張洪亮 洪玉玲
(中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司 遼寧省撫順市 113122)
現(xiàn)如今,探討如何提升煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化水準(zhǔn),重點(diǎn)闡述了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與關(guān)鍵構(gòu)成,具體分類及其系統(tǒng)的基礎(chǔ)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),且通過比對(duì)接下來安全監(jiān)控系統(tǒng)在當(dāng)前應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集方式,由上電通知、數(shù)據(jù)讀取方式、本地?cái)嚯娗闆r、異地?cái)嚯娗闆r、自診斷情況及其報(bào)警狀態(tài)信息情況等多角度針對(duì)主從數(shù)據(jù)采集方法和多主數(shù)據(jù)采集方法實(shí)施了對(duì)比,全方位匯總出多種數(shù)據(jù)采集方式均呈現(xiàn)出不同程度的優(yōu)缺點(diǎn),進(jìn)一步給煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)合情合規(guī)的選取數(shù)據(jù)采集方式帶來啟迪。
現(xiàn)如今,煤礦綜合自動(dòng)化技術(shù)全方位鋪開使用,礦井下數(shù)個(gè)系統(tǒng)從人工替換成為集控,在從礦井下集控替換成為地面集控,且有少數(shù)系統(tǒng)完成了全自動(dòng)化無人值守模式運(yùn)轉(zhuǎn)。我礦當(dāng)前排水壓風(fēng)、膠帶運(yùn)輸、架空乘人等七個(gè)系統(tǒng)完成遠(yuǎn)程監(jiān)控、工業(yè)電視、人員定位、擴(kuò)播電話、副井提升、巷道運(yùn)輸、主扇等13個(gè)系統(tǒng)連接我礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)集成平臺(tái),整體達(dá)成地面對(duì)于井下排水、猴車,膠帶系統(tǒng)集中監(jiān)控。上述自動(dòng)化子系統(tǒng)集成于IFIX系統(tǒng),且經(jīng)過數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)預(yù)警完成資源共享,從而完成集中監(jiān)控與管控。之前系統(tǒng)絕大部分使用三菱FX2N系列PLC,通訊協(xié)議是mobus TCP/IP,接入方法是:井下場地添加MOXA NPort5210串口服務(wù)器。
圖1:拓?fù)浣M成圖
地面遠(yuǎn)控實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)中,發(fā)生0PC驅(qū)動(dòng)收集三菱FX2N系列PLC出現(xiàn)的問題時(shí):首先,設(shè)備場地檢修完成送電之后,地面上位機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)常發(fā)生收集不到信息;其次,設(shè)施在地面集控模式下運(yùn)轉(zhuǎn)中,地面數(shù)據(jù)中心發(fā)生不可獲取系統(tǒng)信息。對(duì)于地面集控發(fā)生上述現(xiàn)象,伴隨著自動(dòng)化系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展,隨之找出原系統(tǒng)應(yīng)用三菱FX2N系列PLC,無法遠(yuǎn)程接入及其把控,我礦需要制定下述策略:首先,在系統(tǒng)創(chuàng)建早期設(shè)備選型時(shí),需要原廠家給予設(shè)備PLC應(yīng)用西門子S7-300 型,同時(shí)給予RJ45通訊接口。其次,借助原廠家給予的接口設(shè)立本礦IP,上位機(jī)應(yīng)用OPC驅(qū)動(dòng)直接關(guān)聯(lián)場地設(shè)施,且發(fā)出命令。
參照現(xiàn)階段通信技術(shù)的應(yīng)用,將煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)分開歸類以下幾種:首先,串行通信技術(shù)使用, RS232與RS485等;其次,場地總線通信技術(shù)AN、LonWorks 與ProfiBus等詳盡使用;最后,以上兩種類技術(shù)方式與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)完美的融合在一起。參照主機(jī)詢問方式煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)分開歸類如下幾種:
