寺河煤礦礦井監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)實踐

馮智棟

（晉煤集團寺河煤礦，山西 晉城 048000）

0 引言

在我國對煤礦安全生產(chǎn)要求越來越高的形勢下，通過監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)合理應用，提高了生產(chǎn)水平與管理效率，并在一定程度上促進了這項技術(shù)的應用和發(fā)展。

目前寺河礦區(qū)礦井等監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)已完成5309、5310、W2303、W3308等綜采工作面的設計、安裝工作；4個掘進工作面及固定地點監(jiān)測系統(tǒng)的設計。根據(jù)生產(chǎn)任務完成各掘進頭面、千米鉆場、變電所等監(jiān)測設備的設計、安裝、回收等工作；完成安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)圖及斷電控制圖的繪制及每月更新工作，全年迎檢圖紙繪制及資料整理準備工作；以及各工作面規(guī)程措施的審核工作；監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)升級改造工作面的通用設計標準工作；東、西井區(qū)所有千米鉆機安全監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試、安裝工作；完成了風筒傳感器升級工作，并制定了使用規(guī)范；機載、車載傳感器的報警值、斷電值的下浮工作。

1 遠程生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)特點

信息化技術(shù)快速發(fā)展，以TCP/IP協(xié)議為基礎的IP網(wǎng)正得以廣泛應用。主干網(wǎng)的逐步建成與高速接入系統(tǒng)不斷發(fā)展，推動了以IP技術(shù)為核心的視頻通信實際應用［1］。在煤礦生產(chǎn)的安全監(jiān)控系統(tǒng)中應用現(xiàn)代化監(jiān)控技術(shù)是一種必然的發(fā)展趨勢。該系統(tǒng)主要具有網(wǎng)絡化、可擴展性、可用性與可靠性、互冗余備份等特點。網(wǎng)絡化是指借助網(wǎng)絡，系統(tǒng)能實現(xiàn)圖像信息傳輸與共享；可擴展性是指系統(tǒng)控制部件為集中式結(jié)構(gòu)，并采用嵌入式等先進技術(shù)，能十分靈活且方便的實現(xiàn)擴充，使系統(tǒng)具有良好適應性，減少或避免重復投資；可用性與可靠性是指通過對視頻壓縮方式的應用，能有效降低帶寬與延時，并實現(xiàn)全雙工，在回訪查看時，具有很高的清晰度；互冗余備份是指管理、錄像服務器均能實現(xiàn)相互之間的冗余備份，使系統(tǒng)具有良好的可靠性與穩(wěn)定性，技術(shù)保障充分。

1.2 系統(tǒng)建設內(nèi)容

建立不同部門應急條件下的指揮和調(diào)度系統(tǒng)，當事故發(fā)生時，在第一時間采用短信通知的模式組織相關領導及工作人員開展應急會議，同時把現(xiàn)場的監(jiān)控圖像傳輸至會議室，為決策的制定與應急程序的啟動提供依據(jù)，從根本上減少或避免人員傷亡。建立煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻監(jiān)控會議系統(tǒng)，為相關領導及工作人員的教育培訓實施提供便利，使工作人員形成較高的安全意識，并不斷提高工作能力。組建專業(yè)技術(shù)與管理隊伍，為正確且規(guī)范的操作監(jiān)控系統(tǒng)提供便利，及時發(fā)現(xiàn)和處理各類故障，使系統(tǒng)始終處于正常的運行狀態(tài)。建立嚴格且完善的考核制度，對上述幾個方面實施獎罰，使監(jiān)控系統(tǒng)達到良好運行質(zhì)量，最后，建立一個行之有效的互相促進和聯(lián)防組織［2］。對于單純的視頻監(jiān)控，它只能對視頻圖像進行上傳和管理，在此基礎上還需要和其它系統(tǒng)充分結(jié)合，只有這樣才能使調(diào)度指揮系統(tǒng)真正掌握全方面信息。

