礦井安全監控系統抗干擾實施要點探討

陳佩佩

摘要：針對目前煤礦安全監控系統在使用現場抗干擾能力差，易出現誤報警，短時故障等問題，本文介紹了改進后的監控系統所采用的抗干擾技術，包括實現安全監控系統的全數字化傳輸技術，電磁抗干擾等技術，現場應用表明，采用的這些技術能夠有有效地消除現場干擾信號對監控系統的影響，確保監控系統的可靠運行。

關鍵詞：安全監控系統;抗干擾;數字化;電磁抗干擾;實施

中圖分類號：TP319? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）20-0011-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

煤礦安全監控系統為預防和減少煤礦各類事故發揮了重要的監測、報警作用，可以有效地減少煤礦井下事故的發生[1]。但是井下環境復雜，存在很多不確定的干擾因素，特別是近年來大型電氣設備廣泛應用于煤礦井下，直接影響了監控系統的可靠性及穩定性，有必要采取有效的措施，避免系統受到干擾。2017年國家煤礦安監局印發《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》[2]，要求對大型煤礦在用安全監控系統進行升級改造，提高監控系統的抗干擾能力，保障監控系統的穩定可靠運行，因此提高監控系統的抗干擾能力相關實施要點探討是很有必要的。

1 礦井安全監控系統使用現狀

目前安全監控系統大部分廠家在設計時，所開發的系統及其設備僅能完成正常的功能，大多沒有考慮抗干擾設計[3]，煤礦井下安全監控系統用的傳感器通常采用長距離供電，其線路易受耦合、感應等干擾，加之目前煤礦井下安全監控系統用的傳感器自身EMC（電磁兼容性）抗干擾性能較差，受干擾嚴重時會產生自動重啟現象，不能穩定工作，其重要的原因是國家安標要求應用于煤礦井下的設備必須要取得安標證，相關產品要通過性能試驗和防爆試驗，安全監控系統及其組成設備中本質安全電路對電容、電感容量有限制，對于提高抗干擾能力則需要使用大電容和大電感，如果增加電解電容等儲能元件會作為被試電路引入火花試驗臺，點燃爆炸性混合物，無法通過相關試驗，這就導致井下設備不能加一定的抗干擾處理元器件，不具有很好的抗干擾能力，從而嚴重影響煤礦井下安全監控系統整體的抗干擾性能和工作穩定性。因此要保證安全監控系統的穩定性，首先要解決傳感器的抗干擾問題以保障井下的生產安全。

2 礦井安全監控系統主要抗干擾實施要點

為了提高傳感器的抗干擾能力，對傳感器的電源模塊進行改進，電源模塊由軟啟動電路、抗干擾電路和二路電源輸出電路組件組成，其原理框圖如圖1所示。

軟啟動電路可以有效地減少設備啟動時對系統的沖擊電流，保證傳感器工作的穩定性，通過在軟啟動電路后設置由電解電容和電容組成的抗干擾電路，使用電解電容可濾除大量的高頻干擾，同時電解電容作為儲能元件，在傳感器重啟的瞬間通過放電提供電能可有效防止設備重啟;從而能夠有效提高傳感器抗電磁干擾能力，解決傳感器受干擾時易發生重啟的問題;進而提高了礦井安全監控系統整體抗電磁干擾能力和工作穩定性。同時，電源模塊采用環氧樹脂整體澆封形式安裝于傳感器設備中，能夠滿足相關的強制安全標準，適于煤礦井下使用。

煤礦井下監控系統所使用的電氣設備都要依靠本質安全型（簡稱本安）電源來供電，本安電源是煤礦監控系統中不可缺少的部分，其質量與可靠性直接影響后級負載設備的穩定性、可靠性與準確性，甚至關系到整個礦井的安全生產[4-5]，因此提高監控系統的抗干擾能力，也要提高電源的抗干擾能力。礦用電源采用寬范圍開關電源交流電壓輸入，自動適應煤礦井下的電壓，開關電源輸入和輸出可以通過不小于AC 3500V耐壓試驗，可以有效阻止浪涌電壓和尖峰脈沖的通過，在電路中設計雙重過流、過壓保護電路，采用電源短時自供電技術，采用電池、電容等蓄能原件，采取防爆措施，可有效提高本安電源的抗浪涌干擾能力。

安全監控系統在設計時采用成熟的數字信號處理技術及集成度高的電子芯片，并加入與系統相匹配的高通濾波器或低通濾波器等去耦濾波技術可有效地防止干擾信號傳入系統中，系統組成設備在設計時通過Y電容隔離接地，對地釋放干擾信號，增強抗干擾能力。安全監控系統不同的信號應按傳輸信號種類由不同的電纜傳輸，盡量使用屏蔽線纜，嚴禁用同一電纜同時傳輸動力電源和信號，盡量避免信號線纜與動力電纜平行敷設，對于井下條件有限無法分開的場所必須保證有一定的距離，以避免電磁干擾。

安全監控系統在實際應用中應盡量減少信號的傳輸距離，一方面可以保證供電電源的穩定性，另一方面可以減少信號傳輸過程中受到的干擾。對于長距離傳輸的信號線纜盡量使用屏蔽線纜，并在線纜中增加磁環，以減少諧波對信號的影響。安全監控系統及其設備間傳感、傳輸、處理、控制等實現全數字化，提升傳輸、梳理、供電和執行的可靠性和穩定性。

完善的接地系統也能提高監控系統的抗干擾能力，井下設備接地可以對地釋放干擾信號，能有效地抑制干擾信號對系統的影響，對于系統井下設備一定要安裝煤礦安全規程等規定做好良好可靠接地，接地極不能與動力電的接地極相連，避免相互干擾，影響系統的穩定性。

軟件上也可以采用一些措施提高監控系統的抗干擾能力，如通過軟件方法抑制信號通道干擾。在軟件設計時采用校驗算法驗證程序在運行中的誤差、軟件冗余循環檢測符合要求的監測結果，通過軟件能檢測出系統程序的盲目運行或死循環，軟件能自動引到系統恢復到正常狀態。

3 總結與展望

本文介紹了煤礦監控系統所采用的抗干擾技術，該技術已經應用于煤礦安全監控系統中，經現場應用驗證，系統運行穩定、可靠、抗干擾能力強。由于煤礦井下環境惡劣存在各種不可預知的干擾信號，完全解決系統抗干擾問題是一個非常復雜的問題，在進行系統抗干擾設計時應考慮各方面的因素，合理抑制干擾，保證系統的可靠運行，為煤礦安全生產提供重要保障。

參考文獻：

[1] 孫繼平.AQ 1029-2017《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》（報批稿）[J].工礦自動化，2017，43（6）：87-94.

[2] 國家安全生產監督管理總局.國家煤礦安監局關于印發《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》的通知[EB/OL].（2017-01-03）[2017-09-20].http：//www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_6289/2017/0103/281591/content_281591.htm.

[3] 張加易.礦用監控分站抗電磁干擾技術實現方法[J].工礦自動化，2015，41（7）：104-106.

[4] 徐磊，周孟然，趙祥.煤礦使用本安電源設計[J].煤礦機械，2012（3）：33-03：144-146.

[5] 周亞夫，許辰雨.礦用本安電源保護電路的優化設計[J].中國煤炭，2015，41（1）：70-72.

【通聯編輯：朱寶貴】