(1)主從形式詢問,主機(jī)通過從機(jī)給予讀取信息指令,且在主機(jī)收獲到此指令時(shí),從而將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī);
(2)多主方式,每個(gè)節(jié)點(diǎn)無要求狀況下無法傳送信息,然而,具體新狀態(tài)改變或完成預(yù)期設(shè)置信息傳送至周期后,節(jié)點(diǎn)則把信息傳送到有關(guān)主機(jī)中;
(3)主從結(jié)合多主方式。
煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)基本組成和拓?fù)錁?gòu)造通常情形下,安全監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵組成其中位置為執(zhí)行單元、傳感器、電源箱等,如圖1典型的拓?fù)浣M成展示。
從理論角度出發(fā)來探討,礦井井下組成關(guān)鍵點(diǎn)是巷道和作業(yè)面,而樹形為構(gòu)造,其特性是發(fā)生在很長主干與枝節(jié),一方面少數(shù)枝節(jié)不具備太多節(jié)點(diǎn),非常簡便,另一方面節(jié)枝節(jié)不具備很多節(jié)點(diǎn),且非常簡便,一部分枝節(jié)楊丹復(fù)雜,雖存有非常多的節(jié)點(diǎn)。畢竟當(dāng)前巨大多數(shù)煤礦全面設(shè)置了信息環(huán)網(wǎng),所以主干全面涵蓋被網(wǎng)絡(luò)全部的掩蓋,要想將安全監(jiān)控系統(tǒng)獲得高效的接人,需要堅(jiān)持自主積極使用的主干通信,從而高效處置枝干至每個(gè)節(jié)點(diǎn)供電、通信及其控制難題。例如上圖顯示,第一部分為主干網(wǎng)絡(luò),關(guān)鍵組成為地面中心交換機(jī)或數(shù)個(gè)防爆交換設(shè)施,整體構(gòu)成一種百兆或千兆通信網(wǎng)絡(luò);第二部分,場地總線網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是組合關(guān)鍵點(diǎn);第三部分,二級(jí)場地總線網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)關(guān)、分站和下部傳感器為關(guān)鍵組成;且第三部分與第四五部是某種混合網(wǎng)絡(luò),即為傳感器與分站處于同樣的網(wǎng)絡(luò)中。
監(jiān)控系統(tǒng)通常使用數(shù)據(jù)收集方法主要是主從、多主與主從和多主相互融合三種,此三種方法體現(xiàn)出不同的優(yōu)缺點(diǎn),可依據(jù)實(shí)踐情況具體篩選最理想方法。
(1)上電通知即為設(shè)施和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施關(guān)聯(lián)后,能夠把通知數(shù)據(jù)傳送到中心站。其連接分站之后,主體不可實(shí)施獲取數(shù)據(jù),對(duì)于此則要中心站額主體來進(jìn)行巡查,一旦不能盡早針對(duì)節(jié)點(diǎn)地址有所把控,則無法斷定此節(jié)點(diǎn)有沒有存在。多主形式為隨用隨插,在接入節(jié)點(diǎn)后,其能夠把上電通知盡早發(fā)出,隨后則是等候主機(jī)給出具體反映。
(2)數(shù)據(jù)讀取方法主從形式,一問一答,將通道的占用時(shí)長持續(xù)提高,巡檢周期也會(huì)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)數(shù)目上升,其也會(huì)持續(xù)上升,具體在總線和傳感器關(guān)聯(lián)之后,此方式必將提升總線上訪問命令,在短時(shí)段內(nèi)不可完結(jié)數(shù)據(jù)采集工作。多主形式,及時(shí)傳送遞,只為單向數(shù)據(jù),整體變化通信通道堵塞情況,且及時(shí)信息數(shù)據(jù)上報(bào)時(shí)間極為平穩(wěn),而在跟總線傳感器連接后,數(shù)據(jù)收集總周期不能伴隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量上升而發(fā)生其他改變。
(3)本地?cái)嚯娭鲝男问?,分站針?duì)數(shù)據(jù)實(shí)施收集、識(shí)別及其處置進(jìn)程中,斷電信息一旦上傳至地面主機(jī),最長要經(jīng)過一個(gè)巡檢周期。多主形式,分站針對(duì)信息采集、辨別及其解決實(shí)踐中,節(jié)點(diǎn)以最快速率將數(shù)據(jù)傳遞至地面主機(jī)。
(4)異地?cái)嚯娭鲝姆绞?,分站借助地面主機(jī)將操控命令直接傳遞至被控節(jié)點(diǎn),假設(shè)主機(jī)位于離線狀況,最終無法完成異地?cái)嚯姴倏?。多主形式,?duì)于被控節(jié)點(diǎn),能夠嚴(yán)格操控,完成操控后,傳遞至地面主機(jī),主機(jī)與控制操相互間無必然關(guān)聯(lián)。
