煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造分析

張藝　林壯

摘 要：煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)包括很多設(shè)備，這些設(shè)備中主要是以傳感器為主，而傳感器的性能仍有待提升，經(jīng)常會出現(xiàn)供電不穩(wěn)、傳輸線路容易受到外部因素影響的情況，技術(shù)水平較低，同時也會出現(xiàn)連接接口不規(guī)范等，對此，技術(shù)人員要提高傳感器的性能，采用新型的數(shù)字傳感與傳輸技術(shù)，優(yōu)化煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計。

關(guān)鍵詞：煤礦安全監(jiān)控；傳感器；升級改造

引言

安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，是保證礦區(qū)深井安全作業(yè)的主要方式，而該系統(tǒng)是一個綜合性較強的系統(tǒng)，內(nèi)容復(fù)雜，對設(shè)備與技術(shù)有很高的要求，但因為設(shè)備自身的不足與技術(shù)水平較低等因素，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，因此，需要對系統(tǒng)使用的設(shè)備進一步升級，提高技術(shù)水平，保證礦井施工作業(yè)的安全。

1煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能

現(xiàn)在，煤礦安全監(jiān)控分為兩點，一點是人工監(jiān)測，另一點是自動監(jiān)測。首先，人工監(jiān)測是指由檢測人員在特定的時間與特點的地點，對礦井中的危險因素進行檢測，得出檢測的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示的結(jié)果，加以控制，就像是隨身帶著瓦斯便攜儀，測定礦井內(nèi)瓦斯的含量。其次，自動檢測是指結(jié)合瓦斯傳感器與通信技術(shù)的優(yōu)勢，先由傳感器檢測空氣中瓦斯的濃度，并把結(jié)果用傳輸技術(shù)傳送到計算機中，由計算機記錄各項數(shù)據(jù)，并進行分析，做出反應(yīng)。

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能包括：對礦井內(nèi)各項數(shù)據(jù)進行采集，傳輸并儲存到計算機中，進行處理，把結(jié)果打印出來，一旦出現(xiàn)潛在的危險，會及時處理，并采用聲光報警的方式，控制危險的發(fā)生，其監(jiān)測內(nèi)容包括空氣中甲醛、一氧化碳的濃度，礦井內(nèi)風流動的速度與壓力，以及溫度變化等。整個系統(tǒng)的運行包括數(shù)個設(shè)備，比如主機、傳感器、控制器等。

2煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)運用的現(xiàn)狀

2.1傳感器性能不穩(wěn)

礦井下的環(huán)境較為惡劣，濕度較高，會隨著操作人員的開采產(chǎn)生大量的粉塵，有時也會形成腐蝕氣體，破壞傳感器正常的運行，導(dǎo)致傳感器內(nèi)部的感應(yīng)元件和其他插件失靈，很難順利檢測，而傳感器如果受到猛烈的撞擊或震動，雖然也可以傳輸數(shù)據(jù)，但傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與實際檢測的數(shù)據(jù)存在一定的偏差，失去真實性。同時，又因為井下可以活動的范圍較小，有強烈的電場與磁場，也可能會讓傳感器失靈，而現(xiàn)在礦井中使用的傳感器并不穩(wěn)定，測量數(shù)據(jù)常常失真。

2.2傳感器供電不穩(wěn)

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)文件要求，傳感器和分站的距離必須超過2km，但隨著工作的進行，兩者的距離已經(jīng)超過6km，增加了線路承擔的壓力，導(dǎo)致傳感器電力不足，很難正常啟動，需要多次復(fù)位。

2.3傳輸線路容易被干擾

傳感器與分站使用的是單向傳輸方式，信號在200Hz到1000Hz之間，不需要校驗，導(dǎo)致線路的抗干擾能力較差，被其他傳輸線路影響。并且，現(xiàn)在很多礦井中傳感器都有抗干擾能力差的特點，而從技術(shù)的角度分析，抗干擾與安全設(shè)計的要求是互相沖突的，這一點是線路容易受到干擾的主要原因。

安全監(jiān)控系統(tǒng)在井下有數(shù)個監(jiān)測點，分布很廣，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x很長，傳感器與分站之間的距離或長或短，有的是幾十米，有的是幾千米，又因為井下空間范圍的限制，電纜多以平行敷設(shè)為主，變成一個耦合的回路。而其他設(shè)備的運行，也會對其工作造成影響，讓傳輸中斷。

除了傳感器的性能不穩(wěn)，會受到其他因素影響外，其他設(shè)備也會出現(xiàn)同樣的情況，無法順利運行。

3煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的升級優(yōu)化

3.1提高設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性

設(shè)備正式投入使用前，可以預(yù)先對設(shè)備進行抗干擾的測試，使用數(shù)字傳輸技術(shù)，采用新型的傳感器，提高傳感器的防護等級，合理調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸線路的距離，并對傳輸數(shù)據(jù)進行加密處理。

3.2完善系統(tǒng)功能

系統(tǒng)的運行需要大量的設(shè)備，這些設(shè)備包括傳感設(shè)備、控電設(shè)備等，每個設(shè)備分屬于不同的小系統(tǒng)，對此，技術(shù)人員可以優(yōu)化設(shè)備的性能，進而完善各系統(tǒng)，比如電力監(jiān)控系統(tǒng)等，提升系統(tǒng)功能。

