煤礦自動化監測系統軟硬件采集存在問題及措施

張洪亮 洪玉玲

（中煤科工集團沈陽研究院有限公司 遼寧省撫順市 113122）

現如今,探討如何提升煤礦安全監測監控系統的自動化與智能化水準，重點闡述了煤礦安全監控系統的現狀與關鍵構成，具體分類及其系統的基礎拓撲結構，且通過比對接下來安全監控系統在當前應用的數據采集方式，由上電通知、數據讀取方式、本地斷電情況、異地斷電情況、自診斷情況及其報警狀態信息情況等多角度針對主從數據采集方法和多主數據采集方法實施了對比，全方位匯總出多種數據采集方式均呈現出不同程度的優缺點，進一步給煤礦安全監測監控系統合情合規的選取數據采集方式帶來啟迪。

1 我礦各系統集成接入綜合自動化集成平臺與地面集控問題分析

1.1 每個系統集成接入綜合自動化集成平臺

現如今，煤礦綜合自動化技術全方位鋪開使用，礦井下數個系統從人工替換成為集控，在從礦井下集控替換成為地面集控，且有少數系統完成了全自動化無人值守模式運轉。我礦當前排水壓風、膠帶運輸、架空乘人等七個系統完成遠程監控、工業電視、人員定位、擴播電話、副井提升、巷道運輸、主扇等13個系統連接我礦綜合自動化系統集成平臺，整體達成地面對于井下排水、猴車，膠帶系統集中監控。上述自動化子系統集成于IFIX系統，且經過數據收集、系統預警完成資源共享，從而完成集中監控與管控。之前系統絕大部分使用三菱FX2N系列PLC，通訊協議是mobus TCP/IP，接入方法是：井下場地添加MOXA NPort5210串口服務器。

圖1：拓撲組成圖

1.2 地面集控使用問題及其制定策略

地面遠控實踐運轉中，發生0PC驅動收集三菱FX2N系列PLC出現的問題時：首先，設備場地檢修完成送電之后，地面上位機系統數據經常發生收集不到信息；其次，設施在地面集控模式下運轉中，地面數據中心發生不可獲取系統信息。對于地面集控發生上述現象，伴隨著自動化系統持續發展，隨之找出原系統應用三菱FX2N系列PLC，無法遠程接入及其把控，我礦需要制定下述策略：首先，在系統創建早期設備選型時，需要原廠家給予設備PLC應用西門子S7-300 型，同時給予RJ45通訊接口。其次，借助原廠家給予的接口設立本礦IP，上位機應用OPC驅動直接關聯場地設施，且發出命令。

2 煤礦安全監控系統的組成種類詳細分析

2.1 煤礦安全監控系統的詳盡分類解析

參照現階段通信技術的應用，將煤礦安全監控系統分開歸類以下幾種：首先，串行通信技術使用， RS232與RS485等；其次，場地總線通信技術AN、LonWorks 與ProfiBus等詳盡使用；最后，以上兩種類技術方式與工業以太網技術完美的融合在一起。參照主機詢問方式煤礦安全監控系統分開歸類如下幾種：

（1）主從形式詢問，主機通過從機給予讀取信息指令，且在主機收獲到此指令時，從而將數據傳輸到主機；

（2）多主方式，每個節點無要求狀況下無法傳送信息，然而，具體新狀態改變或完成預期設置信息傳送至周期后，節點則把信息傳送到有關主機中；

（3）主從結合多主方式。

2.2 煤礦安全監控系統基本組成和拓撲構造

煤礦安全監控系統基本組成和拓撲構造通常情形下，安全監控系統關鍵組成其中位置為執行單元、傳感器、電源箱等，如圖1典型的拓撲組成展示。

從理論角度出發來探討，礦井井下組成關鍵點是巷道和作業面，而樹形為構造，其特性是發生在很長主干與枝節，一方面少數枝節不具備太多節點，非常簡便，另一方面節枝節不具備很多節點，且非常簡便，一部分枝節楊丹復雜，雖存有非常多的節點。畢竟當前巨大多數煤礦全面設置了信息環網，所以主干全面涵蓋被網絡全部的掩蓋，要想將安全監控系統獲得高效的接人，需要堅持自主積極使用的主干通信，從而高效處置枝干至每個節點供電、通信及其控制難題。例如上圖顯示，第一部分為主干網絡，關鍵組成為地面中心交換機或數個防爆交換設施，整體構成一種百兆或千兆通信網絡；第二部分，場地總線網絡，網關節點是組合關鍵點；第三部分，二級場地總線網絡，網關、分站和下部傳感器為關鍵組成；且第三部分與第四五部是某種混合網絡，即為傳感器與分站處于同樣的網絡中。

