煤矿安全监控系统抗干扰问题

陈硕鹏，陈艺童

（1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺113122；2.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺113122；3.沈阳大学，辽宁 沈阳110044）

煤矿安全监控系统在煤矿生产中起着十分重要作用，但是如何保证安全监控系统的稳定性，一直是煤矿安全监控系统发展一个难题，这是因为煤矿安全监控系统的地下设施和线路的工作环境恶劣，容易受到以下负面因素的影响：高湿度、高粉尘、高水污染、外部电磁干扰严重、供电不稳定、信号传输易受干扰、用户处理不当等有害因素，作为煤矿安全监测系统中的一个传感器，会出现数据传输错误和中断的情况。煤矿安全生产监控系统是基于工业计算机和信息网络的煤矿安全监控系统，由于煤矿系统工作环境的复杂性，相关单位可以引入各种干扰信号进行信号采集，维持煤矿安全生产监控系统的运行。在煤矿这样强大的环境中，电磁干扰非常严重，容易使得煤矿安全生产监控系统产生故障，这种影响甚至使监控系统不能正常工作，因此，需要采取不同的措施来保证监控系统的可靠性。

1 井下煤矿安全生产监控系统干扰问题分类

1）井下环境干扰。相对而言，煤矿井下空间狭小，煤矿安全生产监控系统信号线与电力电缆的距离相对较近。在某些地方，煤矿安全生产监控系统信号线和电力电缆甚至挂在同一个电缆支架上。大型电器在启动和停止时，由于磁接触而产生的接触振动会触发极强的电磁脉冲辐射，而强电磁脉冲会完全降低传感器信号[1]。

2）线路问题干扰。煤炭安全监控系统良好的通信线路是保证安全监控安全运行的前提。例如，如果分支场中的压力杆松动，传感器连接被氧化，电缆线路被氧化，线路通信将不稳定，结果可能导致来自煤炭安全监控系统的正确脉冲信号在传输过程中成为故障信号[2]。煤矿安全生产监控系统信息是以数字的方式收集的，如果煤矿安全生产监控系统出现问题，会出现许多无法解释的假数字现象。

3）变频设备等干扰。变频器工作时，煤矿安全生产监控系统会产生严重的电磁干扰。高强度电磁辐射在很大程度上污染了供电环境，干扰信号往往通过电源进入变电站。如果更换监护仪，使得变频设备连接在同一条电源线上，可能造成严重后果[3]。如果电源线上有传感器电缆，干扰信号可以很容易耦合对检测设备端口造成误码干扰，严重阻塞变电站通信，甚至影响煤矿安全生产监控系统。

2 干扰的抑制方法

干扰可分为内部干扰和外部干扰。产品设计过程中应考虑内部干扰，主要避免与产品有关的外部干扰。因此，煤矿安全生产监控系统内部和外部都可能受到影响[4]。

2.1 产品设计方面干扰的抑制

引入光纤网络可以解决煤矿安全监控系统一次传输的干扰问题，但是，对于井下对煤矿安全监控系统的干扰，主要来自变电站。在数据采集部分，地下电磁干扰可能进入监测系统，而个别微数据则用于监测站；循环过滤，通常采用以下随机过滤方法：过滤相关机构应按照正常程序执行本程序，并完善以下生产控制系统。相关各机构应减少超出监测系统控制范围的现象恢复监控系统的正常工作[5]。

目前，煤矿安全生产监控系统从传感器到变电站的信号传输系统大多采用20 000 Hz频率系统。煤矿安全生产监控系统在代换器工作在脉冲计数模式下，抗干扰和防御能力较差，导致煤矿安全生产监控系统在这个环节中很容易引入干扰。煤矿变电站通过采用一种容性干扰的传输方式，消除煤矿安全生产监控系统传感器产生的干扰。

1）煤矿安全生产监控系统采用接口滤波技术，在保留原有技术的基础上，为了充分实现零干扰。必须全面实现传感器输出到变电站的数据全数字化升级。煤矿安全生产监控系统的替代品和传感器应重新制定一套全新的通信协议[6]。鉴于用户升级无法完全更新，以及新老产品的兼容性的考虑，可以通过将多兼容系统添加到传感器中，供用户自己选择设置。

