煤矿自动化监测系统软硬件采集存在问题及措施

张洪亮 洪玉玲

（中煤科工集团沈阳研究院有限公司 辽宁省抚顺市 113122）

现如今,探讨如何提升煤矿安全监测监控系统的自动化与智能化水准，重点阐述了煤矿安全监控系统的现状与关键构成，具体分类及其系统的基础拓扑结构，且通过比对接下来安全监控系统在当前应用的数据采集方式，由上电通知、数据读取方式、本地断电情况、异地断电情况、自诊断情况及其报警状态信息情况等多角度针对主从数据采集方法和多主数据采集方法实施了对比，全方位汇总出多种数据采集方式均呈现出不同程度的优缺点，进一步给煤矿安全监测监控系统合情合规的选取数据采集方式带来启迪。

1 我矿各系统集成接入综合自动化集成平台与地面集控问题分析

1.1 每个系统集成接入综合自动化集成平台

现如今，煤矿综合自动化技术全方位铺开使用，矿井下数个系统从人工替换成为集控，在从矿井下集控替换成为地面集控，且有少数系统完成了全自动化无人值守模式运转。我矿当前排水压风、胶带运输、架空乘人等七个系统完成远程监控、工业电视、人员定位、扩播电话、副井提升、巷道运输、主扇等13个系统连接我矿综合自动化系统集成平台，整体达成地面对于井下排水、猴车，胶带系统集中监控。上述自动化子系统集成于IFIX系统，且经过数据收集、系统预警完成资源共享，从而完成集中监控与管控。之前系统绝大部分使用三菱FX2N系列PLC，通讯协议是mobus TCP/IP，接入方法是：井下场地添加MOXA NPort5210串口服务器。

图1：拓扑组成图

1.2 地面集控使用问题及其制定策略

地面远控实践运转中，发生0PC驱动收集三菱FX2N系列PLC出现的问题时：首先，设备场地检修完成送电之后，地面上位机系统数据经常发生收集不到信息；其次，设施在地面集控模式下运转中，地面数据中心发生不可获取系统信息。对于地面集控发生上述现象，伴随着自动化系统持续发展，随之找出原系统应用三菱FX2N系列PLC，无法远程接入及其把控，我矿需要制定下述策略：首先，在系统创建早期设备选型时，需要原厂家给予设备PLC应用西门子S7-300 型，同时给予RJ45通讯接口。其次，借助原厂家给予的接口设立本矿IP，上位机应用OPC驱动直接关联场地设施，且发出命令。

2 煤矿安全监控系统的组成种类详细分析

2.1 煤矿安全监控系统的详尽分类解析

参照现阶段通信技术的应用，将煤矿安全监控系统分开归类以下几种：首先，串行通信技术使用， RS232与RS485等；其次，场地总线通信技术AN、LonWorks 与ProfiBus等详尽使用；最后，以上两种类技术方式与工业以太网技术完美的融合在一起。参照主机询问方式煤矿安全监控系统分开归类如下几种：

（1）主从形式询问，主机通过从机给予读取信息指令，且在主机收获到此指令时，从而将数据传输到主机；

（2）多主方式，每个节点无要求状况下无法传送信息，然而，具体新状态改变或完成预期设置信息传送至周期后，节点则把信息传送到有关主机中；

（3）主从结合多主方式。

2.2 煤矿安全监控系统基本组成和拓扑构造

煤矿安全监控系统基本组成和拓扑构造通常情形下，安全监控系统关键组成其中位置为执行单元、传感器、电源箱等，如图1典型的拓扑组成展示。

从理论角度出发来探讨，矿井井下组成关键点是巷道和作业面，而树形为构造，其特性是发生在很长主干与枝节，一方面少数枝节不具备太多节点，非常简便，另一方面节枝节不具备很多节点，且非常简便，一部分枝节杨丹复杂，虽存有非常多的节点。毕竟当前巨大多数煤矿全面设置了信息环网，所以主干全面涵盖被网络全部的掩盖，要想将安全监控系统获得高效的接人，需要坚持自主积极使用的主干通信，从而高效处置枝干至每个节点供电、通信及其控制难题。例如上图显示，第一部分为主干网络，关键组成为地面中心交换机或数个防爆交换设施，整体构成一种百兆或千兆通信网络；第二部分，场地总线网络，网关节点是组合关键点；第三部分，二级场地总线网络，网关、分站和下部传感器为关键组成；且第三部分与第四五部是某种混合网络，即为传感器与分站处于同样的网络中。

