煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造分析

張藝　林壯

摘 要：煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)包括很多設(shè)備，這些設(shè)備中主要是以傳感器為主，而傳感器的性能仍有待提升，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)供電不穩(wěn)、傳輸線路容易受到外部因素影響的情況，技術(shù)水平較低，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)連接接口不規(guī)范等，對(duì)此，技術(shù)人員要提高傳感器的性能，采用新型的數(shù)字傳感與傳輸技術(shù)，優(yōu)化煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：煤礦安全監(jiān)控；傳感器；升級(jí)改造

引言

安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，是保證礦區(qū)深井安全作業(yè)的主要方式，而該系統(tǒng)是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的系統(tǒng)，內(nèi)容復(fù)雜，對(duì)設(shè)備與技術(shù)有很高的要求，但因?yàn)樵O(shè)備自身的不足與技術(shù)水平較低等因素，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，因此，需要對(duì)系統(tǒng)使用的設(shè)備進(jìn)一步升級(jí)，提高技術(shù)水平，保證礦井施工作業(yè)的安全。

1煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能

現(xiàn)在，煤礦安全監(jiān)控分為兩點(diǎn)，一點(diǎn)是人工監(jiān)測(cè)，另一點(diǎn)是自動(dòng)監(jiān)測(cè)。首先，人工監(jiān)測(cè)是指由檢測(cè)人員在特定的時(shí)間與特點(diǎn)的地點(diǎn)，對(duì)礦井中的危險(xiǎn)因素進(jìn)行檢測(cè)，得出檢測(cè)的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示的結(jié)果，加以控制，就像是隨身帶著瓦斯便攜儀，測(cè)定礦井內(nèi)瓦斯的含量。其次，自動(dòng)檢測(cè)是指結(jié)合瓦斯傳感器與通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，先由傳感器檢測(cè)空氣中瓦斯的濃度，并把結(jié)果用傳輸技術(shù)傳送到計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，做出反應(yīng)。

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能包括：對(duì)礦井內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，傳輸并儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行處理，把結(jié)果打印出來，一旦出現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)，會(huì)及時(shí)處理，并采用聲光報(bào)警的方式，控制危險(xiǎn)的發(fā)生，其監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括空氣中甲醛、一氧化碳的濃度，礦井內(nèi)風(fēng)流動(dòng)的速度與壓力，以及溫度變化等。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行包括數(shù)個(gè)設(shè)備，比如主機(jī)、傳感器、控制器等。

2煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用的現(xiàn)狀

2.1傳感器性能不穩(wěn)

礦井下的環(huán)境較為惡劣，濕度較高，會(huì)隨著操作人員的開采產(chǎn)生大量的粉塵，有時(shí)也會(huì)形成腐蝕氣體，破壞傳感器正常的運(yùn)行，導(dǎo)致傳感器內(nèi)部的感應(yīng)元件和其他插件失靈，很難順利檢測(cè)，而傳感器如果受到猛烈的撞擊或震動(dòng)，雖然也可以傳輸數(shù)據(jù)，但傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與實(shí)際檢測(cè)的數(shù)據(jù)存在一定的偏差，失去真實(shí)性。同時(shí)，又因?yàn)榫驴梢曰顒?dòng)的范圍較小，有強(qiáng)烈的電場(chǎng)與磁場(chǎng)，也可能會(huì)讓傳感器失靈，而現(xiàn)在礦井中使用的傳感器并不穩(wěn)定，測(cè)量數(shù)據(jù)常常失真。

2.2傳感器供電不穩(wěn)

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)文件要求，傳感器和分站的距離必須超過2km，但隨著工作的進(jìn)行，兩者的距離已經(jīng)超過6km，增加了線路承擔(dān)的壓力，導(dǎo)致傳感器電力不足，很難正常啟動(dòng)，需要多次復(fù)位。

2.3傳輸線路容易被干擾

傳感器與分站使用的是單向傳輸方式，信號(hào)在200Hz到1000Hz之間，不需要校驗(yàn)，導(dǎo)致線路的抗干擾能力較差，被其他傳輸線路影響。并且，現(xiàn)在很多礦井中傳感器都有抗干擾能力差的特點(diǎn)，而從技術(shù)的角度分析，抗干擾與安全設(shè)計(jì)的要求是互相沖突的，這一點(diǎn)是線路容易受到干擾的主要原因。

