煤矿安全监控系统升级改造及关键技术研究.pdf

第 4 3卷 第 2 期 2 0 1 7年 2月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o ma t i o n Vo 1 ． 4 3 NO ． 2 Fe b ． 2 O 1 7 煤 矿安 全监 控 系统 升级 改造 ◆_ ．⋯ ．⋯ ． ◆ ． ． ◆ ．， ◆I 1 ◆l ．1 ◆1◆ 【 编者按】 煤矿安全监控 系统是防治煤矿 瓦斯 、 火灾、 水害、 冲击地压、 煤尘、 冒顶等重特大事故的重要工具 ， 在 煤矿 安 全 生产 中发 挥 着 重要 作 用 ， 但 在 实 际使 用过 程 中也 暴 露 出很 多问题 。2 0 1 5年 1 1月 2 5 日， 国家煤 矿 安 全 监察 局科 技 装备 司发 布 了 关 于征 求 煤矿 安 全 监控 系统升 级 改造 技 术方 案 征 求 意 见 稿 意 见 的 通 知 ， 指 出国家煤 矿安 全监 察局 拟 于“ 十 三五 ” 期 间 开展 煤矿 安 全监 控 系统 升 级 改造 工 作 。一 年 多 来 ， 各 安 全 监 控 系统研发 和 生产 厂 家按 照 煤 矿安 全监控 系统升 级 改造 技 术 方案 征 求 意见 稿 要 求 ， 对 各 自产品 进行 了升 级设 计 。 为促 进科 研 成果 交 流 ， 我刊 策 划 了“ 煤矿 安全 监控 系统升级 改造 ” 专题 ， 邀请 安 全监控 系统研发 和生产厂家的相关科研人 员撰稿， 深入解析煤矿安全监控 系统升级改造 中的关键技术 ， 以期有效推动我国煤 矿 安 全监控 系统 升级 改造进 程及 科研 成 果在 煤矿 现 场的应 用 。2 0 1 6年 1 2月 2 9 日， 国 家煤矿 安 全 监察 局 印 发 了 煤矿 安 全监控 系统升 级 改造技 术 方案 。 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 2 0 0 0 1 0 6 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 2 ． 0 0 1 汪丛笑． 煤矿安全监控系统升级改造及关键技术研究[ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 7 ， 4 3 2 1 - 6 ． 煤矿安全监控系统升级改造及关键技术研究 汪 丛 笑 ， 1 ． 中煤科工集团常州研究 院有限公 司， 江苏 常州 2 1 3 0 1 5 ； 2 ． 天地 常州 自动化股份有限公司，江苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘 要 指 出 目前煤 矿安 全监 控 系统应 用 中存在 的 主要 问题 是 传 感 器性 能 、 供 电 不稳 定 ， 传 输 线路 易受 干 扰 ， 系统技术水平有差异， 相关标 准不完善等 ； 分析 了 煤矿安全监控 系统升级改造技术方案 征 求意见稿 中关于 系统功 能 、 性 能 、 通信 接 口等 方 面的技 术要 求 ； 结合 煤 矿 安全 监控 系统 升级 改造技 术 方案 征 求意 见 稿 相 关要 求 ， 提 出 了新 一代煤 矿安 全监 控 系统 的设 计方 案 ， 着重介 绍 了新一代 煤 矿安 全监控 系统采 用的 关 键技术 ， 包括新型数字传感技术， 多系统数据融合技术， 分布式、 事件本地、 异地控制技术 ， 电磁 兼容技术， 设 备故障诊断技术 ， 即插即用技术， 断线续传技术等 。 关键词 煤矿安全监控 ；升级改造 ； 数字传感器 ；多系统数据融合；电磁 兼容； 故障诊断 ； 即插即用 ； 断 线 续传 中 图分类 号 T D7 6 文献 标志 码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 0 1 2 2 1 0 0 5 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ ww w． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 0 1 2 2 ． 1 0 0 5 ． 