(5)自診斷以及其他信息主從形式,部分信息在傳送基進(jìn)程中,巡檢周期持續(xù)增長。多主形式,能在通信間隙進(jìn)行上報(bào)。
(6)主從形式報(bào)警狀況信息,針對(duì)傳感器每研究數(shù)據(jù),分站能快速高效采集項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù), 隨后待到主機(jī)巡查,最長需要分開經(jīng)過中心站主機(jī)及其分站巡檢周期才能獲得相關(guān)數(shù)據(jù),多主方式,所發(fā)生的新狀況改變時(shí),節(jié)點(diǎn)可將警示狀況數(shù)據(jù)實(shí)施傳遞至主機(jī)中。
(1)最大巡檢周期,參照AQ 6201 2006中的具體所講結(jié)果是,其在系統(tǒng)位于滿容量環(huán)境中,傳感器之后發(fā)生輸出變化,隨后傳送至主機(jī)顯示所用的時(shí)長。依據(jù)有關(guān)安全性原則,系統(tǒng)務(wù)必重點(diǎn)關(guān)注某些敏感性數(shù)據(jù),重點(diǎn)依據(jù)主要流程來進(jìn)行排序,具體為:對(duì)于斷電實(shí)施操控情況信息不小于報(bào)警情況數(shù)據(jù)不小于節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生故障的狀態(tài)信息不小于實(shí)時(shí)變動(dòng)信息。主要為多主形式可盡快傳送變化數(shù)據(jù),因此前三項(xiàng)中的信息可被及時(shí)傳送至主機(jī),同時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)能夠在1個(gè)巡查周期中實(shí)施上傳,然而主從形式當(dāng)中分站里面的全部數(shù)據(jù)都能同步傳送,最不理想情況就是在一個(gè)巡檢周期之后才能發(fā)送到中心站的主機(jī)上面。
(2)節(jié)點(diǎn)設(shè)施的安裝運(yùn)轉(zhuǎn)。通過使用多主方式,上電通知能夠盡早傳遞至主機(jī)當(dāng)中,針對(duì)設(shè)施每個(gè)有關(guān)信息實(shí)施匯報(bào),等到監(jiān)控人員處理,此主從形式需要率先把握每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)施地質(zhì),隨后方才能夠?qū)嵤┰L問。
(3)地址沖突的自動(dòng)識(shí)別。諸多傳感器一同應(yīng)用一個(gè)地址后,系統(tǒng)通過使用多主形式能夠高效推斷出形成地址沖突的設(shè)施,盡早把有關(guān)信息傳遞至安全及其監(jiān)控設(shè)施人手里,致使傳感器地址誤被篡改,提高系統(tǒng)平穩(wěn)性,避免兩個(gè)設(shè)施共同運(yùn)行進(jìn)一步產(chǎn)生巨大損害,縮短施工人員往返來回井下的工作量。
(4)異地?cái)嚯姟R话悴扇《嘀餍问?,能夠迅速提高每個(gè)設(shè)施相互間的異地控制,同時(shí)互相溝通之后創(chuàng)建起緊密的關(guān)聯(lián),不用中心站轉(zhuǎn)發(fā),致使異地控制的高效性獲得了極大鼓勵(lì)。第五,故障數(shù)據(jù),在設(shè)備發(fā)生問題時(shí),多主形式能夠把有關(guān)數(shù)據(jù)盡早傳送出去。
(5)系統(tǒng)軟件處置,采取多主形式所產(chǎn)生的每個(gè)數(shù)據(jù)完全經(jīng)過有關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)施進(jìn)行傳送,與分布式處置各個(gè)關(guān)鍵因素相吻合,中心站只顧接收數(shù)據(jù),從而減少了中心站軟件系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的工作量,強(qiáng)化處理數(shù)據(jù)的技能,規(guī)避系統(tǒng)丟失數(shù)據(jù)等難題。
煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)選用三級(jí)聯(lián)網(wǎng)模式,尤其在煤礦單位部署數(shù)據(jù)采集前置機(jī),經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集煤礦安全監(jiān)控、人員定位、水文監(jiān)測、供電監(jiān)測、沖擊地壓等不同的監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),依靠省級(jí)煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察相關(guān)部門的基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)過專線、互聯(lián)網(wǎng)、VPN傳輸?shù)绞〖?jí)煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