安全監(jiān)控系統(tǒng)在井下有數(shù)個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分布很廣，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x很長(zhǎng)，傳感器與分站之間的距離或長(zhǎng)或短，有的是幾十米，有的是幾千米，又因?yàn)榫驴臻g范圍的限制，電纜多以平行敷設(shè)為主，變成一個(gè)耦合的回路。而其他設(shè)備的運(yùn)行，也會(huì)對(duì)其工作造成影響，讓傳輸中斷。

除了傳感器的性能不穩(wěn)，會(huì)受到其他因素影響外，其他設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)同樣的情況，無法順利運(yùn)行。

3煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的升級(jí)優(yōu)化

3.1提高設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性

設(shè)備正式投入使用前，可以預(yù)先對(duì)設(shè)備進(jìn)行抗干擾的測(cè)試，使用數(shù)字傳輸技術(shù)，采用新型的傳感器，提高傳感器的防護(hù)等級(jí)，合理調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸線路的距離，并對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。

3.2完善系統(tǒng)功能

系統(tǒng)的運(yùn)行需要大量的設(shè)備，這些設(shè)備包括傳感設(shè)備、控電設(shè)備等，每個(gè)設(shè)備分屬于不同的小系統(tǒng)，對(duì)此，技術(shù)人員可以優(yōu)化設(shè)備的性能，進(jìn)而完善各系統(tǒng)，比如電力監(jiān)控系統(tǒng)等，提升系統(tǒng)功能。

3.3規(guī)范系統(tǒng)通信連接的接口

系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備只有規(guī)范連接，才能夠讓數(shù)據(jù)有效傳輸。系統(tǒng)中主機(jī)使用的是工業(yè)以太網(wǎng)，也可以采用其他類型的總線，比如RS185、CAN等。而傳感器與分線之間的線路連接，有線連接方式是工業(yè)以太網(wǎng)，無線傳輸包括WIFI等。

3.4提升系統(tǒng)的整體性能

系統(tǒng)每次巡檢的時(shí)間間隔都必須在20s以內(nèi)，不同地點(diǎn)斷電的時(shí)間最長(zhǎng)為40s，如果出現(xiàn)斷電的情況，備用電源可以保證4h小時(shí)電力的正常，但供電兩個(gè)小時(shí)后，必須進(jìn)行更換。對(duì)模擬量的處理結(jié)果雖然有誤差，但這種誤差必須控制在0.5%以內(nèi)，而分站順利供電的范圍最長(zhǎng)不超過6km，如果超出，很難保證供電的安全。

4煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造，對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，通過不同設(shè)備性能的提升，優(yōu)化煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。

4.1整體的設(shè)計(jì)要求

瓦斯傳感器可以精確測(cè)量數(shù)據(jù)，穩(wěn)定性符合國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并使用數(shù)字處理技術(shù)。與傳感器連接的分站內(nèi)，要放置數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，控制檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，并及時(shí)與主機(jī)建立聯(lián)系，接受主機(jī)的遙控指令，控制電力的斷開與恢復(fù)。而傳感器會(huì)把檢測(cè)到的空氣中瓦斯的含量數(shù)據(jù)變成電信號(hào)，借助電力輸出，要求有良好的穩(wěn)定性，根據(jù)礦井下的實(shí)際情況，選擇合適的傳輸距離，保證信號(hào)的有效傳輸。

分站終端會(huì)把接收到的信號(hào)變成信息，并按照與主機(jī)特定的連接方式，把處理后的信息傳給主機(jī)，同時(shí)，它還會(huì)控制執(zhí)行器的運(yùn)行。而執(zhí)行器接收到分站下發(fā)的指令后，就會(huì)做出斷電、復(fù)電的行為。

傳輸接口是主機(jī)與分機(jī)連接的主要方式，實(shí)現(xiàn)信息的交互，接受分站發(fā)出的信息，并傳送給主機(jī)，再把主機(jī)下發(fā)的指令傳給分機(jī)，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

4.2傳感器設(shè)計(jì)

