寺河煤矿矿井监测监控技术实践

2019-11-18冯智栋

陕西煤炭 2019年6期

冯智栋

（晋煤集团寺河煤矿，山西晋城 048000）

0 引言

在我国对煤矿安全生产要求越来越高的形势下，通过监测监控技术合理应用，提高了生产水平与管理效率，并在一定程度上促进了这项技术的应用和发展。

目前寺河矿区矿井等监测监控系统已完成5309、5310、W2303、W3308等综采工作面的设计、安装工作；4个掘进工作面及固定地点监测系统的设计。根据生产任务完成各掘进头面、千米钻场、变电所等监测设备的设计、安装、回收等工作；完成安全监测监控系统图及断电控制图的绘制及每月更新工作，全年迎检图纸绘制及资料整理准备工作；以及各工作面规程措施的审核工作；监测监控系统升级改造工作面的通用设计标准工作；东、西井区所有千米钻机安全监控系统的调试、安装工作；完成了风筒传感器升级工作，并制定了使用规范；机载、车载传感器的报警值、断电值的下浮工作。

1 远程生产监控系统

1.1 系统特点

信息化技术快速发展，以TCP/IP协议为基础的IP网正得以广泛应用。主干网的逐步建成与高速接入系统不断发展，推动了以IP技术为核心的视频通信实际应用［1］。在煤矿生产的安全监控系统中应用现代化监控技术是一种必然的发展趋势。该系统主要具有网络化、可扩展性、可用性与可靠性、互冗余备份等特点。网络化是指借助网络，系统能实现图像信息传输与共享；可扩展性是指系统控制部件为集中式结构，并采用嵌入式等先进技术，能十分灵活且方便的实现扩充，使系统具有良好适应性，减少或避免重复投资；可用性与可靠性是指通过对视频压缩方式的应用，能有效降低带宽与延时，并实现全双工，在回访查看时，具有很高的清晰度；互冗余备份是指管理、录像服务器均能实现相互之间的冗余备份，使系统具有良好的可靠性与稳定性，技术保障充分。

1.2 系统建设内容

建立不同部门应急条件下的指挥和调度系统，当事故发生时，在第一时间采用短信通知的模式组织相关领导及工作人员开展应急会议，同时把现场的监控图像传输至会议室，为决策的制定与应急程序的启动提供依据，从根本上减少或避免人员伤亡。建立煤矿生产现场的视频监控会议系统，为相关领导及工作人员的教育培训实施提供便利，使工作人员形成较高的安全意识，并不断提高工作能力。组建专业技术与管理队伍，为正确且规范的操作监控系统提供便利，及时发现和处理各类故障，使系统始终处于正常的运行状态。建立严格且完善的考核制度，对上述几个方面实施奖罚，使监控系统达到良好运行质量，最后，建立一个行之有效的互相促进和联防组织［2］。对于单纯的视频监控，它只能对视频图像进行上传和管理，在此基础上还需要和其它系统充分结合，只有这样才能使调度指挥系统真正掌握全方面信息。

2 设备集中监控系统

2.1 系统功能

该系统主要由主监控系统、工业电视视频、微机保护系统3部分组成。其中，主监控系统还连接有空压机、通风机与水泵等子监控系统，通过和不同子系统之间的通信，对各类设备实际运行进行集中监控，对水泵、空压机与通风机进行参数检测，明确设备工作状态，识别报警信息，同时还能将各类设备信息都传输至调度中心。下位机不仅可以实现独立运行，而且还能和上位机之间实现联动运行，如果其中1个下位机发生故障，则不会对其它下位机造成影响；分别对5个水泵、4个空压机和2个通风机实施报警信息、运行参数及工作状态的实时集中监测；而上位机能对具有水泵和空压机启闭予以远程集中控制；对设备运行模拟情况进行动态且直观的模拟显示。在上、下位机间，采用现场总线实现数据的传输通讯，保证设备快速性及实时性；对空压机而言，其下位机控制能实现恒压供风，以运行时间为依据，对空压机工作进行自动启闭；对于历史数据的记录，可采用很多种不同的查询方式，比如根据信息的类型、时间和下位机等进行查询；可形成历史数据与实时数据的变化曲线，包括液位曲线、温度曲线与压力曲线；能使用户实现安全登录；在下位机显示屏上能显示所有子系统对应的数据曲线与模拟图［3］。

2.2 系统特点

各子系统之间的关系：不同子系统间不会产生干扰，都能使控制具有相对独立性，不仅能以集中联网的形式进行远程控制，而且还能独立就地控制。利用IPC和PLC分别实现高程面监控及物理层面的实时采样和控制，这两者的控制和数据处理之间的相互配合，能达到优势互补的效果，使设备监控充分体现各自性能［4］。无论是工业控制部分，还是前置与局部控制，其CPU均具备看门狗定时器使用功能，当主机由于软件方面的原因发生死机时，可在无人干预情况下实现自动复位。