門,同樣依靠國家煤礦安全監(jiān)察局的基本設(shè)施,在審計(jì)煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察相關(guān)部門部署數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng),把煤礦檢測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送到國家煤監(jiān)局,隨后國家煤礦安全監(jiān)察局依據(jù)業(yè)務(wù)要求,研發(fā)重大風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、綜合風(fēng)險(xiǎn)解析、事故應(yīng)急支持及其風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)研判等相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)。針對(duì)煤礦工業(yè)視頻。經(jīng)過在煤礦單位、審計(jì)煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察相關(guān)部門、國家煤監(jiān)局建設(shè)視頻管理平臺(tái),及其各層級(jí)視頻管理平臺(tái)級(jí)聯(lián)對(duì)接。
尤其在對(duì)于煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的使用中顯現(xiàn)出的各種問題實(shí)施解析進(jìn)程中,務(wù)必對(duì)于系統(tǒng)設(shè)定的需求與安裝標(biāo)準(zhǔn)等實(shí)施細(xì)化操控,從而保證系統(tǒng)使用的性能完備。具體來講,尤其在細(xì)化系統(tǒng)使用方面重點(diǎn)包含了針對(duì)煤礦安全監(jiān)測控制系統(tǒng)的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)解析及其安裝要求的具體執(zhí)行等。當(dāng)中在煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)解析方面,重點(diǎn)是經(jīng)過統(tǒng)一系統(tǒng)的需求、性能、配置及其狀態(tài)等基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的使用初步需求;同時(shí)對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部每個(gè)設(shè)備的使用狀況實(shí)施全方位的解析,明確系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性。并且在系統(tǒng)安裝的具體要求方面,務(wù)必為經(jīng)過固定與嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)解析使用安裝狀況從而更好的確保設(shè)備能夠安全、高效的發(fā)揮巨大作用,從而明確井下工作的安全性,且發(fā)揮出更好的監(jiān)測效果。
在煤礦單位的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)傳送重點(diǎn)是以主從結(jié)構(gòu)為主導(dǎo),然而,實(shí)施進(jìn)程中卻欠缺了通信、物理協(xié)議,所以在創(chuàng)建多主冗余系統(tǒng)方面表現(xiàn)出不同的困難程度。而在安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中,經(jīng)過總線將系統(tǒng)分站關(guān)聯(lián)起來,分站子系統(tǒng)相互間欠缺很高的兼容水準(zhǔn),造成數(shù)據(jù)傳送穩(wěn)定性下降,系統(tǒng)的實(shí)踐使用性能極差,從而造成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控效果極低。尤其在將來煤礦單位實(shí)施安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)建造進(jìn)程中,務(wù)必要重點(diǎn)關(guān)注與子系統(tǒng)建造的相關(guān)工作執(zhí)行到位,完備礦井光纖環(huán)網(wǎng)傳輸建造,高效地針對(duì)每個(gè)站點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況實(shí)施監(jiān)控,同時(shí)把相關(guān)信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)接口傳送至地面相關(guān)設(shè)備。
4.4.1 最大巡檢周期
