煤矿安全监控系统升级改造及平台融合技术的应用分析

2021-01-17侯占利河南正龙煤业有限公司城郊煤矿

环球市场 2021年33期

侯占利河南正龙煤业有限公司城郊煤矿

国内保障煤矿安全的根本目标之一就是要推动煤矿安全监测与预警监督管理与信息资源共享等各种途径相互结合，以提升煤矿安全监测与预警水平、煤矿安全监测与煤矿安全监督管理中的信息。可见，多个系统集成技术是实现煤矿安全监测管理系统的升级和改造中必不可少的基础性工程。针对这些问题需求，本文将综合分析当前在煤矿安全监控、设备使用、生产和调度等领域的相关研究成果，提出一套基于煤矿安全监控的多系统集成平台设计。

一、存在的问题

（一）传感器性能不稳定

恶劣的井下工作环境、高低温湿度和大量灰尘，甚至特别是一些具有强烈腐蚀性的有害气体都很容易对这些传感器控制电路、传感器零元件、连接器等部件产生强烈氧化化学反应，导致这些传感器电路接触不好和电路运行不可靠。当测量传感器持续暴露于大雨水、振动和剧烈外力冲击中，所需要输入的测量数据就可能会自动产生巨大失真。由于井室空间狭窄，强烈的电磁干扰源复杂，部分电磁传感器很容易发生报错或者没有正常运行工作。目前国内市面上广泛使用的环境空气传感器很多技术落后，甲烷、一氧化碳等各种重要环境参数的空气传感器容易产生误差，但是主要采用化学催化和分子电化学两种关键技术，寿命短，工作量和稳定性低[1]。一些传感器的元件并不一致，容易被受到干扰和气体的影响，测量时精度不高。

（二）传输线易受干扰

传感器和电力变电站之间通信是一种采用集成了200～1000hz 的双向模拟信号方式进行单向信号校验进行传输的一种通信方式，抗干扰抑制功能差，易于接收到单向传输有线电缆的电磁干扰，而又彼此无法准确区别。目前，大多数安全监测系统的传感器和变电站抗干扰设计尚未得到充分考虑，在接口保护、连线方式等各个环节也没有对抗干扰进行设计及严格的测试。在技术上，抗干扰的设计与其本质安全的设计不一致，这也是当前传输线易受到干扰的内在原因。

（三）技能水平参差不齐

现有厂商安全监测系统内部的数据传输设备的物理接口协议不规范，系统之间的通信协议也不相互兼容，可操作性也不符合基本安全认证标准要求，系统不同厂商的数据传输设备质量较低。该系统的设计中可能会出现一些漏洞，比如可以调整模拟比例的系数，导致显示器主机的显示值小于实际。

安全监测系统井下装置中安全电路部分没有按标准要求对其进行完全防爆性评估和认证，存在着爆炸的隐患。个别煤矿提出了一系列的传感器报警，加大了掉电浓度，关闭了掉电自动控制系统的功能，导致系统安全和防护功能的丧失，严重影响了煤矿安全。

二、系统集成内容

煤矿安全监测多系统集成管理的主要目标之一就是通过各种信息技术手段进行多网络、各个系统的集成，将人员调配、电力监测、设备监测等信息技术集成到煤矿安全监测系统中，实现了多个系统集成和信息一体化管理。实现“信息孤岛”，安防监测管理系统与工业电视、应急广播、人员调配等各种监测系统进行对接，解决了矿井各类安全监测和监控管理系统问题。因此，地下多网、多系统集成、地上多系统数据集成、安全监测管理系统和GIS 集成、多系统集成的综合信息分析、应急救援联动等均是多个系统集成的主要内容。

通过研究开发支持地下一体化的数据传送协议、多种信息传送接口的新型高速综合变电站，实现地下系统地信息一体化，实现了安全监控、人员配置、电力监控、装置和监控等整个系统中所有信息的统一和传输。资源的共享、集成，实现了各个系统之间的数据渠道[2]。

通过多数据的方式，实现了矿山安全生产监控管理系统的大规模数据整合与资源共享，将安全生产的相关数据保存并汇总到实时的数据库和关联性数据库中，构建了一个多系统的集成平台。该数据可以直接在操作台上或者是可视化的应用软件上进行实时显示，对煤矿的安全运行状况实现了自动化的监测。通过搭建全矿一体化安全生产的综合性数据库，可以完成对全矿安全生产的历史信息查询和分析，同时还搭建了基础的数据服务平台和访问接口。

三、升级计划

（一）升级原理

制定升级计划，结合现象，根据升级计划制定计划。目前的安全监测系统在不影响监测、传输和安全生产的基础上，对监测点、工作面和矿区进行一一监测。按照国家的新标准，新系统的安全监控装置与现有的系统设备进行了并行和配置。新的系统设施在正常运行工作且经过上级部门的验收合格后，将拆除老的系统设施[3]。