3.3規(guī)范系統(tǒng)通信連接的接口

系統(tǒng)中的各個設(shè)備只有規(guī)范連接，才能夠讓數(shù)據(jù)有效傳輸。系統(tǒng)中主機使用的是工業(yè)以太網(wǎng)，也可以采用其他類型的總線，比如RS185、CAN等。而傳感器與分線之間的線路連接，有線連接方式是工業(yè)以太網(wǎng)，無線傳輸包括WIFI等。

3.4提升系統(tǒng)的整體性能

系統(tǒng)每次巡檢的時間間隔都必須在20s以內(nèi)，不同地點斷電的時間最長為40s，如果出現(xiàn)斷電的情況，備用電源可以保證4h小時電力的正常，但供電兩個小時后，必須進行更換。對模擬量的處理結(jié)果雖然有誤差，但這種誤差必須控制在0.5%以內(nèi)，而分站順利供電的范圍最長不超過6km，如果超出，很難保證供電的安全。

4煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造，對設(shè)備的設(shè)計提出了更高的要求，通過不同設(shè)備性能的提升，優(yōu)化煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。

4.1整體的設(shè)計要求

瓦斯傳感器可以精確測量數(shù)據(jù)，穩(wěn)定性符合國家的相關(guān)標準，并使用數(shù)字處理技術(shù)。與傳感器連接的分站內(nèi)，要放置數(shù)據(jù)的存儲器，控制檢測現(xiàn)場，并及時與主機建立聯(lián)系，接受主機的遙控指令，控制電力的斷開與恢復(fù)。而傳感器會把檢測到的空氣中瓦斯的含量數(shù)據(jù)變成電信號，借助電力輸出，要求有良好的穩(wěn)定性，根據(jù)礦井下的實際情況，選擇合適的傳輸距離，保證信號的有效傳輸。

分站終端會把接收到的信號變成信息，并按照與主機特定的連接方式，把處理后的信息傳給主機，同時，它還會控制執(zhí)行器的運行。而執(zhí)行器接收到分站下發(fā)的指令后，就會做出斷電、復(fù)電的行為。

傳輸接口是主機與分機連接的主要方式，實現(xiàn)信息的交互，接受分站發(fā)出的信息，并傳送給主機，再把主機下發(fā)的指令傳給分機，自動檢測系統(tǒng)。

4.2傳感器設(shè)計

瓦斯傳感器是系統(tǒng)設(shè)計的重要部分，通常會安裝在工作區(qū)域、掘進的盡頭或是回風崗等，檢測空氣中瓦斯的濃度，如果濃度超過報警值，就會發(fā)出警報。瓦斯傳感器的內(nèi)部，有載體催化元件，主要放置在探頭內(nèi)，如果空氣中沒有瓦斯，電橋就會保持穩(wěn)定，不會向外輸出信號，但一旦瓦斯進入探頭，電橋失衡，形成檢測信號，再把信號放大，傳入芯片，由處理器進行處理。信號經(jīng)過處理后，會用標準頻率傳給分站，再傳給主機。而瓦斯的濃度達到報警值，傳感器就會發(fā)出蜂鳴警報，恢復(fù)后警報自動解除。

4.3分站設(shè)計

分站是系統(tǒng)中必需的一部分，它會接收傳感器傳輸?shù)男盘?，并按照原有的?fù)用方式，在較長的距離內(nèi)把信號傳送到接口，并接受接口的復(fù)用信號。同時，分站也有簡單的數(shù)據(jù)處理能力與顯示功能，把與主機的通訊結(jié)果或傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)顯示在屏幕上，用曲線的形式呈現(xiàn)出來。

4.4執(zhí)行器設(shè)置

動作執(zhí)行器主要接收的是分站命令，與控電設(shè)備連接，進行斷電或復(fù)電。因為分站有數(shù)個開出口，數(shù)量在8到16個之間，但每個控制電源的設(shè)備距離不同，如果控電設(shè)備距離較遠，再加上電平的不穩(wěn)，可能會導(dǎo)致控電設(shè)備無法正常使用。因此，要求設(shè)計人員設(shè)計出遠動執(zhí)行器，它接收到信號后，會把信號放大，帶動繼電器工作，另外，也要及時收集執(zhí)行器的使用情況，從而保證執(zhí)行器的正常使用。

4.5傳輸接口設(shè)計

主機下發(fā)的信號會先進行轉(zhuǎn)換處理，把輸出的RS232信號變成TTL信號，并用光電把元件隔離開，讓主機與分站使用的電力不會互相影響，減少電力之間的干擾，指示燈會顯示信號的傳輸過程。這些傳輸過程結(jié)束后，再次進行信號的轉(zhuǎn)換，讓信號變成485信號制，由分站接收。

5結(jié)語

綜上所述，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造，可以通過使用設(shè)備的優(yōu)化升級實現(xiàn)，即按照整體的設(shè)計要求，優(yōu)化主機、傳感器、分部終端、處理器與傳輸接口的設(shè)計，比如傳感器性能與供電不穩(wěn)，傳輸線路容易被干擾等，通過實現(xiàn)設(shè)備的升級優(yōu)化，確保傳感器檢測結(jié)果的真實，讓信號有效傳輸。這不僅可以提高設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性，同時也可以完善系統(tǒng)功能，提升系統(tǒng)的整體性能，改善系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)狀，從而減少礦井安全事故。

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