0 0 1 ． h t ml Re s e a r c h o n up g r a d i n g o f c o a l mi n e s a f e t y mo ni t o r i n g a n d c o nt r o l s ys t e m a nd i t s ke y t e c h no l o g i e s W ANG Con gx i a o ， 1． CCTEG Cha n g z h ou Re s e a r c h I n s t i t ut e ，Cha ng hz ou 2 1 3 01 5，Ch i na； 2． Ti a n d i Ch a n g z h o u Au t o ma t i o n C o ． ，Lt d ． ，Ch a n g z h o u 2 1 3 0 1 5 ，C h i n a Ab s t r a c t M a i n pr o bl e ms a bo u t a ppl i c a t i on o f e x i s t i ng c oa l m i ne s a f e t y mon i t o r i ng a n d c o nt r o l s ys t e m we r e po i n t e d o u t ， s uc h a s u ns t a bl e s e ns o r p e r f o r m a nc e a nd po we r s u pp l y， po o r a nt i ～ i n t e r f e r e nc e 收稿 日期 2 0 1 6 1 1 - 0 3 ； 修 回 日期 2 0 1 6 1 2 2 5 ； 责任编辑 李明 。 基金项 目 煤炭科学研究总 院科技创新基金 资助项 目 2 0 1 5 Z Y J 0 0 6 。 作者简介 汪丛笑 1 9 7 o 一 ， 男 ， 安徽 宁国人 ， 高级工程 师， 主要从事煤矿安全监控技术研究工作 ， E ma i l w c x s l j 1 2 6 ． c o rn。 2 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 p e r f or ma nc e of t r a ns mi s s i o n l i n e s， d i f f e r e nt s ys t e m t e c hn ol o g y l e v e l ， i n c o mpl e t e s t a nd a r ds a nd S O o n． Te c h n o l o g y r e q u i r e me n t s o f T e c h n o l o g y s c h e me s o f u p g r a d i n g o f c o a l mi n e s a J ’ e t y mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m e xp o s u r e d r a f t we r e a n a l y z e d a b o u t s y s t e m f u n c t i o n s ，p e r f o r ma n c e s a n d c o mmu n i c a t i o n i n t e r f a c e s ．A d e s i g n s c h e me o f n e w c o a l mi n e s a f e t y mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m wa s p r o p o s e d a c c o r d i n g t o r e q u i r e me n t s o f Te c h n o l o g y s c h e me s o f u p g r a d i n g o f c o a l mi n e s a f e t y mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m e x po s u r e d r a ft ．