（二）升级计划

重新升级了地面电站中心机和客运服务器。改进了系统核心站的硬件设备配置，提高了系统的数据处理和运行速度，减少了系统滞后和不稳定的问题。重新升级了中心站管理系统软件。软件的升级主要就是在继续使用现有软件的基础上对其原有的功能进行升级，保留其原有的功能，增加了新的系统层告警功能、逻辑告警功能、标准校正和网络监测的告警功能、数据加密和通知的告警功能及系统集成后所需要的数据。等待端口的功能。更换传感器及变电站。目前频率信号传输变电站和频率信号传输传感器都已经被数字信号传输变电站和数字信号传输传感器取代。接入到监控变电站100m 光照射信号，系统经千兆环网进行传输，上传到监控中心[4]。

四、平台实施方案

（一）平台整体架构

平台主要由数据采集、信息中心、数据呈现和分析、系统链接等功能模块组成。数据采集模块主要是通过opc、wcf、文本档案等方法来实现对安全监视器系统、人员定位器系统、用户电力监视器系统等各种设备的监视器系统实时数据采集[5]。数据展示和分析模块主要是实现对于各种情况下的实时数据、实时图表、历史曲线、报警数据、进行综合分析所得到的结果展示和查询。系统连锁模块主要是实现数据显示式连锁和紧急连锁，当系统中一旦出现故障或预警响起，自动弹出地区参数、装置状态以及工业电视录像。

（二）数据采集与综合分析

煤矿安全监测多系统集成平台的数据采集系统是利用传统的综合和自动化工业监测系统进行数据集成的解决方案，使用opc、文本档案、wcf 等多种方式访问，通过测量点来定义和更新系统的测量点。每个融合子系统都要提供一个测量点定义的文件，通过测量点定义分析程序对该文件进行分析并更新一个数据采集服务。进行实时的数据更新需要一个融合型子系统，根据不同的数据传递模式，提供合适的文档或者伺服器接口。数据处理过程由主机负责进行数据的处理，其中包括实时数据、错误信息、报警和一般信息的处理。数据仓储程序主要是负责把所有的历史资料都存放在一个数据库里。

基于多系统大数据融合分析实现，环境预测－预建模、地区环评－模型等大数据整理分析的综合模型。该环境监控平台的设计研究主要是通过使用环境监控数据、人员地理位置信息、设备正常运行情况等数据，对特定地段和矿山的安全情况进行了综合评估，实施局部环境评估模型，使用或者在矿山中使用不同颜色。会听到一个指示该地区安全或不安全的音响，可以防止事故的发生。

（三）GIS 的集成

煤矿安全监测管理系统与GIS 的完美融合，使得该系统能够在设备管理、信息显示、数据链接等各个方面为用户提供了一体化的空间位置坐标，提高了安全监测的效率和实时性，为监控打开更多应用和控制[6]。

图形编辑模块负责组织一个图形和创建一个图形文档。支持直接导入cad 格式的电子矿地勘探图。导入后，各种图形都可以按照分层方式进行显示，避免了丢失的关键图形和对象，传感器和风扇等不同的动态图像。它们可以被配置到地图、皮带机等上，可以捆绑到相关的业务系统中。图形驱动模块根据业务系统产品需求生成检测点对象的定义文档，并为用户提供了一个实时数据和历史资料的接口，以便于图形显示模块的调用。

（四）系统互通模块

融合子系统的互通模块是由数据显示互通功能及互锁式通信组件，与各种融合子系统及技术人员的定位、应急广播、供电情况监控和其他系统制定了互锁协议。

当操作现场中的设备出现操作失误时，安全监测系统可以直接与工业电视系统相互连接，自动弹出一个相应的工业电视屏幕，直观地实现了监控现场错误状态。它与电力运输的监控系统相连。如果安全监控系统检测出基层的矿井可能存在严重的安全隐患，特定的区域可能需要停电，则向安全监控系统发出一个桌面信息框，督促相应的电力监控系统的管理员及时采取措施。在操作过程中，以闪烁的停电信号图形显现屏幕上的停电信号可能会受到影响。

（五）平台特点

使用统一标准化的数据接口从各种系统采集和处理数据，保证了采集和处理数据的精度和准确性。但是当被监控的数据发生了变化，例如增加或者是减少，就会自动地反映在该平台上。具备实时的数据展现和显示。该平台用户可以按照其所连接的系统类型来准确地对其进行归集、分类、过滤和显示。

多个被测量点的历史曲线都可以在一个坐标系中进行显示，并且我们也可以根据这个坐标来自己确定曲线的横纵方向。历史资料查询和分析的功能，可以查询到该系统的测点资料、故障报警记录、装置运行状态统计和有关图表。

可以完成所有的与系统配置相关的任务和重大的任务的日志。图形功能。用户可以直接通过GIS 的图形显示系统直接以 web 的方式在屏幕上显示系统的各种实时动态数据和设备状况数据，鼠标右键即可快速地查看所有指定设备的启动和停止统计以及设备故障的检测。

一般的情况下，可以通过图形显示区、装置参数和工业电视连接器的功能，实现燃气超限、停电等各种紧急状态下的安全监测系统以及应急广播、通讯、人力等。紧急接驳机需要马上疏散。用户可以直接通过移动设备来实时查看该平台上的实时信息、报警数据、出错率和历史曲线。每个工作区域的状态都是实时地显示在一个图形上，当一个工作区域发生了异常或者有危险的状态，再次点击该工作区域，会自动弹出一些影响整个工作区域安全的因素。