淺談尾礦庫自動化監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

趙炯亮

（中冶北方（大連）工程技術有限公司，遼寧省 大連市 116622）

依據(jù)GB51108-2015 工程技術規(guī)范，尾礦庫安全監(jiān)測項目應根據(jù)尾礦壩筑壩方式分成濕排尾礦庫和干式堆存尾礦庫，設計等別均為一至五等，其中，一等至三等庫應設計自動化安全監(jiān)測項目系統(tǒng)。

尾礦庫自動化在線監(jiān)測對象主要為尾礦壩、庫區(qū)及排洪設施，其系統(tǒng)是對監(jiān)測項目內的各個檢測設備（表面及內部位移、浸潤線、干灘、庫水位、降雨量、視頻監(jiān)控等）對尾礦庫重要運行數(shù)據(jù)實時采集，經由通訊接口，將數(shù)據(jù)通過光纖、無線網橋等方式傳送至數(shù)據(jù)中心，經數(shù)據(jù)中心的服務器數(shù)據(jù)處理，將之轉化為直觀的圖像或預警信息，方便第一時間對數(shù)據(jù)的異常得到警示，保障尾礦庫安全運行。

1 監(jiān)測儀器主要技術指標

考慮平臺的整體融合度和監(jiān)測系統(tǒng)的完整性，選定監(jiān)測儀器設備及技術指標如表1。

2 主要自動化在線監(jiān)測項目數(shù)據(jù)采集及通訊方案

在尾礦庫庫內利用布置的監(jiān)測儀表及傳感器進行工程測量、數(shù)據(jù)采集，通過網絡通訊及計算機技術將數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)測、監(jiān)控、分析及預警。

尾礦庫自動化在線監(jiān)測項目應契合的要求如下：

（1）應兼容模擬量信號及數(shù)字量信號的監(jiān)測儀器儀表；

（2）平均無故障時間不應小于180 天；

（3）數(shù)據(jù)采集缺失率不應大于2%；

（4）瞬態(tài)電位差應小于1000 W；

（5）防雷電感應不應小于500W；

（6）現(xiàn)場監(jiān)測設備失電運行時間不應小于72h；

（7）單點采集時間應小于30s；

（8）巡測時間不應大于30min；

（9）工作環(huán)境應適用當?shù)貧夂颍?/p>

（10）交流供電電源應為220V±20V、50HZ±1HZ 或直流供電電源5 ～24V；

（11）數(shù)據(jù)中心接地電阻不應大于4 歐姆，庫區(qū)監(jiān)測設備接地電阻不應大于10 歐姆。

表1 監(jiān)測儀器主要技術指標

2.1 表面位移監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

采用GNSS 技術對表面位移監(jiān)測進行實時自動化在線監(jiān)測，應用COM 口數(shù)據(jù)輸出，經過串口轉換器轉換成RS485 信號，通RS485 專用數(shù)據(jù)通訊線纜 、無線組網方式等方式將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心，再通過光纖傳送至監(jiān)控中心。

2.2 內部位移監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

內部位移監(jiān)測分為內部水平位移與內部豎向位移監(jiān)測，分別采用固定測斜儀和電磁沉降儀對壩體內部進行自動化在線監(jiān)測，每個測量點通過RVSP—4 X 0.75、銅編織屏蔽+鋁箔屏蔽、2 股雙絞線連接和采集儀相連來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。采集儀輸出為RS485，通過RS485 專用數(shù)據(jù)通訊線纜將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心，再通過光纖傳送至監(jiān)控中心。

2.3 外坡比監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

外坡比監(jiān)測是利用表面位移監(jiān)測點設置壩體堆積壩外坡比，其數(shù)據(jù)通訊為表面位移監(jiān)測通訊方式。

2.4 浸潤線監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

采用VWP 型振弦式滲壓計，進行自動化在線監(jiān)測。滲壓計傳感器使用RVVP4×0.35+1×0.35 水工通訊線纜連接至數(shù)據(jù)采集儀，采集儀輸出為RS485，通過RS485 專用數(shù)據(jù)通訊線纜傳送至數(shù)據(jù)中心，再通過光纖傳送至監(jiān)控中心。