Ke y t e c h n o l o g i e s o f t h e n e w s y s t e m we r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l s i n c l u d i n g n e w d i g i t a l s e n s i n g，mu l t i s y s t e m d a t a f u s i o n，d i s t r i b u t e d ／ l o c a l e v e n t ／ r e mo t e c o n t r o l ，e l e c t r o ma g n e t i c c o mp a t i b i l i t y ， f a u l t d i a g n o s i s ，p l u g a n d p l a y ，r e s u mi n g f r o m b r o k e n p o i n t ，e t c ． Ke y wo r d s c o a l mi n e s a f e t y mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l ；u p g r a d i n g；d i g i t a l s e n s o r ；mu l t i s y s t e m d a t a f u s i o n；e l e c t r o ma g n e t i c c o mp a t i b i l i t y；f a u l t d i a g n o s i s ；p l u g a n d p l a y ；r e s u mi n g f r o m b r o k e n p o i n t 0 引言 安全监控系统是煤矿安全生产 的重 要保障系 统 ， 也是安全避险“ 六大系统” 的重要组成部分 ， 已纳 入国家安全生产监督管理总局确定 的安全生产“ 七 大攻坚举措” 。目前中国煤矿均 已安装安全监控系 统 ， 为防范和减少煤矿重特大事故发挥了重要 的监 控 、 预警作用 ， 但存在系统技术落后 ， 稳定性 、 可靠性 有待提高等问题。 2 0 1 5年 1 1 月 2 5日， 国家煤矿安全监察局科技 装备司发布了 关于征求 煤矿安全监控系统升级改 造技术方案 征求意见稿 意见 的通知 。通知指 出 “ 为 充分 发挥 安 全监 控 系 统 的 重 要作 用 ， 提 升煤 矿安全保 障能力 ， 国家煤矿安监局拟于‘ 十三五 ’ 期 间开展煤矿安全监控系统升级改造工作” r 1 ] 。 煤 矿安 全 监 控 系统 是 涉 及 计 算 机 、 微 处 理 、 通 信 、 传感等多学科 的综合性系统， 内容复杂 ， 技术要 求高， 有必要对安全监控系统升级改造的关键技术 进 行研究 。 1 煤矿 安 全监控 系统 应 用中存 在 的问题 1 ． 1传感 器性 能不稳 定 井下环境恶劣， 湿度及粉尘大 ， 甚至伴有腐蚀性 气体 ， 导致传感器 电路 、 感应元件 、 接插件等容易氧 化， 接触不 良， 造成工作不可靠 。传感器在进水 、 受 到振动 和猛 烈撞 击 时 ， 输 出数 据 会 发 生 失 真 。井下 空间狭小， 存在复杂 的强 电场、 磁场干扰源， 导致部 分传感器出现误报甚至不能工作。目前采用的传感 技术落后 ， 甲烷 、 一氧化碳等环境参数传感器仍采用 催化 、 电化学技术， 寿命短 ， 工作稳定性差 ， 且存在零 点漂移 。部 分传 感 器 元件 一 致 性 差 ， 测 量 易 受 干 扰 气体影响 ， 测量精度低。 1 ． 2传 感 器供 电不稳 定 AQ 6 2 0 1 --2 0 0 6 煤矿安全监控 系统 通用技术 要求 规定 甲烷传感器 到分站的传输距离不得小于 2 k m。随着工作面推进 ， 现场需要 甲烷传感 器到分 站的本质安全供电距离已经超过 6 k m， 距离远 ， 线 路上的压降及干扰增大 ， 造成传感器无法正常启动 ， 且存在频繁复位等现象 。 1 ． 3 传 输线路 易受 干扰 传感器与分站之间采用 2 0 0 1 0 0 0 Hz 模拟信 号单向无校验传输方式 ， 抗干扰能力差 ， 易受传输线 路干扰， 且无法分辨 。目前大多数安全监控系统的 传感器和分站的抗 干扰设计考虑不充分 ， 未从 接 口 防护 、 布线方式等方面进行抗干扰设计和严格试验 ， 且在技术方面， 抗干扰设计与本质安全设计 相互矛 盾 ， 这是 目前传输线路易受干扰的内因。 安全监控系统具有测点多 、 分布广、 传输距离长 等特点 ， 传感器到分站的距离从几 十米到数千米不 等 ， 极易受到外部信号的干扰 ， 主要包括 在井下狭 小的空间内， 本质安全型传感器弱 电信号线与动力 电缆多为平行敷设 ， 形成一个耦合回路 ； 大型电气设 备启动和停止时会产生浪涌干扰； 井下变频设备 、 大 功率设备工作时会释放强烈 的电磁干扰 I 。