摘要：：分析了目前煤礦安全監控系統的結構和應用中存在的主要問題，提出了監控系統全數字化傳輸的解決方案。在全數字化傳輸系統中對監控分站的功能，以及斷電器、多系統融合的工作流程進行了重新定義，使多網融合和系統間的聯動在煤礦安全監控系統中的實現變得簡單易行，可爲煤礦實現信息共享及協同處理提供新的解決思路。
關鍵詞：數據融合；數字化；監控系統；聯動；數據轉發
煤礦安全監控系統是煤礦安全生產的重要保證，其具有監測連續性、實時性及可靠性，煤礦安全監控系統作爲煤礦瓦斯防治中重要的安全監控設備，《煤礦安全規程》、AQ6201—2006《煤礦安全監控系統通用技術要求》、AQ1029—2007《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規範》對監控系統的技術及使用規範等都進行了要求，並要求煤礦安全監控系統必須24h連續運行，因此煤礦安全監控系統在煤礦的安全生產中起到了巨大的作用［1－4］。自AQ6201—2006《煤礦安全監控系統通用技術要求》頒佈實施以來，近50家煤礦安全監控系統生產企業對各自生產的煤礦安全監控系統均對應行業標準進行了整改，使其在技術上基本符合AQ6201—2006《煤礦安全監控系統通用技術要求》的要求。根據《煤礦安全規程》的相關規定，目前所有的煤礦均裝備了煤礦安全監控系統，但在實際使用過程中存在一些問題。在2016年底國家煤礦安全監察局印發了《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》，文件對傳輸環節進行數字化升級，對設備的抗干擾、多網多系統融合及應急聯動等功能進行了明確的要求。筆者就安全監控系統存在的問題提出了全數字化的解決方案，並對監控分站在系統中的功能及作用做了重新定義，使多網融合和系統間的聯動在煤礦安全監控系統中的實現變得簡單、方便。
1現有監控系統的結構及存在的問題
煤礦監控系統主要由計算機、網絡交換機、監控分站、傳感器和斷電控制器等設備組成，絕大多數煤礦的安全監控系統都採用了工業以太網+現場總線的方式進行數據的傳輸［5－8］，其主要連接方式爲樹形、環形和總線形等，如圖1所示。從監控系統在現場應用所反饋的信息來看，目前監控系統普遍存在的問題主要有以下幾個方面：
1）監控系統出現僞數據、冒大數的情況普遍存在，可靠性較差，動力電纜干擾感應到傳感器電纜上而產生的干擾是監控系統冒大數的原因之一［9－12］。
2）監控系統與其他系統相互獨立自成一體，未對數據進行融合、深度挖掘和實現應急聯動。
3）系統平臺不能共用，導致重複投資，增加煤礦投資成本。
4）設備智能化程度較低，兼容性較差［13］，設備沒有統一的'協議，不能適應礦井數字化發展的需要。
2利用數字通訊技術打通關鍵節點
監控分站是煤礦安全監控系統中的核心，是必不可少的設備，是監控系統的區域數據傳輸樞紐站［14］；起着承上啓下的重要作用，由於目前的監控分站設計相對封閉，導致監控分站成爲安全監控系統數據融合、系統間聯動的瓶頸。要打破瓶頸就需要在系統設計中全面採用數字通訊技術，對所有接入系統的設備採用統一的通訊方式並制訂統一的通訊協議，同時對監控分站的任務進行重新定義。升級後的安全監控系統組成結構如圖2所示。
3監控分站工作流程
由於ＲS485接口具有良好的抗噪聲干擾能力、較長的傳輸距離等優點，因此該傳輸方式在煤礦安全監控系統中被廣泛使用［15］。由圖2可以看出，升級後的安全監控系統與傳統的安全監控系統的差別在於監控分站與傳感器之間採用ＲS485總線進行數據傳輸，實現數字化，捨棄了傳統的頻率和電流傳輸方式。同時對分站的功能及作用進行了重新定義，監控分站保留接收中心站下發定義信息、控制邏輯和上傳各傳感器數據的功能，增加發送定義信息到傳感器和斷電器的功能，但不再對傳感器數據進行分析、判斷，只將傳感器數據按照預先設置的路徑進行轉發，斷電器接收到傳感器數據後進行分析判斷，達到斷電條件時執行斷電。監控分站工作流程如圖3所示。監控分站掛接的各類傳感器、斷電器和其他礦用設備，利用現場總線在分站通道配置許可的情況下互相通訊；由於煤礦井下環境惡劣，井下通訊線路易砸斷、進水、短路，從而導致整條通訊線路無法通訊，故障影響範圍大、處理時間長，對煤礦安全生產有很大的危害。優化設計後的監控分站具有數據路由轉發功能，當一臺設備總線出現短路等故障時分站會關閉該通道從而不會對其他設備產生影響，因此該分站具有響應快、故障影響範圍小、故障處理時間短等優點。
4斷電器工作流程
傳統斷電器單向接收來自於監控分站的電平或觸點類控制信號，按照分站所發出的指令執行斷電。由於採用數字通訊技術的監控分站不再對斷電器發出控制指令，斷電器需自行對傳感器數據進行分析、判斷並按照預先設置的斷電閾值執行斷電，實現準確、快速響應。斷電器工作流程如圖4所示。
5系統間的聯動與融合
由於系統內設備都採用了現場總線通訊方式並使用了統一的通訊協議，因此係統間的融合和聯動就變得簡單易行。以一個工作面中安全監控與人員定位的聯動爲例，重點說明系統間的聯動。在工作面分別安裝甲烷傳感器T1和T2，並在相同位置安裝人員定位讀卡器；4臺設備通訊接入同一臺監控分站，在中心站軟件上配置好設備間的通訊路由並設置斷電撤人閾值，即T1、T2傳感器數據除了發送給斷電器，還要實時發送給2臺人員定位讀卡器，當工作面CH4體積分數達到斷電撤人閾值後，人員定位讀卡器向定位卡發送撤人命令，定位卡接收到撤人命令後發出聲光報警提示，人員的撤離情況實時被讀卡器採集並上傳到軟件中；調度室值班人員通過軟件及時瞭解現場人員撤離情況，有效避免人員撤離不及時或漏撤導致的意外事故發生。系統融合與聯動流程如圖5所示。
6結語
通過在煤礦安全監控系統中使用數字通訊技術和制訂統一的通訊協議，對監控分站的功能重新定義並增加數據路由轉發功能，使監控系統在傳感器冒大數等異常數據方面的抑制能力有極大提高，同時系統具備了多網融合和系統間的聯動功能，實現了監控數據的深度挖掘和利用，也爲礦井數字化發展起到了促進作用。新設計的安全監控系統可共用平臺，降低維護人員的工作量，提高了工作效率，煤礦不需要重複投資建設，節省了建設資金，同時也產生了良好的社會和經濟效益。