2.5 干灘監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

利用超聲波物位計，在設定的監(jiān)測點立桿進行自動化在線監(jiān)測。超聲波物位計輸出的是GPRS 信號，經串口網關轉換為TCP/IP 信號，再由無線網橋將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。

2.6 庫水位監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

利用超聲波或雷達的液位檢測儀表對庫水位進行自動化在線監(jiān)測。超聲波液位計輸出為RS485 信號，經串口網關轉換為TCP/IP 信號，再由無線網橋將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，再通過光纖傳送至監(jiān)控中心。

2.7 視頻監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

視頻監(jiān)測采用高清紅外網絡球機，攝像機支持TCP/IP經光纖把視頻信號傳輸?shù)奖O(jiān)控中心大屏幕。攝像機主要參數(shù)應滿足下列要求：

（1）200 萬像素；

（2）紅外夜視距離：100m；

（3）20 倍光學變倍，16 倍數(shù)字變倍；

（4）防雷、防浪涌、防突波，IP66 防護等級；

（5）支持以太網控制；

（6）水平方向360 度連續(xù)旋轉，垂直方向負15 度、負90 度，無監(jiān)視盲區(qū)；

（7）供電：220 伏交流電源。

2.8 降雨量監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及通訊

利用翻斗式雨量計對降雨量進行在線監(jiān)測，雨量計布置在值班室的房頂。頂部設置避雷針，并設置相應接地極方式防護直擊雷，信號傳輸設備加裝信號隔離器防止感應雷擊造成損壞。

2.9 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由服務器、監(jiān)測站、在線監(jiān)測軟件、硬盤錄像機、UPS 電源、大屏幕、交換機網絡柜及其他硬件設備等組成。數(shù)據(jù)中心對所有子系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進行處理，將之轉化為直觀的圖像或預警信息，并存儲備份到服務器上。

3 發(fā)展方向

3.1 建立尾礦庫安全監(jiān)測云平臺

隨著云計算和服務的成熟和完善，尾礦庫安全監(jiān)測可以將所有的系統(tǒng)部署到云端。安全監(jiān)測云平臺基于云計算技術進行構建，其系統(tǒng)構架如下圖所示：

圖1 平臺構架

現(xiàn)場傳感器采集數(shù)據(jù)后后送到安全監(jiān)測云數(shù)據(jù)庫，尾礦庫生產管理部門通過安全監(jiān)測云平臺對監(jiān)測信息進行分析，指導現(xiàn)場生產。同時，安全生產監(jiān)督管理部門可以通過網頁對安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行瀏覽、訪問。云平臺分析，報警信息也可以通過應用軟件發(fā)送到各方。在必要的時候，可以求助專家系統(tǒng)進行技術支持。

3.2 增加手機app 進行查詢和監(jiān)測

云平臺提供了數(shù)據(jù)和互聯(lián)網基礎，可利用手機app 對尾礦庫安全監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行查詢和監(jiān)測。手機app 程序相對于傳統(tǒng)的PC 機應用程序以及網頁程序具有安裝便捷、可隨身攜帶、隨時隨地地傳達和接納信息的優(yōu)勢，尾礦庫安全監(jiān)測平臺的各級使用者可實現(xiàn)移動辦公，不必固守電腦前，大幅度地提高了工作效率，降低了人工成本。

3.3 增加安全監(jiān)測報警的短信通知和消息推送

在云平臺增加應用程序提供短信通知和消息推送的服務，在傳統(tǒng)的聲光報警外，提供了手機短信報警、電子郵件報警、手機APP 消息報警，將警報信息推送至相關人員，以便及時采取措施，防范安全事故的發(fā)生。

4 結語

尾礦庫安全穩(wěn)定性是礦山安全的重要內容之一，也是監(jiān)測監(jiān)控的重點內容。隨著礦業(yè)的發(fā)展，尾礦庫的安全事故的頻發(fā)，更能體現(xiàn)出尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)預警信息的重要性，避免因事故造成生命財產的危害，對人身安全、財產的損失及環(huán)境保護具有經濟和社會效益。