3 煤矿安全监控系统使用数据收集方法比对

监控系统通常使用数据收集方法主要是主从、多主与主从和多主相互融合三种，此三种方法体现出不同的优缺点，可依据实践情况具体筛选最理想方法。

3.1 主从与多主方法的详尽比对解析

（1）上电通知即为设施和系统网络实施关联后，能够把通知数据传送到中心站。其连接分站之后，主体不可实施获取数据，对于此则要中心站额主体来进行巡查，一旦不能尽早针对节点地址有所把控，则无法断定此节点有没有存在。多主形式为随用随插，在接入节点后，其能够把上电通知尽早发出，随后则是等候主机给出具体反映。

（2）数据读取方法主从形式，一问一答，将通道的占用时长持续提高，巡检周期也会因为节点数目上升，其也会持续上升，具体在总线和传感器关联之后，此方式必将提升总线上访问命令，在短时段内不可完结数据采集工作。多主形式，及时传送递，只为单向数据，整体变化通信通道堵塞情况，且及时信息数据上报时间极为平稳，而在跟总线传感器连接后，数据收集总周期不能伴随着节点数量上升而发生其他改变。

（3）本地断电主从形式，分站针对数据实施收集、识别及其处置进程中，断电信息一旦上传至地面主机，最长要经过一个巡检周期。多主形式，分站针对信息采集、辨别及其解决实践中，节点以最快速率将数据传递至地面主机。

（4）异地断电主从方式，分站借助地面主机将操控命令直接传递至被控节点，假设主机位于离线状况，最终无法完成异地断电操控。多主形式，对于被控节点，能够严格操控，完成操控后，传递至地面主机，主机与控制操相互间无必然关联。

（5）自诊断以及其他信息主从形式，部分信息在传送基进程中，巡检周期持续增长。多主形式，能在通信间隙进行上报。

（6）主从形式报警状况信息，针对传感器每研究数据，分站能快速高效采集项相关数据， 随后待到主机巡查，最长需要分开经过中心站主机及其分站巡检周期才能获得相关数据，多主方式，所发生的新状况改变时，节点可将警示状况数据实施传递至主机中。

3.2 每个访问方法的优点与缺点分析

（1）最大巡检周期，参照AQ 6201 2006中的具体所讲结果是，其在系统位于满容量环境中，传感器之后发生输出变化，随后传送至主机显示所用的时长。依据有关安全性原则，系统务必重点关注某些敏感性数据，重点依据主要流程来进行排序，具体为：对于断电实施操控情况信息不小于报警情况数据不小于节点产生故障的状态信息不小于实时变动信息。主要为多主形式可尽快传送变化数据，因此前三项中的信息可被及时传送至主机，同时有关数据能够在1个巡查周期中实施上传，然而主从形式当中分站里面的全部数据都能同步传送，最不理想情况就是在一个巡检周期之后才能发送到中心站的主机上面。

（2）节点设施的安装运转。通过使用多主方式，上电通知能够尽早传递至主机当中，针对设施每个有关信息实施汇报，等到监控人员处理，此主从形式需要率先把握每个节点设施地质，随后方才能够实施访问。

（3）地址冲突的自动识别。诸多传感器一同应用一个地址后，系统通过使用多主形式能够高效推断出形成地址冲突的设施，尽早把有关信息传递至安全及其监控设施人手里，致使传感器地址误被篡改，提高系统平稳性，避免两个设施共同运行进一步产生巨大损害，缩短施工人员往返来回井下的工作量。

（4）异地断电。一般采取多主形式，能够迅速提高每个设施相互间的异地控制，同时互相沟通之后创建起紧密的关联，不用中心站转发，致使异地控制的高效性获得了极大鼓励。第五，故障数据，在设备发生问题时，多主形式能够把有关数据尽早传送出去。

（5）系统软件处置，采取多主形式所产生的每个数据完全经过有关节点设施进行传送，与分布式处置各个关键因素相吻合，中心站只顾接收数据，从而减少了中心站软件系统处理数据的工作量，强化处理数据的技能，规避系统丢失数据等难题。

4 煤矿安全监测监控数据联网采集信系统具体设计

4.1 总体框架的设计

煤矿安全监测监控数据联网采集系统总体设计选用三级联网模式，尤其在煤矿单位部署数据采集前置机，经过数据采集系统收集煤矿安全监控、人员定位、水文监测、供电监测、冲击地压等不同的监测监控数据，依靠省级煤矿安全监管监察相关部门的基础设施经过专线、互联网、VPN传输到省级煤矿安全监管监察部门，同样依靠国家煤矿安全监察局的基本设施，在审计煤矿安全监管监察相关部门部署数据的采集系统，把煤矿检测监控数据传送到国家煤监局，随后国家煤矿安全监察局依据业务要求，研发重大风险预警、综合风险解析、事故应急支持及其风险动态研判等相关应用系统。针对煤矿工业视频。经过在煤矿单位、审计煤矿安全监管监察相关部门、国家煤监局建设视频管理平台，及其各层级视频管理平台级联对接。