3 煤礦安全監控系統使用數據收集方法比對

監控系統通常使用數據收集方法主要是主從、多主與主從和多主相互融合三種，此三種方法體現出不同的優缺點，可依據實踐情況具體篩選最理想方法。

3.1 主從與多主方法的詳盡比對解析

（1）上電通知即為設施和系統網絡實施關聯后，能夠把通知數據傳送到中心站。其連接分站之后，主體不可實施獲取數據，對于此則要中心站額主體來進行巡查，一旦不能盡早針對節點地址有所把控，則無法斷定此節點有沒有存在。多主形式為隨用隨插，在接入節點后，其能夠把上電通知盡早發出，隨后則是等候主機給出具體反映。

（2）數據讀取方法主從形式，一問一答，將通道的占用時長持續提高，巡檢周期也會因為節點數目上升，其也會持續上升，具體在總線和傳感器關聯之后，此方式必將提升總線上訪問命令，在短時段內不可完結數據采集工作。多主形式，及時傳送遞，只為單向數據，整體變化通信通道堵塞情況，且及時信息數據上報時間極為平穩，而在跟總線傳感器連接后，數據收集總周期不能伴隨著節點數量上升而發生其他改變。

（3）本地斷電主從形式，分站針對數據實施收集、識別及其處置進程中，斷電信息一旦上傳至地面主機，最長要經過一個巡檢周期。多主形式，分站針對信息采集、辨別及其解決實踐中，節點以最快速率將數據傳遞至地面主機。

（4）異地斷電主從方式，分站借助地面主機將操控命令直接傳遞至被控節點，假設主機位于離線狀況，最終無法完成異地斷電操控。多主形式，對于被控節點，能夠嚴格操控，完成操控后，傳遞至地面主機，主機與控制操相互間無必然關聯。

（5）自診斷以及其他信息主從形式，部分信息在傳送基進程中，巡檢周期持續增長。多主形式，能在通信間隙進行上報。

（6）主從形式報警狀況信息，針對傳感器每研究數據，分站能快速高效采集項相關數據， 隨后待到主機巡查，最長需要分開經過中心站主機及其分站巡檢周期才能獲得相關數據，多主方式，所發生的新狀況改變時，節點可將警示狀況數據實施傳遞至主機中。

3.2 每個訪問方法的優點與缺點分析

（1）最大巡檢周期，參照AQ 6201 2006中的具體所講結果是，其在系統位于滿容量環境中，傳感器之后發生輸出變化，隨后傳送至主機顯示所用的時長。依據有關安全性原則，系統務必重點關注某些敏感性數據，重點依據主要流程來進行排序，具體為：對于斷電實施操控情況信息不小于報警情況數據不小于節點產生故障的狀態信息不小于實時變動信息。主要為多主形式可盡快傳送變化數據，因此前三項中的信息可被及時傳送至主機，同時有關數據能夠在1個巡查周期中實施上傳，然而主從形式當中分站里面的全部數據都能同步傳送，最不理想情況就是在一個巡檢周期之后才能發送到中心站的主機上面。

（2）節點設施的安裝運轉。通過使用多主方式，上電通知能夠盡早傳遞至主機當中，針對設施每個有關信息實施匯報，等到監控人員處理，此主從形式需要率先把握每個節點設施地質，隨后方才能夠實施訪問。

（3）地址沖突的自動識別。諸多傳感器一同應用一個地址后，系統通過使用多主形式能夠高效推斷出形成地址沖突的設施，盡早把有關信息傳遞至安全及其監控設施人手里，致使傳感器地址誤被篡改，提高系統平穩性，避免兩個設施共同運行進一步產生巨大損害，縮短施工人員往返來回井下的工作量。

（4）異地斷電。一般采取多主形式，能夠迅速提高每個設施相互間的異地控制，同時互相溝通之后創建起緊密的關聯，不用中心站轉發，致使異地控制的高效性獲得了極大鼓勵。第五，故障數據，在設備發生問題時，多主形式能夠把有關數據盡早傳送出去。

（5）系統軟件處置，采取多主形式所產生的每個數據完全經過有關節點設施進行傳送，與分布式處置各個關鍵因素相吻合，中心站只顧接收數據，從而減少了中心站軟件系統處理數據的工作量，強化處理數據的技能，規避系統丟失數據等難題。

4 煤礦安全監測監控數據聯網采集信系統具體設計

4.1 總體框架的設計

煤礦安全監測監控數據聯網采集系統總體設計選用三級聯網模式，尤其在煤礦單位部署數據采集前置機，經過數據采集系統收集煤礦安全監控、人員定位、水文監測、供電監測、沖擊地壓等不同的監測監控數據，依靠省級煤礦安全監管監察相關部門的基礎設施經過專線、互聯網、VPN傳輸到省級煤礦安全監管監察部門，同樣依靠國家煤礦安全監察局的基本設施，在審計煤礦安全監管監察相關部門部署數據的采集系統，把煤礦檢測監控數據傳送到國家煤監局，隨后國家煤礦安全監察局依據業務要求，研發重大風險預警、綜合風險解析、事故應急支持及其風險動態研判等相關應用系統。針對煤礦工業視頻。經過在煤礦單位、審計煤礦安全監管監察相關部門、國家煤監局建設視頻管理平臺，及其各層級視頻管理平臺級聯對接。