操作系统软件：工控软件能十分方便地实现软件开发。在视频系统中，其数码录像部分能做到模块化设计，利用先进可行的软件及硬件技术，有效解决由于录像带多次使用造成的画面模糊、费用较高和管理难度高等实际问题，使不同形式的录像实现联动，在录满后自动删除，具有软件防死机与断电后来电可实现自动恢复等功能。由于系统网络性能十分先进，所以能在宽带网、数据专线及电话线实现图像传输。

3 煤矿调度监控系统

3.1 系统组成与原理

该系统主要由分站与传感器两部分构成，其测点的监控内容包括风速监控、瓦斯监控、电流和电压监控、设备启停监控、风门启闭监控、蒸汽压力监控、风压监控、绞车启停监控和位置监控。该系统将地面计算机作为控制中心，也就是系统的主机，利用通信接口和分站实现数据通信。各分站都通过通信线实现挂接，不同分站间不联络。主机先以分站和传感器之间的连接端口为依据，对分站测点予以定义，其内容主要包括测点数量、端子号、顺序号、模拟量或开关量。在定义结束后，在初始化的菜单上对各分站予以初始化［5］。待初始化完成后，由分站将从主机发出的参数存至存储器当中。如果分站由于故障而断电，则在恢复送电后，分站的单片机可自动提取原参数实施循环监测，此时无需二次初始化。

3.2 硬件的设计与选型

通信接口：这是和主机之间进行信号通信的重要转换装置，也是系统重要设备之一。它和主机之间的通信采用的是RS232接口，和分站之间的通信采用的是基带信号；由于存在光耦隔离电路，所以能对主机和从机进行自动切换；能提供通信指示使用功能，能有效降低通信的误码率，光耦元件如图1所示。通过对自动切换电路合理设计，能使系统运行具有良好的连续性，同时使主机能实现接口优先使用。如果主机由于故障而中断通信，则从机能在1 s内实现自动投入。从机工作过程中，若主机也需要工作，仅需主机向外发出信号，就能使接口用于主机。此外，因运用了光电耦合器，所以能提高通信过程中的抗干扰能力［6］。

单片机及其自动复位：对于监测监控系统，其分站中的单片机不能发生死机故障，基于此需要采用自动复位功能。振荡器在正常运行过程中，会以一定间隔持续输出正脉冲，提供给复位电路，使单片机完成复位。当单片机发生死机故障时才会进行正脉冲的输出，而在正常工作过程中无需复位，这就要求单片机与振荡器实现互补。对此，通过对清零引脚的合理应用，当单片机正常运行时，向振荡器持续输入清零脉冲，以此使振荡器始终输出低电平，只有发生死机故障时，才会启动。

图1 光耦元件

4 智能监控终端系统

4.1 系统设计

智能监控终端除了可对现场所有物理参数实时采集，还能对电参数实时采集，同时从终端开始向监控中心不断传输信息，实现从监控中心对现场执行动态监视的根本目标；当监控中心发出相应的控制指令后，就能实现对设备的控制。

智能监控终端的功能包括：四遥，即遥测、遥控、遥信和遥调；对电能予以实时计量；智能无功补偿；数据记录和统计；远程通讯；自诊断；智能测控。通过对智能监控终端的合理应用，对生产现场予以实时监视，并通过对控制指令的实时发送，实现对通风机等设备的有效控制［7］。

4.2 工作原理

该智能终端将采样的基本原理作为主要理论依据，并引入ARM、DSP和现场总线等先进技术，对各种参数进行采集、交换、计算与分析，并实现以下功能：对模拟量进行输入和输出；对开关量进行输入和输出；用键盘等外接设备输入，并用液晶显示屏进行实时显示。

将智能监控终端作为核心组成部分的系统及装置，往往都有着简单紧凑的结构、便利的维护条件、较高的精度与可靠性、较宽的动态范围、良好的温度特性与极强的抗干扰能力。该监控系统除了能对单台通风机实施动态监控，还能形成大型整体监控网络，对若干通风机设备设施监控。除此之外，通过对无线收发模块的引入，还能进行无线监控，形成既能实现有线通信，又能实现无线通信的实时监控网络。对电动机等设备实际运行状况实施动态监控是现在很多用户的基本要求，利用这一智能监控终端，能对设备各项参量进行检测，及时找出设备运行过程中存在的故障，避免故障发展造成损坏和报废［8］。

该系统的应用能为动力环境等的实时监控提供有效且完整的技术解决方案，其主要目的在于对广泛分布的不同设备及环境相关参数实施遥控、遥测与遥信，通过监视掌握所有设备及系统所处实际运行状态，并对相关数据进行记录与处理，根据数据处理结果，在第一时间找出故障，并将其通知给相关人员进行故障处理，达到提高效益、保证生产安全和减少能耗的根本目标。