淺談尾礦庫自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

趙炯亮

（中冶北方（大連）工程技術(shù)有限公司，遼寧省 大連市 116622）

依據(jù)GB51108-2015 工程技術(shù)規(guī)范，尾礦庫安全監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)尾礦壩筑壩方式分成濕排尾礦庫和干式堆存尾礦庫，設(shè)計(jì)等別均為一至五等，其中，一等至三等庫應(yīng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化安全監(jiān)測項(xiàng)目系統(tǒng)。

尾礦庫自動(dòng)化在線監(jiān)測對象主要為尾礦壩、庫區(qū)及排洪設(shè)施，其系統(tǒng)是對監(jiān)測項(xiàng)目內(nèi)的各個(gè)檢測設(shè)備（表面及內(nèi)部位移、浸潤線、干灘、庫水位、降雨量、視頻監(jiān)控等）對尾礦庫重要運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，經(jīng)由通訊接口，將數(shù)據(jù)通過光纖、無線網(wǎng)橋等方式傳送至數(shù)據(jù)中心，經(jīng)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器數(shù)據(jù)處理，將之轉(zhuǎn)化為直觀的圖像或預(yù)警信息，方便第一時(shí)間對數(shù)據(jù)的異常得到警示，保障尾礦庫安全運(yùn)行。

1 監(jiān)測儀器主要技術(shù)指標(biāo)

考慮平臺(tái)的整體融合度和監(jiān)測系統(tǒng)的完整性，選定監(jiān)測儀器設(shè)備及技術(shù)指標(biāo)如表1。

2 主要自動(dòng)化在線監(jiān)測項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集及通訊方案

在尾礦庫庫內(nèi)利用布置的監(jiān)測儀表及傳感器進(jìn)行工程測量、數(shù)據(jù)采集，通過網(wǎng)絡(luò)通訊及計(jì)算機(jī)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)測、監(jiān)控、分析及預(yù)警。

尾礦庫自動(dòng)化在線監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)契合的要求如下：

（1）應(yīng)兼容模擬量信號(hào)及數(shù)字量信號(hào)的監(jiān)測儀器儀表；

（2）平均無故障時(shí)間不應(yīng)小于180 天；

（3）數(shù)據(jù)采集缺失率不應(yīng)大于2%；

（4）瞬態(tài)電位差應(yīng)小于1000 W；

（5）防雷電感應(yīng)不應(yīng)小于500W；

（6）現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備失電運(yùn)行時(shí)間不應(yīng)小于72h；

（7）單點(diǎn)采集時(shí)間應(yīng)小于30s；

（8）巡測時(shí)間不應(yīng)大于30min；

（9）工作環(huán)境應(yīng)適用當(dāng)?shù)貧夂颍?/p>

（10）交流供電電源應(yīng)為220V±20V、50HZ±1HZ 或直流供電電源5 ～24V；

（11）數(shù)據(jù)中心接地電阻不應(yīng)大于4 歐姆，庫區(qū)監(jiān)測設(shè)備接地電阻不應(yīng)大于10 歐姆。

表1 監(jiān)測儀器主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 表面位移監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

采用GNSS 技術(shù)對表面位移監(jiān)測進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)化在線監(jiān)測，應(yīng)用COM 口數(shù)據(jù)輸出，經(jīng)過串口轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS485 信號(hào)，通RS485 專用數(shù)據(jù)通訊線纜 、無線組網(wǎng)方式等方式將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心，再通過光纖傳送至監(jiān)控中心。

2.2 內(nèi)部位移監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

內(nèi)部位移監(jiān)測分為內(nèi)部水平位移與內(nèi)部豎向位移監(jiān)測，分別采用固定測斜儀和電磁沉降儀對壩體內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)化在線監(jiān)測，每個(gè)測量點(diǎn)通過RVSP—4 X 0.75、銅編織屏蔽+鋁箔屏蔽、2 股雙絞線連接和采集儀相連來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。采集儀輸出為RS485，通過RS485 專用數(shù)據(jù)通訊線纜將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心，再通過光纖傳送至監(jiān)控中心。

2.3 外坡比監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

外坡比監(jiān)測是利用表面位移監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置壩體堆積壩外坡比，其數(shù)據(jù)通訊為表面位移監(jiān)測通訊方式。

2.4 浸潤線監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

采用VWP 型振弦式滲壓計(jì)，進(jìn)行自動(dòng)化在線監(jiān)測。滲壓計(jì)傳感器使用RVVP4×0.35+1×0.35 水工通訊線纜連接至數(shù)據(jù)采集儀，采集儀輸出為RS485，通過RS485 專用數(shù)據(jù)通訊線纜傳送至數(shù)據(jù)中心，再通過光纖傳送至監(jiān)控中心。

