 與智能傳感器、識別器通訊，同時分站防護等級達到IP65，滿足5號文抗電磁干擾要求。

3.3 電源箱升級改造

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

3.4 傳感器升級改造

傳感器改造為防護等級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）、150102 工作面（3 臺）、150202軌順（2臺）、150101探巷（2臺）及其他地點共計25臺數(shù)字式低濃度甲烷傳感器。所有采掘工作面及各皮帶機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11臺。

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，結合實際情況，在井下中央2#變電所、膠帶機頭硐室、采區(qū)變電所、監(jiān)控機房各設置1臺千兆環(huán)網(wǎng)交換機，監(jiān)控調(diào)度機房設置2臺環(huán)網(wǎng)匯聚數(shù)據(jù)接口（一用一備），從而實現(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 實際應用效果

安全監(jiān)控系統(tǒng)在經(jīng)過完整的技術升級改造后，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；同時擴展了豐富的數(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)字信號進行數(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、誤控”問題。

5 結論

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)進行了技術升級改造，改造后的系統(tǒng)有效解決了井下硬件設備故障率高、傳感器數(shù)據(jù)傳輸異常等問題；根據(jù)各系統(tǒng)標準數(shù)據(jù)接口格式，通過軟件實現(xiàn)了多個廠家各系統(tǒng)之間的聯(lián)動和數(shù)據(jù)交互；改造后的傳感器采用全智能型接口，具備自識別、自診斷和定期維護、標校提醒等功能，抗干擾能力強，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。