煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的建設現(xiàn)狀與發(fā)展研究

龐海云

摘 要：對煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的作用進行了闡述，介紹了煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程，存在的問題以及未來的發(fā)展方向。

關鍵詞：煤礦安全；監(jiān)控系統(tǒng)；現(xiàn)狀；發(fā)展

近年來我國對國外六七十年代開發(fā)的煤礦監(jiān)控技術進行了廣泛的應用，并且已經(jīng)在各種礦井監(jiān)控系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，相應的配套產品的開始的到廣泛的應用。如今，我國在煤礦中所使用的各種監(jiān)測和控制系統(tǒng)就有十幾種之多，而且在國有煤礦中都已將配備了相應的監(jiān)控系統(tǒng)。另外由于監(jiān)控系統(tǒng)的設置，有效地改善了我國的煤礦安全形勢，在一定程度上提高了煤炭生產的安全性和現(xiàn)代化管理水平。

1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1.1 國外煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

21世紀初開始，由于計算機技術，微電子技術以及通信技術的快速發(fā)展，機電一體化技術和自動化技術在部分國家已經(jīng)開始應用，煤炭生產過程實現(xiàn)了自動化和集約化，開發(fā)出了自動化監(jiān)控系統(tǒng)應用整個作業(yè)巷道，該系統(tǒng)是集語言、圖像、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡中的無線接入技術于一身的具有多種功能的監(jiān)控系統(tǒng)，覆蓋全礦井的每一個生產和生產支持領域，實現(xiàn)了對綜采工作面和礦井運輸，排水，供電等相關設施的工作參數(shù)以及礦井中瓦斯的濃度等相關參數(shù)的有效監(jiān)測和控制。美國的MSA系統(tǒng)，德國BEBRO公司的茂德系統(tǒng)等都是這個領域具有代表性的礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 我國煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1983年至1985年的時間內，我國從美國和歐洲國家將其已經(jīng)推出的幾十套不同類型的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)引入到我國的煤礦開采中。1985年以來，我國通過對其他國家技術的改良和研發(fā)，先后開發(fā)了KJ4，KJ66，KJ70，KJ75，KJ80，KJ90，KJ92等型號的監(jiān)控系統(tǒng)，如今安防監(jiān)控系統(tǒng)接近30種，但是這些系統(tǒng)都存在通用性差，智能化程度低等問題。

（1）大多數(shù)現(xiàn)有的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要是應用于特定的監(jiān)控對象（如環(huán)境安全，改善交通運輸?shù)龋┒O計的，我國的各種設備的制造商之間沒有統(tǒng)一的要求，使得設備，配件無法通用，而且很難對系統(tǒng)進行擴展和升級。

（2）當今在煤礦中所使用的安全監(jiān)控系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的通訊協(xié)議和物理層協(xié)議。在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中所使用的現(xiàn)場總線主要有：英特爾公司BITBUS，德國的Profibus總線，德國博世公司的CAN和串行通訊總線（RS232，RS485），RS485串行通信總線傳輸方式是我國所主要使用的?？刂葡到y(tǒng)主要采取主從結構的傳輸方式，這種方式不能建立一個多主冗余系統(tǒng)，利用專用的現(xiàn)場總線通訊協(xié)議來實現(xiàn)各現(xiàn)有的子站之間的控制，相互兼容性低，低系統(tǒng)的可靠性和可用性比較差，無法滿足對作業(yè)系統(tǒng)的實時監(jiān)控。

（3）現(xiàn)有的監(jiān)控軟件主要是針對特定的監(jiān)控目的而進行開發(fā)的，很難通過簡單的操作實現(xiàn)對多方面監(jiān)測的目的，這種監(jiān)測只停留在對監(jiān)測量的收集，存儲、監(jiān)控和超限報警以及功率曲線產出水平圖表和報表的輸出，主要是對基本的數(shù)據(jù)進行處理和利用的簡單形式。大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)只是對監(jiān)測參數(shù)進行利用，但沒有監(jiān)管的職能，這是很難實現(xiàn)對煤礦作業(yè)的安全監(jiān)管。

（4）遠程智能故障診斷系統(tǒng)和遠程維護功能也是比較缺乏的，系統(tǒng)雖然可以對所要監(jiān)控的對象進行實時的監(jiān)控，但是對于生產過程中所出現(xiàn)的故障無法進行及時的診斷，這就需要依靠專業(yè)人員對故障進行分析和判斷，往往由于系統(tǒng)維護的不及時導致工作不能正常進行。

（5）當前所使用的監(jiān)控系統(tǒng)缺乏煤礦事故決策支持系統(tǒng)的功能，很難對礦山事故進行及時的預測，預警，這樣就無法避免事故的發(fā)生，用戶也無法及時的獲取解決方案。礦山終端的監(jiān)控設備不具備黑匣子功能，這樣就無法對事故產生的原因進行有效的分析。