2）多个CPU操作条件。煤矿安全生产监控系统变电站监控负责采购信号、转换测量值、显示驱动器、逻辑评估、警报识别、供电、与地面网络的通信等这些任务应该独立于CPU执行。CPU负载很重，很容易出现异常工况，特别是为了实现整个分段的2 s快速流量控制，需要对现有的单元CPU处理方式进行改造，这项工作的关键是几个CPU需要良好的协调才能正常工作[7]。

3）改善电力供应。煤矿安全生产监控系统的电源是许多干扰的入口。选用较好的保护措施，可使煤矿安全生产监控系统从供电之初起就具有良好的防流效果，使监测站不会出现，定期供电，变电站监控重启，严重干扰等故障问题。

4）系统通讯状态。应选择一种抗干扰性好的通信状态，抗干扰状态可以与煤矿安全生产监控系统并行存在。应在不同的环境中采用了不同的通信方式和容错冗余校验技术，使监控系统具有较强的抗干扰能力[8]。

2.2 产品应用方面干扰的抑制

煤矿安全生产监控系统干扰有3个基本条件：干扰源；传输路径；干扰对象。为了限制干扰，提高煤矿安全生产监控系统的可靠性，可以从这3个方面着手。

1）完善煤矿安全生产监控系统，应该使得监控系统尽量远离干扰源。由于井下电子设备的大量使用，即变频设备的使用，严重影响了煤矿运行监控系统的正常运行等级。因此在建立通信线路时，应当设置监测站、传感器等设备尽量远离这些干扰源，将煤矿安全生产监控系统干扰降到最低[9]。

2）中止传输路径。煤矿安全生产监控系统干扰的传输方式之一是辐射传输，另一种是辐射传输，干扰信号通常通过信号线、电源线、空间等作用于监控系统，公共线路；中断信号通过信号线与电源线的互联，可以直接传输到监控系统的稳定性，这是最直接的干预方式，也是最常见的干预方式。对于线路连接，煤矿安全生产监控系统线路应尽可能短并扭曲，这样双绞线可以减少干扰。当导体的电磁感应发生变化时，感应将消失。应建立不靠近动力线路的信号线，并且将电源线分开施工。应使用绝缘材料或独立电源，以促进生产控制系统的改进：此外，安全监控系统的电源应独立于电源或安装隔离措施；从而使隔离模型能够在隔离前阻断大部分的传导干扰[10]。为了煤矿安全生产监控系统的发展，应对电缆加以保护并有效锚固。

3）在辐射传输的情况下，来自电磁场的辐射也会引起煤矿安全生产监控系统某种不规则干扰。这种干扰很容易通过电力线传输到煤矿安全生产监控系统中。当信号线上的传输距离较长时，信号线也能接收到来自辐射波的干扰。所以防止这种耦合的常用方法是保护易受干扰的设备或电路[11]。

3 提高安全监控系统稳定性的主要措施

煤矿安全生产监控系统传感器应由合格的验证机构进行验证，并在进入违规行为前附上检验证证。严禁在井内使用不合格的仪器，在下井前，无中断等异常情况后可下井。如果煤矿安全生产监控系统传感器头进水，测量精度不符合要求；如有要求，应立即将可能引起误报的煤矿安全生产监控系统传感器提升到井上进行维护和更换[12]。煤矿安全生产监控系统传感器头应每隔15 d使用新鲜空气和标准气调整甲烷传感器，以确保煤矿安全生产监控系统校准符合要求。

4结语

煤矿井下环境复杂，干扰煤矿安全生产监控系统问题严重，电磁干扰一直影响着煤矿安全。对煤矿安全生产监控系统干扰问题进行了分类；详细论述了产品设计方面干扰的抑制和产品应用方面干扰的抑制；提出了提高安全监控系统稳定性的主要措施。煤矿安全监测系统覆盖地域广，监测点据多，而且煤矿安全检查数据传输距离长而广，应采用有效的电磁防护方法，在不相互干扰的情况下，提高地下设备的电磁兼容性，以保证煤矿安全生产监控系统的抗干扰能力。