4.2 細化系統的具體使用

尤其在對于煤礦安全監測監控系統的使用中顯現出的各種問題實施解析進程中，務必對于系統設定的需求與安裝標準等實施細化操控，從而保證系統使用的性能完備。具體來講，尤其在細化系統使用方面重點包含了針對煤礦安全監測控制系統的設置標準解析及其安裝要求的具體執行等。當中在煤礦安全監測監控系統設定標準解析方面，重點是經過統一系統的需求、性能、配置及其狀態等基本實現系統的使用初步需求；同時對于系統內部每個設備的使用狀況實施全方位的解析，明確系統使用的穩定性。并且在系統安裝的具體要求方面，務必為經過固定與嚴格標準解析使用安裝狀況從而更好的確保設備能夠安全、高效的發揮巨大作用，從而明確井下工作的安全性，且發揮出更好的監測效果。

4.3 完備子系統的具體建設

在煤礦單位的安全監測監控系統傳送重點是以主從結構為主導，然而，實施進程中卻欠缺了通信、物理協議，所以在創建多主冗余系統方面表現出不同的困難程度。而在安全監測監控系統當中，經過總線將系統分站關聯起來，分站子系統相互間欠缺很高的兼容水準，造成數據傳送穩定性下降，系統的實踐使用性能極差，從而造成系統的實時監測監控效果極低。尤其在將來煤礦單位實施安全監測監控系統建造進程中，務必要重點關注與子系統建造的相關工作執行到位，完備礦井光纖環網傳輸建造，高效地針對每個站點運轉狀況實施監控，同時把相關信息經過網絡接口傳送至地面相關設備。

4.4 每個訪問方法的優勢與劣勢

4.4.1 最大巡檢周期

參照AQ 6201 2006中原則獲知，其在系統位于滿容量環境中，傳感器出現輸出改變，被傳遞到主機顯示需要的時長。參照相關安全性原則，系統所比較突出的敏感問題，比如：重點依靠嚴流程來進行按順序規劃，詳盡是：針對斷電進行操控的狀況遠勝于報警狀況數據大于節點發生的故障。情況數據大于及時變動數據。畢竟多主形式能夠實時傳遞狀態的變動信息，基于此，前三項中數據能被及時傳送至主機，同時有關信息可1個巡檢周期當中實施上報，隨后主從形式中分站內的任何信息整體一同傳遞，最壞結果就是1個巡檢周期之后才能發送到中心站主機上。

4.4.2 地址沖突自主辨別

數個傳感器一同擁有一個地址，系統可采集多主形式能夠高效推斷出發生地址沖突設施，且實施把有關數據傳送至安裝及其監控設施技術員手中，從而將傳感器地址進一步獲得修正，提升系統穩定性，防止兩個設施一同運行產生巨大損失，減少技術員往返井下的工作量。

4.5 加強投入，創建健全的安全避險系統

近些年，安全避險六大系統在煤礦單位中起到了關鍵性效果，煤礦單位務必加強投入，創建健全安全規避風險體系。其詳細劃分為六大體系：供水施救體系、人員定位體系、監測監控體系、壓風自救體系、緊急避險與通信聯絡體系。此六個子系統相互間密切關聯，且有機組合成為一個整體，并且確保煤礦礦井安全生產。尤其在煤礦安全避險六大系統中的關鍵內容為煤礦井下緊急避險系統，一旦井下突發安全生產事故時，能夠給煤礦井下操作人員提供緊急避險的場所；技術人員定位系統、通信聯絡系統、監測監控系統一起構成了煤礦井下事故產生前的預防系統；壓風自修系統、供水施救系統在煤礦井下出現意外事件與險情之后給煤礦井下避險逃生人員提供必備的自救設施。經過上述完備的相關措施，不但能夠強化煤礦單位針對煤礦井下相關工作的監督與管理能力，同時最大程度的提高煤礦單位的事故預警與事故發生之后應急救援的相應技能，從而全方位確保煤礦井下操作人員的人身與煤礦單位財產安全的有效途徑。

5 總結

總而言之，首先，經過采取多主方式，此系統會具有更高的智能性、狀態反饋也具有很高的實時性、安全提示會具有較強的精準性、異地斷電則具有較高的有效性。經過對數據實施高效傳送，能夠使中心站主機的工作量持續下降，而狀態數據不用在借助主機實施二次處置，從而提高了使用硬件資源效率，降低通信寬帶占有比例。其次，使用多主方式，傳感器與分站位于相同總線之上，導致系統設施具有科學性。最后，如何加強安全監控系統的可靠性、安全性與智能化水準，且方便快速反應，出產此系統供應商需要針對數據采集方式實施科學調整，經過多種方法在應用進程中產生的優點與缺點實施比對解析，或嘗試使用混合方法，推動此系統的性能獲得極大的提高。