2 我國監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

2.1 發(fā)展品種齊全、高可靠性的礦用傳感器

國內監(jiān)控系統(tǒng)所配備的傳感器存在兩個反面的主要問題：第一，就是品種單一，傳感器用于監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的比較多，但很少有傳感器被用來對生產設備工作參數(shù)進行監(jiān)控；第二，現(xiàn)有的傳感器的準確度，可靠性存在很大的缺陷。發(fā)展高可靠性和品種多樣的傳感器是當前限制監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的主要方面。在新型傳感器的開發(fā)過程中，要有高起點，實現(xiàn)設備的高智能化。選擇新的一次敏感元件，有效利用微處理器，實現(xiàn)自動調零，自動校準等功能的運用，現(xiàn)場配備總線標準遠傳接口。對所要輸出的信號進行統(tǒng)一設置，由于環(huán)境安全參數(shù)的變化比較慢，可以使用的頻率信號進行輸出，這樣傳輸?shù)幕Q性就會提高，數(shù)據(jù)處理更加的簡單，傳感器的互換性得以實現(xiàn)。傳感器要向復合型方向發(fā)展，對不同類型的傳感器進行有機組合，使用不同的一次敏感元件，運用相同的轉換，發(fā)送電路，對數(shù)據(jù)分時段進行采集和傳送。

2.2 發(fā)展專家診斷、專家決策系統(tǒng)軟件

我國的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，目前主要是用于對被檢測量的實時收集，存儲和曲線、圖形以及報表輸出，對最基本的數(shù)據(jù)進行合理的處理。開發(fā)專家決策，專家診斷的系統(tǒng)軟件是當務之急。例如對礦井中的瓦斯氣體進行檢測，在發(fā)生意外時，為員工提供最好的逃脫和避災路線，及時對人員和設備進行搶救，并提供有效的決策；對機械設備的故障進行及時的診斷。

2.3 發(fā)展覆蓋面廣的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

如今我國生產監(jiān)測和控制系統(tǒng)的公司或機構就已經(jīng)超過了20家，其所生產的產品則主要是對環(huán)境安全參數(shù)進行監(jiān)測，如果安全參數(shù)異常，就會執(zhí)行報警或斷電控制。生產設備的監(jiān)測，主要是對設備的開/關狀態(tài)進行監(jiān)控，當然有些監(jiān)測系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對風扇速度和風門的有效調節(jié)。覆蓋面更廣的監(jiān)測和控制系統(tǒng)的研發(fā)，對于煤炭生產的綜合自動化的實現(xiàn)打下了堅實的基礎。

采礦設備應設計成機電一體化產品，裝備，監(jiān)控與遠程傳輸設備不可缺少，實現(xiàn)與工業(yè)局網(wǎng)絡的鏈接。開發(fā)，研制地面生產監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對煤炭生產經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控。

2.4 規(guī)范網(wǎng)絡結構，實現(xiàn)網(wǎng)絡的標準化

中國的煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)多基于獨立運行，兩級管理子系統(tǒng)通常是DCS系統(tǒng)，增加其網(wǎng)絡結構樹（中央車站級，子站層）。分層樹結構是一個分層的管理體系，配置靈活，易于擴展，成本低，但星型網(wǎng)絡結構比較復雜途徑的中間節(jié)點（中心站），以連接主被攝體之間的兩個節(jié)點（分站）特別是難以轉移阻抗匹配，從而不穩(wěn)定的傳輸質量缺陷，應引起足夠的重視。

自20世紀90年代以來，監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和發(fā)展都考慮了子系統(tǒng)之間的互聯(lián)，為工業(yè)局網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎，但選擇網(wǎng)絡結構時各種系統(tǒng)有不同的偏好。大柳塔煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中使用TOKEN-RING局域網(wǎng)，實現(xiàn)了邏輯環(huán)網(wǎng)，運用物理星型進行連接，傳輸速度較高而且還具有較高的可靠性，但是其成本相對較高。KJ66系統(tǒng)采用自主研發(fā)的Xdnet適時網(wǎng)絡，使用Novell網(wǎng)絡硬件介質，符合相關標準，這樣能夠對網(wǎng)絡文件進行一般管理，并可以直接應用低級別的協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸。

所以，計算機網(wǎng)絡適用的煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)，對網(wǎng)絡體系結構進行規(guī)范，這樣就能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡的標準化。

總之，隨著科學技術的快速發(fā)展和進步，煤礦中的監(jiān)測系統(tǒng)也會有單一監(jiān)控功能向綜合信息系統(tǒng)的監(jiān)測和控制，遠程監(jiān)控，設備故障排除和災害預警的方向發(fā)展，全面發(fā)展煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)煤礦生產的安全。

參考文獻

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