这些外 部干扰会对信号传输造成较大影响 ， 导致系统极易 产生误报警 ， 严重时通信中断 ， 设备无法工作 。 1 ． 4 安全监控 系统技术水平参差不齐， 设计安装不 规 范 I 现有生产厂家的安全监控系统 内部数据传 输设备物理接 口协议不规范 ， 各 系统 间通信协议互 不 兼容 ， 且受 G B 3 8 3 6系 列标 准 对 本 质 安全 系 统 整 体认证要求的制约 ， 不 同厂家的数据传输设备互换 性差。系统设计存 在漏洞， 如通 过调整模拟量 比例 系数， 可使监控主机显示 值小于实 际值 ； 测 点超 限 2 0 1 7 年 第 2期 汪丛 笑 煤矿 安 全监控 系统升级 改 造及 关键技 术研 究 3 后 ， 可修改或删除历史数据 ， 从而逃避监管 ； 双机切 换 采 用冷 备方 式 ， 难 以保证 数据 不 丢失 。 2 部分煤矿安装安全监控系统时没有进行专 项 设 计 ， 有 关 作业 规程 、 规 章制度 中均未对 电缆 的敷 设及传感器的种类、 数量、 位置 、 断电范 围等作 出明 确 规 定 。部分 安 全 监控 系统 功 能 不 全 ， 主要 表 现 为 高瓦 斯 和 煤 与 瓦斯 突 出矿 井 未 按 AQ 6 2 0 1 --2 0 0 6 的规 定对 安 全 监 控 系 统 配 设 瓦斯 抽 采 放 监 测 功 能 、 馈 电状 态 监 测 功 能 。部 分 安 全监 控 系统 的井 下 设备本质安全 回路未按 GB 3 8 3 6系列标准要求进 行整体防爆评定 和认证 ， 存在失爆隐患。更严重 的 是 ， 个别煤矿将传感器报警 、 断电浓度调高 ， 不使用 断 电控制 功能 等 ， 导致 系统 安全 作用 丧失 ， 严 重影 响 了煤 矿安 全生 产 。 1 ． 5 相 关标 准规 范不 完善 1 目前 ， 受限于本质安全系统在线检测技术， 且 国家没 有 出 台安全 监控 系统 在用 检测 检验 标 准和 本质安全系统标准化设计标 准， 只有生产厂家 的制 造标 准 ， 目前 在用 的安 全 监 控 系 统 主要 进 行 定 性 分 析检 查 ， 对部 分性 能无 法 进行定 量 分析 。 2 安全监控系统的通信协议 、 数据库、 网络软 件功能要求无统一标准 ， 不便于现场使用监督管理。 3 安 全监 控 系统 的部 分 技 术 要 求 过低 ， 已无 法满足煤矿安全 生产需要 ， 数据安 全性有待提 高。 如异地断电时间指标过低 ， 目前规定异地控制时间 应不大于 2倍 的系统最 大 巡检周 期 ， 即最 长可 达 6 0 S ， 可能造成事故隐患 。 2煤矿 安全 监控 系统 升 级改 造技 术要 点 针对煤矿安全监控系统使用 中存在 的问题 ， 系 统升级改造技术主要归纳为以下 4个部分。 1 系统 可 靠 性 、 稳 定 性 提 高 。安 全 监 控 系 统 设备进行抗电磁干扰试验 ， 模拟量传感器采用数字 传输 ， 鼓励使用激光甲烷传感器 ， 采掘工作面传感器 防护等级提高到 I P 6 5 ， 存储数据加密。 2 系统功能提升 。系统实现分 级报警， 推广 逻辑 报警 ； 完 善就 地 断 电 ， 推行 区域 断 电 ； 支 持有 线 、 无线传输融合 ， 安全监控系统与 G I S融合 ， 地面可 融合 的系统包括环境监测系统 、 人员定位系统、 应急 广播 系 统 、 电力监 控 系统 ， 其他 可融 合 的系 统包 括视 频监测系统 、 无线通信 系统 、 设备监测系统 、 机车监 控系统等 ； 系统具有定期 自诊断、 自评估功能， 伪数 据标注及异常数据分析功能 ， 瓦斯涌出、 火灾等预测 预警功能 ； 在瓦斯超 限、 断电等紧急情况下， 系统具 有 可 自动与应 急 广播 系统 、 通信 系统 、 人员 定 位系统 等 的应 急联 动功 能 ； 系 统 具 有 与安 全 监 控 系 统 检查 分析工具对接数据功能。 3 系统 性 能 提 升膊 系统 巡 检 周 期 不 超 过 2 0 s ， 异地断电时间不超过 4 0 s ； 备用电源能维持断 电后正常供 电 4 h ， 只能维持 2 h供 电时必须更换 ； 模拟量传输处理误差不超过 0 ． 5 ； 分 站最大本质 安全供 电距离为 6 k m。 4 系统通信接 口规范 。