2.5 干灘監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

利用超聲波物位計(jì)，在設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)立桿進(jìn)行自動(dòng)化在線監(jiān)測。超聲波物位計(jì)輸出的是GPRS 信號(hào)，經(jīng)串口網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為TCP/IP 信號(hào)，再由無線網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。

2.6 庫水位監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

利用超聲波或雷達(dá)的液位檢測儀表對庫水位進(jìn)行自動(dòng)化在線監(jiān)測。超聲波液位計(jì)輸出為RS485 信號(hào)，經(jīng)串口網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為TCP/IP 信號(hào)，再由無線網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，再通過光纖傳送至監(jiān)控中心。

2.7 視頻監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

視頻監(jiān)測采用高清紅外網(wǎng)絡(luò)球機(jī)，攝像機(jī)支持TCP/IP經(jīng)光纖把視頻信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心大屏幕。攝像機(jī)主要參數(shù)應(yīng)滿足下列要求：

（1）200 萬像素；

（2）紅外夜視距離：100m；

（3）20 倍光學(xué)變倍，16 倍數(shù)字變倍；

（4）防雷、防浪涌、防突波，IP66 防護(hù)等級(jí)；

（5）支持以太網(wǎng)控制；

（6）水平方向360 度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直方向負(fù)15 度、負(fù)90 度，無監(jiān)視盲區(qū)；

（7）供電：220 伏交流電源。

2.8 降雨量監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

利用翻斗式雨量計(jì)對降雨量進(jìn)行在線監(jiān)測，雨量計(jì)布置在值班室的房頂。頂部設(shè)置避雷針，并設(shè)置相應(yīng)接地極方式防護(hù)直擊雷，信號(hào)傳輸設(shè)備加裝信號(hào)隔離器防止感應(yīng)雷擊造成損壞。

2.9 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由服務(wù)器、監(jiān)測站、在線監(jiān)測軟件、硬盤錄像機(jī)、UPS 電源、大屏幕、交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)柜及其他硬件設(shè)備等組成。數(shù)據(jù)中心對所有子系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將之轉(zhuǎn)化為直觀的圖像或預(yù)警信息，并存儲(chǔ)備份到服務(wù)器上。

3 發(fā)展方向

3.1 建立尾礦庫安全監(jiān)測云平臺(tái)

隨著云計(jì)算和服務(wù)的成熟和完善，尾礦庫安全監(jiān)測可以將所有的系統(tǒng)部署到云端。安全監(jiān)測云平臺(tái)基于云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建，其系統(tǒng)構(gòu)架如下圖所示：

圖1 平臺(tái)構(gòu)架

現(xiàn)場傳感器采集數(shù)據(jù)后后送到安全監(jiān)測云數(shù)據(jù)庫，尾礦庫生產(chǎn)管理部門通過安全監(jiān)測云平臺(tái)對監(jiān)測信息進(jìn)行分析，指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。同時(shí)，安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門可以通過網(wǎng)頁對安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、訪問。云平臺(tái)分析，報(bào)警信息也可以通過應(yīng)用軟件發(fā)送到各方。在必要的時(shí)候，可以求助專家系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)支持。

3.2 增加手機(jī)app 進(jìn)行查詢和監(jiān)測

云平臺(tái)提供了數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，可利用手機(jī)app 對尾礦庫安全監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和監(jiān)測。手機(jī)app 程序相對于傳統(tǒng)的PC 機(jī)應(yīng)用程序以及網(wǎng)頁程序具有安裝便捷、可隨身攜帶、隨時(shí)隨地地傳達(dá)和接納信息的優(yōu)勢，尾礦庫安全監(jiān)測平臺(tái)的各級(jí)使用者可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公，不必固守電腦前，大幅度地提高了工作效率，降低了人工成本。

3.3 增加安全監(jiān)測報(bào)警的短信通知和消息推送

在云平臺(tái)增加應(yīng)用程序提供短信通知和消息推送的服務(wù)，在傳統(tǒng)的聲光報(bào)警外，提供了手機(jī)短信報(bào)警、電子郵件報(bào)警、手機(jī)APP 消息報(bào)警，將警報(bào)信息推送至相關(guān)人員，以便及時(shí)采取措施，防范安全事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

尾礦庫安全穩(wěn)定性是礦山安全的重要內(nèi)容之一，也是監(jiān)測監(jiān)控的重點(diǎn)內(nèi)容。隨著礦業(yè)的發(fā)展，尾礦庫的安全事故的頻發(fā)，更能體現(xiàn)出尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警信息的重要性，避免因事故造成生命財(cái)產(chǎn)的危害，對人身安全、財(cái)產(chǎn)的損失及環(huán)境保護(hù)具有經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。