參照AQ 6201 2006中原則獲知,其在系統(tǒng)位于滿容量環(huán)境中,傳感器出現(xiàn)輸出改變,被傳遞到主機(jī)顯示需要的時(shí)長。參照相關(guān)安全性原則,系統(tǒng)所比較突出的敏感問題,比如:重點(diǎn)依靠嚴(yán)流程來進(jìn)行按順序規(guī)劃,詳盡是:針對(duì)斷電進(jìn)行操控的狀況遠(yuǎn)勝于報(bào)警狀況數(shù)據(jù)大于節(jié)點(diǎn)發(fā)生的故障。情況數(shù)據(jù)大于及時(shí)變動(dòng)數(shù)據(jù)。畢竟多主形式能夠?qū)崟r(shí)傳遞狀態(tài)的變動(dòng)信息,基于此,前三項(xiàng)中數(shù)據(jù)能被及時(shí)傳送至主機(jī),同時(shí)有關(guān)信息可1個(gè)巡檢周期當(dāng)中實(shí)施上報(bào),隨后主從形式中分站內(nèi)的任何信息整體一同傳遞,最壞結(jié)果就是1個(gè)巡檢周期之后才能發(fā)送到中心站主機(jī)上。
4.4.2 地址沖突自主辨別
數(shù)個(gè)傳感器一同擁有一個(gè)地址,系統(tǒng)可采集多主形式能夠高效推斷出發(fā)生地址沖突設(shè)施,且實(shí)施把有關(guān)數(shù)據(jù)傳送至安裝及其監(jiān)控設(shè)施技術(shù)員手中,從而將傳感器地址進(jìn)一步獲得修正,提升系統(tǒng)穩(wěn)定性,防止兩個(gè)設(shè)施一同運(yùn)行產(chǎn)生巨大損失,減少技術(shù)員往返井下的工作量。
近些年,安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)在煤礦單位中起到了關(guān)鍵性效果,煤礦單位務(wù)必加強(qiáng)投入,創(chuàng)建健全安全規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)體系。其詳細(xì)劃分為六大體系:供水施救體系、人員定位體系、監(jiān)測監(jiān)控體系、壓風(fēng)自救體系、緊急避險(xiǎn)與通信聯(lián)絡(luò)體系。此六個(gè)子系統(tǒng)相互間密切關(guān)聯(lián),且有機(jī)組合成為一個(gè)整體,并且確保煤礦礦井安全生產(chǎn)。尤其在煤礦安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)中的關(guān)鍵內(nèi)容為煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng),一旦井下突發(fā)安全生產(chǎn)事故時(shí),能夠給煤礦井下操作人員提供緊急避險(xiǎn)的場所;技術(shù)人員定位系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)一起構(gòu)成了煤礦井下事故產(chǎn)生前的預(yù)防系統(tǒng);壓風(fēng)自修系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)在煤礦井下出現(xiàn)意外事件與險(xiǎn)情之后給煤礦井下避險(xiǎn)逃生人員提供必備的自救設(shè)施。經(jīng)過上述完備的相關(guān)措施,不但能夠強(qiáng)化煤礦單位針對(duì)煤礦井下相關(guān)工作的監(jiān)督與管理能力,同時(shí)最大程度的提高煤礦單位的事故預(yù)警與事故發(fā)生之后應(yīng)急救援的相應(yīng)技能,從而全方位確保煤礦井下操作人員的人身與煤礦單位財(cái)產(chǎn)安全的有效途徑。
總而言之,首先,經(jīng)過采取多主方式,此系統(tǒng)會(huì)具有更高的智能性、狀態(tài)反饋也具有很高的實(shí)時(shí)性、安全提示會(huì)具有較強(qiáng)的精準(zhǔn)性、異地?cái)嚯妱t具有較高的有效性。經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施高效傳送,能夠使中心站主機(jī)的工作量持續(xù)下降,而狀態(tài)數(shù)據(jù)不用在借助主機(jī)實(shí)施二次處置,從而提高了使用硬件資源效率,降低通信寬帶占有比例。其次,使用多主方式,傳感器與分站位于相同總線之上,導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)施具有科學(xué)性。最后,如何加強(qiáng)安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、安全性與智能化水準(zhǔn),且方便快速反應(yīng),出產(chǎn)此系統(tǒng)供應(yīng)商需要針對(duì)數(shù)據(jù)采集方式實(shí)施科學(xué)調(diào)整,經(jīng)過多種方法在應(yīng)用進(jìn)程中產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)實(shí)施比對(duì)解析,或嘗試使用混合方法,推動(dòng)此系統(tǒng)的性能獲得極大的提高。