系统主干网应采用工 业 以太 网； 分站至主干网之间宜采用工业 以太 网， 也 可采用 RS 4 8 5 、 C AN、 L o n Wo r k s 、 P r o f i b u s总线 ； 模 拟量传感器至分站 的有线传输方 式包括工业 以太 网、 R S 4 8 5总线 、 C AN 总 线 ， 无 线 传 输 方 式 包 括 W a ve M e s h、 Zi g Be e 、 W i Fi 、 RFI D。 3新 一代 煤矿 安全 监控 系统 3 ． 1 系 统 工 作 原 理 新一代煤矿安全监控系统采用工业以太 网现 场 总线 架构 ， 如 图 1 所 示 。井 下分 站 向 主机 传输 数 据 可采 用 2种 方 式 ① 在 矿井 环 网交 换 机 处 ， 采 用 以太 网接 口与各 自业 务 主机通 信 ； ② 在 环 网交 换 机 内设置数据通信 网关 ， 网关通过以太网与主机通信 ， 通过 R S 4 8 5 、 C AN总线与分站通信 ， 网关具备分站 通 信 管理 功能 ， 网关 下 可 同时 挂 接不 同业 务 系 统 分 站， 实现井下分站数据传输的融合 。 在方 式 ① 中 ， 分 站 可 实 现 多 种 业 务 融 合 ， RS 4 8 5 、 C AN 总线 可 挂 接 不 同业 务 系 统 传 感 器 ， 如 安全监控系统、 人员定位系统 、 矿压监测系统、 瓦斯 抽放监测系统等。传感器 接人分站时 ， 分站 自动识 别传感器固定业务属性， 并将采集 的数据上传到业 务 所属 主机 。分 站根 据业 务 主机 配置 的控制 逻辑 执 行 本地 控制 功 能 ， 同 时分 站 业 务 问 可实 现 一 定 范 围 内的数据融合 ， 如甲烷监测与人员定位联动 ， 实现 了 分站级井下多业务数据共缆传输及信息融合功能 。 地面各业务 主机接收分站数 据 ， 进 行显示 、 报 警 、 数 据存 储 、 报表 打 印 等 业 务处 理 ， 并 将 数 据 发 送 至全矿井数据采集平 台[ 3 ] ， 完成地面各系统数据融 4 工矿 自动化 2 O 1 7年 第 4 3卷 煤 矿 安 全 调 度 指 挥中 心 ／ 煮 妻 、 些 、 ． ／ 、、 ／ 一 、 ～ ‘ ． 、 、 一 室_ f、 奎 采 业 公 孽 尊 8 I 豳 ． _ 声 光 ～ ～ ／ 譬 融 赢 雾 器、 ； - -． - 7 ≮ 饕纛薹 ’⋯ 一 ’ I ～ ⋯⋯ 地而 囊 霹 I ll 三 。 一 一] 一 一 ．『 ； ‘ 亢 觋 传 恩 ■ ’ 频 一 二 二 二 一 I ⋯ ⋯ 急 广 播 系 统 ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ 一 一 ’ ⋯ 一⋯⋯_蜘 ⋯⋯一 图 1 新 一代煤矿安全监控系统结构 合功 能 。 为降低巡检时间， 数据传输采用不变不传策略。 为加 快报 警 、 控 制 响 应 速 度 ， 构 建 了 基 于 RS 4 8 5主 从式通信条件下的事件抢先上传模式 ， 在方式②下 系统 巡检 时 间小 于 1 0 S ， 异 地控 制 时间 小于 5 S 。 为满 足现 场对 系统 可靠 性 、 安全 性 、 易用性 的要 求 ， 系统采 用 分布 式控 制策 略 ， 异地控 制 逻辑 下发 到 分站和执行器， 在主传 电缆、 主机故障等情 况下， 井 下分 站和 执行 器能 够 正常 工作 。传感 器 采用 可调 谐 半导体激光光谱 引、 红外探测 技 术设计 ， 提高了 稳定性 。同时， 传感器具有 即插 即用功能 ， 安装方 便 。井下 设 备 内置 软 硬件 故障探 针 ， 支持 本地 、 远 程 故障诊 断业 务 。系 统 采 用 自供 电技 术 ， 解 决 了 抗 电磁 干扰 与本 质安 全 之 间 的 矛 盾 ， 通 过 了 2级 电磁 辐 射抗 扰 度试 验 ， 3 级 脉 冲群 抗 扰 度试 验 ， 交 流 电源 端 口 3级 、 直 流 电源 与信 号 端 口 3级 浪 涌 冲击 抗 扰 度试 验 。 且评 价 等级 均为 A。 3 ． 2 系统 关键 技 术 3 ． 2 ． 1 新 型数 字 传感技 术 导致 传感 器性 能不 稳定 的 主要 因素 为传感 技 术 落 后 。激 光 甲烷 传 感器 采用 可调 谐半 导体 激光 光谱 技术 ， 其基于半导体激光器的波长可调谐特点 ， 通过 输 出 电流 的变化 控 制 波 长 在 气 体 吸 收 峰 附近 扫 描 ， 以获得待测气体的特征吸收光谱 ， 从而实现气体测 量 。