瓦斯傳感器是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分，通常會(huì)安裝在工作區(qū)域、掘進(jìn)的盡頭或是回風(fēng)崗等，檢測(cè)空氣中瓦斯的濃度，如果濃度超過報(bào)警值，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。瓦斯傳感器的內(nèi)部，有載體催化元件，主要放置在探頭內(nèi)，如果空氣中沒有瓦斯，電橋就會(huì)保持穩(wěn)定，不會(huì)向外輸出信號(hào)，但一旦瓦斯進(jìn)入探頭，電橋失衡，形成檢測(cè)信號(hào)，再把信號(hào)放大，傳入芯片，由處理器進(jìn)行處理。信號(hào)經(jīng)過處理后，會(huì)用標(biāo)準(zhǔn)頻率傳給分站，再傳給主機(jī)。而瓦斯的濃度達(dá)到報(bào)警值，傳感器就會(huì)發(fā)出蜂鳴警報(bào)，恢復(fù)后警報(bào)自動(dòng)解除。

4.3分站設(shè)計(jì)

分站是系統(tǒng)中必需的一部分，它會(huì)接收傳感器傳輸?shù)男盘?hào)，并按照原有的復(fù)用方式，在較長(zhǎng)的距離內(nèi)把信號(hào)傳送到接口，并接受接口的復(fù)用信號(hào)。同時(shí)，分站也有簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理能力與顯示功能，把與主機(jī)的通訊結(jié)果或傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)顯示在屏幕上，用曲線的形式呈現(xiàn)出來。

4.4執(zhí)行器設(shè)置

動(dòng)作執(zhí)行器主要接收的是分站命令，與控電設(shè)備連接，進(jìn)行斷電或復(fù)電。因?yàn)榉终居袛?shù)個(gè)開出口，數(shù)量在8到16個(gè)之間，但每個(gè)控制電源的設(shè)備距離不同，如果控電設(shè)備距離較遠(yuǎn)，再加上電平的不穩(wěn)，可能會(huì)導(dǎo)致控電設(shè)備無法正常使用。因此，要求設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出遠(yuǎn)動(dòng)執(zhí)行器，它接收到信號(hào)后，會(huì)把信號(hào)放大，帶動(dòng)繼電器工作，另外，也要及時(shí)收集執(zhí)行器的使用情況，從而保證執(zhí)行器的正常使用。

4.5傳輸接口設(shè)計(jì)

主機(jī)下發(fā)的信號(hào)會(huì)先進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，把輸出的RS232信號(hào)變成TTL信號(hào)，并用光電把元件隔離開，讓主機(jī)與分站使用的電力不會(huì)互相影響，減少電力之間的干擾，指示燈會(huì)顯示信號(hào)的傳輸過程。這些傳輸過程結(jié)束后，再次進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換，讓信號(hào)變成485信號(hào)制，由分站接收。

5結(jié)語

綜上所述，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造，可以通過使用設(shè)備的優(yōu)化升級(jí)實(shí)現(xiàn)，即按照整體的設(shè)計(jì)要求，優(yōu)化主機(jī)、傳感器、分部終端、處理器與傳輸接口的設(shè)計(jì)，比如傳感器性能與供電不穩(wěn)，傳輸線路容易被干擾等，通過實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升級(jí)優(yōu)化，確保傳感器檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)，讓信號(hào)有效傳輸。這不僅可以提高設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性，同時(shí)也可以完善系統(tǒng)功能，提升系統(tǒng)的整體性能，改善系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)狀，從而減少礦井安全事故。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曉鵬. 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造以及在煤礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 今日科苑，2012（12）：86.

[2]胡少梅，曹偉杰. 大型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造[J]. 工礦自動(dòng)化，2014（09）：87-90.

[3]. 國(guó)家煤礦安監(jiān)局：對(duì)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)改造[J]. 中國(guó)安防，2015（24）：15.

[4]樊曉明. 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)隱患治理及系統(tǒng)升級(jí)改造探討[J]. 山東煤炭科技，2016（10）：56-58.

[5]李偉忠. 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 河北工業(yè)科技，2014（05）：403-405.

[6]張靈仙. 煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)與改造[J]. 礦業(yè)安全與環(huán)保，2013（01）：81-82.