4.2 细化系统的具体使用

尤其在对于煤矿安全监测监控系统的使用中显现出的各种问题实施解析进程中，务必对于系统设定的需求与安装标准等实施细化操控，从而保证系统使用的性能完备。具体来讲，尤其在细化系统使用方面重点包含了针对煤矿安全监测控制系统的设置标准解析及其安装要求的具体执行等。当中在煤矿安全监测监控系统设定标准解析方面，重点是经过统一系统的需求、性能、配置及其状态等基本实现系统的使用初步需求；同时对于系统内部每个设备的使用状况实施全方位的解析，明确系统使用的稳定性。并且在系统安装的具体要求方面，务必为经过固定与严格标准解析使用安装状况从而更好的确保设备能够安全、高效的发挥巨大作用，从而明确井下工作的安全性，且发挥出更好的监测效果。

4.3 完备子系统的具体建设

在煤矿单位的安全监测监控系统传送重点是以主从结构为主导，然而，实施进程中却欠缺了通信、物理协议，所以在创建多主冗余系统方面表现出不同的困难程度。而在安全监测监控系统当中，经过总线将系统分站关联起来，分站子系统相互间欠缺很高的兼容水准，造成数据传送稳定性下降，系统的实践使用性能极差，从而造成系统的实时监测监控效果极低。尤其在将来煤矿单位实施安全监测监控系统建造进程中，务必要重点关注与子系统建造的相关工作执行到位，完备矿井光纤环网传输建造，高效地针对每个站点运转状况实施监控，同时把相关信息经过网络接口传送至地面相关设备。

4.4 每个访问方法的优势与劣势

4.4.1 最大巡检周期

参照AQ 6201 2006中原则获知，其在系统位于满容量环境中，传感器出现输出改变，被传递到主机显示需要的时长。参照相关安全性原则，系统所比较突出的敏感问题，比如：重点依靠严流程来进行按顺序规划，详尽是：针对断电进行操控的状况远胜于报警状况数据大于节点发生的故障。情况数据大于及时变动数据。毕竟多主形式能够实时传递状态的变动信息，基于此，前三项中数据能被及时传送至主机，同时有关信息可1个巡检周期当中实施上报，随后主从形式中分站内的任何信息整体一同传递，最坏结果就是1个巡检周期之后才能发送到中心站主机上。

4.4.2 地址冲突自主辨别

数个传感器一同拥有一个地址，系统可采集多主形式能够高效推断出发生地址冲突设施，且实施把有关数据传送至安装及其监控设施技术员手中，从而将传感器地址进一步获得修正，提升系统稳定性，防止两个设施一同运行产生巨大损失，减少技术员往返井下的工作量。

4.5 加强投入，创建健全的安全避险系统

近些年，安全避险六大系统在煤矿单位中起到了关键性效果，煤矿单位务必加强投入，创建健全安全规避风险体系。其详细划分为六大体系：供水施救体系、人员定位体系、监测监控体系、压风自救体系、紧急避险与通信联络体系。此六个子系统相互间密切关联，且有机组合成为一个整体，并且确保煤矿矿井安全生产。尤其在煤矿安全避险六大系统中的关键内容为煤矿井下紧急避险系统，一旦井下突发安全生产事故时，能够给煤矿井下操作人员提供紧急避险的场所；技术人员定位系统、通信联络系统、监测监控系统一起构成了煤矿井下事故产生前的预防系统；压风自修系统、供水施救系统在煤矿井下出现意外事件与险情之后给煤矿井下避险逃生人员提供必备的自救设施。经过上述完备的相关措施，不但能够强化煤矿单位针对煤矿井下相关工作的监督与管理能力，同时最大程度的提高煤矿单位的事故预警与事故发生之后应急救援的相应技能，从而全方位确保煤矿井下操作人员的人身与煤矿单位财产安全的有效途径。

5 总结

总而言之，首先，经过采取多主方式，此系统会具有更高的智能性、状态反馈也具有很高的实时性、安全提示会具有较强的精准性、异地断电则具有较高的有效性。经过对数据实施高效传送，能够使中心站主机的工作量持续下降，而状态数据不用在借助主机实施二次处置，从而提高了使用硬件资源效率，降低通信宽带占有比例。其次，使用多主方式，传感器与分站位于相同总线之上，导致系统设施具有科学性。最后，如何加强安全监控系统的可靠性、安全性与智能化水准，且方便快速反应，出产此系统供应商需要针对数据采集方式实施科学调整，经过多种方法在应用进程中产生的优点与缺点实施比对解析，或尝试使用混合方法，推动此系统的性能获得极大的提高。