激光甲烷传感器不受其他气体 的影响， 适用于 粉 尘大 、 潮 湿等 恶 劣环 境 ， 具 有 测 量 范 围 宽 、 响 应速 度 快 、 长期 免标校 等 特点 。 传感器信号通过 RS 4 8 5 、 C AN总线进行数字传 输 ， 除测 点 实时值 外 ， 还可传 输 传感器 诊 断及调 校数 据 。传感 器 防护 等级 提升 至 I P 6 5 ， 防爆 型式 提 高 到 i a ， 满 足工 作 面 0区对 本 质 安 全 设 备 的 要 求 。传 感 器 设计 有软 启动抗 干 扰 电源 模 块 ， 可 在 长 距 离传 输 条件下稳定工作。传感器内置唯一 I D， 便 于产品溯 源和跟踪 ； 结构设计采用二次仪表 微型变送器形 式 ， 在煤 矿运 维 时只需 更换 微 型变送 器 即可 。 3 ． 2 ． 2 多 系统数 据 融合技 术 多 系统 数 据 井 下 融 合 如 图 2所 示 。 分 站 采 用 ARM 处 理 器 ， 具 有 以 太 网接 口和 R 4 8 5 、 C AN 接 口 j ， 以及 大容 量存 储器 。不 同 系统传 感器 、 执 行器 通过 R S 4 8 5 、 C AN 总线 接 入 分 站 ， 分站 通 信 链 路 控 制 器将各 系统 设 备 数据 分 发 至 业 务 单 元 ， 各业 务单 元按 照 主机 配置工 作 ， 并通 过 主机 配 置业 务 问数 据 关联 模 型 ， 实 现分 站级 数据 融合 ， 如 瓦斯超 限报 警时 实 现关联 区域 人 员 告 警 。分 站 通 过 以 太 网 、 R S 4 8 5 接 口， 将 各业 务单 元数 据上 传至对 应 主机 。 2 0 1 7年 第 2期 汪丛 笑 煤矿 安 全监控 系统升 级改 造及 关键技 术研 究 5 监 控 主 机 1 t- 分 站 业 务 资 源 管 理 R 4 8 5 fc N 以 太 通 信 上上上 l监 控 主 机 2 卜 _ _ 网 通 I 系 统 1 业 务l 链 路 系 系 系 信 l 系 统 2 业务 I 控制 统 统 统 1 2 力 设 设 设 l监 控 主 机 n 1- 系 统 月 业 务 备 备 备 图 2多 系 统 数 据 井 F融 合不 恿 多 系统 数据 地 面融 合如 图 3所示 。业 务 主机将 数 据通 过 文本 、 W C F、 O P C等 方 式 发送 至 全 矿井 综 合 自动化系统数据采集模块 ， 全矿井综合 自动化系 统进行数据融合处理 ， 并 以 we b方式展示给各业务 科室 ， 实现 安全监 控 系统基 本功 能 和信息 融合 功 能 l 1 u ] 。实现 的 多系 统融 合模 型包 括应 急救 援展 示 与联动 人员定位 、 视频联动 、 应急广播、 无线通信 、 面域 区域 安全评估 、 区域综合信息显示、 “ 一矿一 图” 式 信息 展示 等 _ 1 。 。 l 全矿井综合自动化系统 l 多系统融合服务器 T _ 业务科室 1 业务科室 2 业务科室 ～ 监控 l l 监控 l l 移动目 标l l 视频 II 电 力 l l 无线 l l 应急 主机 l l 各机 l l 监测l l 监控 lI 监控 l l 通信 l l 广播 图 3 多 系 统 数 据 地 面融 合 不 意 3 ． 2 ． 3 分 布式 、 事 件本 地 、 异地 控制 技术 系统 采用 分 布式 、 事件 本 地 、 异地 控 制 策 略 ， 如 图 4 所 示 。1号 、 2号 分 站 挂 接 于 1号 网关 下 ， 3号 分 站挂 接 于 2 号 网关 下 ， 4号 分 站挂 接 于 以 太 网 ， 如 1号传感器控制 1 3号异地断 电器 ， 系统工作前 ， 监 控主 机将 控制 条 件 配 置 于 1号 传感 器 ， 将 控 制逻 辑配置于 1 4号分站 ， 将异地控制关联地址表配置 于 1号 、 2号 网 关 。 系 统 有 3种 异 地 控 制 方 式 ① 同一网关下执行异地控制 ， 控制数据流如图 4中 虚线 1所示 。1 号传感器发起异地控制指令 ， 1号分 站在总线上发送该指令 ， 2号分站接收并 解析传输 线路上 的异地控制指令 ， 1号断电器执行控制指令 。 ② 不 同网关 下执 行异 地控 制 ， 控 制 数 据流 如 图 4中 虚线 2所示 。