2 設備集中監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)主要由主監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視視頻、微機保護系統(tǒng)3部分組成。其中，主監(jiān)控系統(tǒng)還連接有空壓機、通風機與水泵等子監(jiān)控系統(tǒng)，通過和不同子系統(tǒng)之間的通信，對各類設備實際運行進行集中監(jiān)控，對水泵、空壓機與通風機進行參數(shù)檢測，明確設備工作狀態(tài)，識別報警信息，同時還能將各類設備信息都傳輸至調(diào)度中心。下位機不僅可以實現(xiàn)獨立運行，而且還能和上位機之間實現(xiàn)聯(lián)動運行，如果其中1個下位機發(fā)生故障，則不會對其它下位機造成影響；分別對5個水泵、4個空壓機和2個通風機實施報警信息、運行參數(shù)及工作狀態(tài)的實時集中監(jiān)測；而上位機能對具有水泵和空壓機啟閉予以遠程集中控制；對設備運行模擬情況進行動態(tài)且直觀的模擬顯示。在上、下位機間，采用現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸通訊，保證設備快速性及實時性；對空壓機而言，其下位機控制能實現(xiàn)恒壓供風，以運行時間為依據(jù)，對空壓機工作進行自動啟閉；對于歷史數(shù)據(jù)的記錄，可采用很多種不同的查詢方式，比如根據(jù)信息的類型、時間和下位機等進行查詢；可形成歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)的變化曲線，包括液位曲線、溫度曲線與壓力曲線；能使用戶實現(xiàn)安全登錄；在下位機顯示屏上能顯示所有子系統(tǒng)對應的數(shù)據(jù)曲線與模擬圖［3］。

2.2 系統(tǒng)特點

各子系統(tǒng)之間的關系：不同子系統(tǒng)間不會產(chǎn)生干擾，都能使控制具有相對獨立性，不僅能以集中聯(lián)網(wǎng)的形式進行遠程控制，而且還能獨立就地控制。利用IPC和PLC分別實現(xiàn)高程面監(jiān)控及物理層面的實時采樣和控制，這兩者的控制和數(shù)據(jù)處理之間的相互配合，能達到優(yōu)勢互補的效果，使設備監(jiān)控充分體現(xiàn)各自性能［4］。無論是工業(yè)控制部分，還是前置與局部控制，其CPU均具備看門狗定時器使用功能，當主機由于軟件方面的原因發(fā)生死機時，可在無人干預情況下實現(xiàn)自動復位。

操作系統(tǒng)軟件：工控軟件能十分方便地實現(xiàn)軟件開發(fā)。在視頻系統(tǒng)中，其數(shù)碼錄像部分能做到模塊化設計，利用先進可行的軟件及硬件技術(shù)，有效解決由于錄像帶多次使用造成的畫面模糊、費用較高和管理難度高等實際問題，使不同形式的錄像實現(xiàn)聯(lián)動，在錄滿后自動刪除，具有軟件防死機與斷電后來電可實現(xiàn)自動恢復等功能。由于系統(tǒng)網(wǎng)絡性能十分先進，所以能在寬帶網(wǎng)、數(shù)據(jù)專線及電話線實現(xiàn)圖像傳輸。

3 煤礦調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成與原理

該系統(tǒng)主要由分站與傳感器兩部分構(gòu)成，其測點的監(jiān)控內(nèi)容包括風速監(jiān)控、瓦斯監(jiān)控、電流和電壓監(jiān)控、設備啟停監(jiān)控、風門啟閉監(jiān)控、蒸汽壓力監(jiān)控、風壓監(jiān)控、絞車啟停監(jiān)控和位置監(jiān)控。該系統(tǒng)將地面計算機作為控制中心，也就是系統(tǒng)的主機，利用通信接口和分站實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。各分站都通過通信線實現(xiàn)掛接，不同分站間不聯(lián)絡。主機先以分站和傳感器之間的連接端口為依據(jù)，對分站測點予以定義，其內(nèi)容主要包括測點數(shù)量、端子號、順序號、模擬量或開關量。在定義結(jié)束后，在初始化的菜單上對各分站予以初始化［5］。待初始化完成后，由分站將從主機發(fā)出的參數(shù)存至存儲器當中。如果分站由于故障而斷電，則在恢復送電后，分站的單片機可自動提取原參數(shù)實施循環(huán)監(jiān)測，此時無需二次初始化。

3.2 硬件的設計與選型

通信接口：這是和主機之間進行信號通信的重要轉(zhuǎn)換裝置，也是系統(tǒng)重要設備之一。它和主機之間的通信采用的是RS232接口，和分站之間的通信采用的是基帶信號；由于存在光耦隔離電路，所以能對主機和從機進行自動切換；能提供通信指示使用功能，能有效降低通信的誤碼率，光耦元件如圖1所示。通過對自動切換電路合理設計，能使系統(tǒng)運行具有良好的連續(xù)性，同時使主機能實現(xiàn)接口優(yōu)先使用。如果主機由于故障而中斷通信，則從機能在1 s內(nèi)實現(xiàn)自動投入。從機工作過程中，若主機也需要工作，僅需主機向外發(fā)出信號，就能使接口用于主機。此外，因運用了光電耦合器，所以能提高通信過程中的抗干擾能力［6］。