网关解析到传输线路上有异地控制指 令 ， 按照控制异地关联表将源分站发 出的控制信息 发送 到 目标 网关 ， 目标 网关 将 控 制 指 令 发 送 到 目标 分站 ， 执行 断电指令 。③ 基 于 以太 网执行异地控 制 ， 控制数据流如图 4中虚线 3 所示 ， 其工作原理与 异地控制方式② 相同。通过 3种异地控制方式 ， 系 统在主传电缆 、 监控主机发生故障等情况下， 能够快 速进行井下异地控制。 监控主机 以太 网 I 关 引t-- ⋯ l 蛰 蛰 国 i i国 i国 i国 国 6 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 煤 矿本 质安全设备 的抗浪涌干扰等级 难以提 高。由于本质安全电源设计了过压 、 过流保护， 产生 的 能量不 足 以引爆 甲烷 ， 所 以本 质 安 全 电源 在 施 加 浪涌时 ， 本质安全输出会关断 ， 造成负载设备重启。 设计本质安全设备时 ， 可考虑 电源短时自供 电技术 ， 采用 电池 、 电容等蓄能元件 ， 采取 防爆措施 ， 有效提 高本质安全设备的抗浪涌干扰能力。 3 ． 2 ． 5 系统设备故障诊断技术 通信故 障诊 断原理 串行通 信 时如 果接 收 到 一 帧数据 ， 其 C RC校验错误， 或字符错误 ， 或数据长 度溢出， 或命令错误 ， 对错误次数进行累加 ， 进行通 信故障计数 。 设备复位故障诊断原理 设备 自身具备复位源 识别寄存器， 能将 自身的复位状态保存于寄存器中。 上电后， 设备通过读该 寄存器 ， 能够识别复位状态 ， 包括 上 电复 位、 外部复 位、 看 门狗 复位 、 掉 电检测 复位 。 传感器故障类型主要有欠压故障、 检测元件故 障。传感器设计有电源 电压 AD变换 电路 ， 可监测 电缆末端供电电压 ， 如监测到电压异常， 将 电压值上 传 到监 控主 机 。 电源故 障类型主要有 电池容量不足 、 本质安全 输出短路 ， 其故障诊断原理是通过对后备 电池充电 电流进行积分统计 ， 计算 出后备 电池 的荷 电状态参 数 ， 并以上一周期后备 电池完整放电容量为基础 ， 对 当前电池容量进行诊断 ， 当不满足供 电 2 h时进行 故 障提 醒 。 3 ． 2 ． 6 即插即用、 断线续传技术 系统传感器、 执行器分配有 I D号 和系统属性。 I D号用于描 述设备类别、 量程 等基本属性 。I D号 上传至分站 ， 分站在正确接收到该信息后 ， 可以识别 所接设备的属性及所属业务 ， 并显示测量实时值 ， 同 时将所接设备 的 I D号通过网关或 以太 网直接传送 至地 面所 属 系 统 业 务 主 机 。系 统 软 件 接 收 到 该 I D 号后 ， 提示操作人员配置该设备的安装位置、 根据实 际情况修改配置参数 ， 确认该设备接入 ， 实现设备的 即插 即用功 能 。 在分站与主机的通信 中断后 ， 分站利用其 自身 的大容量存储器 ， 存储通信 中断期间传感器 、 执行器 等设备的过程数据 ， 即断线数据 。当分站与主机的 通信恢复后 ， 根据分站与主机通信接口方式不同， 采 取不同的方式 完成断线数据上传 。基于 R S 4 8 5接 口的分站采用读取断线续 传数据方式 ， 基 于以太网 接 口的分站采用主动发送断线续传数据方式 。 4结 语 结合煤矿实际应用和国家煤矿安全监察局对煤 矿安全监控系统升级改造的要求 ， 重点介绍 了系统 升级改造的关键技术。该技术 已应用于新一代煤矿 安全监控系统 中。经现场应用验证， 系统运行稳定 、 可靠 ， 系统巡检 时间小于 1 0 s ， 异地控制 时间小 于 5 s ， 满足参考文献[ 1 5 ] 提 出的技术要求 。 参 考 文 献 [1] 国家安全生产监督 管理 总局． 国家煤矿安监局 科技皱 备司 关于征求 煤矿安全监控系统升级改造技术方 案 征求 意见 稿 意见 的 通 知 [ E B ／ 0L ] ． 2 0 1 5 1 1 3 0 [ 2 0 1 6 1 1 - 0 5 ] ． h t t p ／ ／ ww w． c h i n a s a f e t y ． g o v 。 e n ／ n e wp a g e ／ C o n t e n t s ／ C h a n n e l 一5 8 2 6 ／ 2 O l 5 ／ 1 1 3 O ／ 2 6 1 O 1 9 ／ c ont ent 一 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