單片機及其自動復位：對于監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，其分站中的單片機不能發(fā)生死機故障，基于此需要采用自動復位功能。振蕩器在正常運行過程中，會以一定間隔持續(xù)輸出正脈沖，提供給復位電路，使單片機完成復位。當單片機發(fā)生死機故障時才會進行正脈沖的輸出，而在正常工作過程中無需復位，這就要求單片機與振蕩器實現(xiàn)互補。對此，通過對清零引腳的合理應用，當單片機正常運行時，向振蕩器持續(xù)輸入清零脈沖，以此使振蕩器始終輸出低電平，只有發(fā)生死機故障時，才會啟動。

圖1 光耦元件

4 智能監(jiān)控終端系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)設計

智能監(jiān)控終端除了可對現(xiàn)場所有物理參數(shù)實時采集，還能對電參數(shù)實時采集，同時從終端開始向監(jiān)控中心不斷傳輸信息，實現(xiàn)從監(jiān)控中心對現(xiàn)場執(zhí)行動態(tài)監(jiān)視的根本目標；當監(jiān)控中心發(fā)出相應的控制指令后，就能實現(xiàn)對設備的控制。

智能監(jiān)控終端的功能包括：四遙，即遙測、遙控、遙信和遙調(diào)；對電能予以實時計量；智能無功補償；數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計；遠程通訊；自診斷；智能測控。通過對智能監(jiān)控終端的合理應用，對生產(chǎn)現(xiàn)場予以實時監(jiān)視，并通過對控制指令的實時發(fā)送，實現(xiàn)對通風機等設備的有效控制［7］。

4.2 工作原理

該智能終端將采樣的基本原理作為主要理論依據(jù)，并引入ARM、DSP和現(xiàn)場總線等先進技術(shù)，對各種參數(shù)進行采集、交換、計算與分析，并實現(xiàn)以下功能：對模擬量進行輸入和輸出；對開關量進行輸入和輸出；用鍵盤等外接設備輸入，并用液晶顯示屏進行實時顯示。

將智能監(jiān)控終端作為核心組成部分的系統(tǒng)及裝置，往往都有著簡單緊湊的結(jié)構(gòu)、便利的維護條件、較高的精度與可靠性、較寬的動態(tài)范圍、良好的溫度特性與極強的抗干擾能力。該監(jiān)控系統(tǒng)除了能對單臺通風機實施動態(tài)監(jiān)控，還能形成大型整體監(jiān)控網(wǎng)絡，對若干通風機設備設施監(jiān)控。除此之外，通過對無線收發(fā)模塊的引入，還能進行無線監(jiān)控，形成既能實現(xiàn)有線通信，又能實現(xiàn)無線通信的實時監(jiān)控網(wǎng)絡。對電動機等設備實際運行狀況實施動態(tài)監(jiān)控是現(xiàn)在很多用戶的基本要求，利用這一智能監(jiān)控終端，能對設備各項參量進行檢測，及時找出設備運行過程中存在的故障，避免故障發(fā)展造成損壞和報廢［8］。

該系統(tǒng)的應用能為動力環(huán)境等的實時監(jiān)控提供有效且完整的技術(shù)解決方案，其主要目的在于對廣泛分布的不同設備及環(huán)境相關參數(shù)實施遙控、遙測與遙信，通過監(jiān)視掌握所有設備及系統(tǒng)所處實際運行狀態(tài)，并對相關數(shù)據(jù)進行記錄與處理，根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，在第一時間找出故障，并將其通知給相關人員進行故障處理，達到提高效益、保證生產(chǎn)安全和減少能耗的根本目標。

5 結(jié)語

綜上所述，在礦區(qū)礦井生產(chǎn)和管理工作中應用監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)，不僅能在一定程度上保證礦井生產(chǎn)正常進行，使相關人員了解井內(nèi)實際情況，而且能有效預防事故的發(fā)生，實現(xiàn)安全生產(chǎn)目標，并對井下的設備和人員進行正確的調(diào)度指揮。