龐海云

摘 要：對(duì)煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的作用進(jìn)行了闡述，介紹了煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程，存在的問(wèn)題以及未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：煤礦安全；監(jiān)控系統(tǒng)；現(xiàn)狀；發(fā)展

近年來(lái)我國(guó)對(duì)國(guó)外六七十年代開(kāi)發(fā)的煤礦監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，并且已經(jīng)在各種礦井監(jiān)控系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，相應(yīng)的配套產(chǎn)品的開(kāi)始的到廣泛的應(yīng)用。如今，我國(guó)在煤礦中所使用的各種監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)就有十幾種之多，而且在國(guó)有煤礦中都已將配備了相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)。另外由于監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置，有效地改善了我國(guó)的煤礦安全形勢(shì)，在一定程度上提高了煤炭生產(chǎn)的安全性和現(xiàn)代化管理水平。

1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

21世紀(jì)初開(kāi)始，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)，微電子技術(shù)以及通信技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)在部分國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，煤炭生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和集約化，開(kāi)發(fā)出了自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用整個(gè)作業(yè)巷道，該系統(tǒng)是集語(yǔ)言、圖像、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線接入技術(shù)于一身的具有多種功能的監(jiān)控系統(tǒng)，覆蓋全礦井的每一個(gè)生產(chǎn)和生產(chǎn)支持領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜采工作面和礦井運(yùn)輸，排水，供電等相關(guān)設(shè)施的工作參數(shù)以及礦井中瓦斯的濃度等相關(guān)參數(shù)的有效監(jiān)測(cè)和控制。美國(guó)的MSA系統(tǒng)，德國(guó)BEBRO公司的茂德系統(tǒng)等都是這個(gè)領(lǐng)域具有代表性的礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 我國(guó)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1983年至1985年的時(shí)間內(nèi)，我國(guó)從美國(guó)和歐洲國(guó)家將其已經(jīng)推出的幾十套不同類(lèi)型的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)引入到我國(guó)的煤礦開(kāi)采中。1985年以來(lái)，我國(guó)通過(guò)對(duì)其他國(guó)家技術(shù)的改良和研發(fā)，先后開(kāi)發(fā)了KJ4，KJ66，KJ70，KJ75，KJ80，KJ90，KJ92等型號(hào)的監(jiān)控系統(tǒng)，如今安防監(jiān)控系統(tǒng)接近30種，但是這些系統(tǒng)都存在通用性差，智能化程度低等問(wèn)題。

（1）大多數(shù)現(xiàn)有的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要是應(yīng)用于特定的監(jiān)控對(duì)象（如環(huán)境安全，改善交通運(yùn)輸?shù)龋┒O(shè)計(jì)的，我國(guó)的各種設(shè)備的制造商之間沒(méi)有統(tǒng)一的要求，使得設(shè)備，配件無(wú)法通用，而且很難對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí)。

（2）當(dāng)今在煤礦中所使用的安全監(jiān)控系統(tǒng)沒(méi)有統(tǒng)一的通訊協(xié)議和物理層協(xié)議。在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中所使用的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有：英特爾公司BITBUS，德國(guó)的Profibus總線，德國(guó)博世公司的CAN和串行通訊總線（RS232，RS485），RS485串行通信總線傳輸方式是我國(guó)所主要使用的?？刂葡到y(tǒng)主要采取主從結(jié)構(gòu)的傳輸方式，這種方式不能建立一個(gè)多主冗余系統(tǒng)，利用專用的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)各現(xiàn)有的子站之間的控制，相互兼容性低，低系統(tǒng)的可靠性和可用性比較差，無(wú)法滿足對(duì)作業(yè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（3）現(xiàn)有的監(jiān)控軟件主要是針對(duì)特定的監(jiān)控目的而進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，很難通過(guò)簡(jiǎn)單的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)多方面監(jiān)測(cè)的目的，這種監(jiān)測(cè)只停留在對(duì)監(jiān)測(cè)量的收集，存儲(chǔ)、監(jiān)控和超限報(bào)警以及功率曲線產(chǎn)出水平圖表和報(bào)表的輸出，主要是對(duì)基本的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和利用的簡(jiǎn)單形式。大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)只是對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行利用，但沒(méi)有監(jiān)管的職能，這是很難實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦作業(yè)的安全監(jiān)管。

（4）遠(yuǎn)程智能故障診斷系統(tǒng)和遠(yuǎn)程維護(hù)功能也是比較缺乏的，系統(tǒng)雖然可以對(duì)所要監(jiān)控的對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，但是對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中所出現(xiàn)的故障無(wú)法進(jìn)行及時(shí)的診斷，這就需要依靠專業(yè)人員對(duì)故障進(jìn)行分析和判斷，往往由于系統(tǒng)維護(hù)的不及時(shí)導(dǎo)致工作不能正常進(jìn)行。

（5）當(dāng)前所使用的監(jiān)控系統(tǒng)缺乏煤礦事故決策支持系統(tǒng)的功能，很難對(duì)礦山事故進(jìn)行及時(shí)的預(yù)測(cè)，預(yù)警，這樣就無(wú)法避免事故的發(fā)生，用戶也無(wú)法及時(shí)的獲取解決方案。礦山終端的監(jiān)控設(shè)備不具備黑匣子功能，這樣就無(wú)法對(duì)事故產(chǎn)生的原因進(jìn)行有效的分析。

2 我國(guó)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 發(fā)展品種齊全、高可靠性的礦用傳感器

國(guó)內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)所配備的傳感器存在兩個(gè)反面的主要問(wèn)題：第一，就是品種單一，傳感器用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的比較多，但很少有傳感器被用來(lái)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備工作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控；第二，現(xiàn)有的傳感器的準(zhǔn)確度，可靠性存在很大的缺陷。發(fā)展高可靠性和品種多樣的傳感器是當(dāng)前限制監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的主要方面。在新型傳感器的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要有高起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高智能化。選擇新的一次敏感元件，有效利用微處理器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零，自動(dòng)校準(zhǔn)等功能的運(yùn)用，現(xiàn)場(chǎng)配備總線標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳接口。對(duì)所要輸出的信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置，由于環(huán)境安全參數(shù)的變化比較慢，可以使用的頻率信號(hào)進(jìn)行輸出，這樣傳輸?shù)幕Q性就會(huì)提高，數(shù)據(jù)處理更加的簡(jiǎn)單，傳感器的互換性得以實(shí)現(xiàn)。傳感器要向復(fù)合型方向發(fā)展，對(duì)不同類(lèi)型的傳感器進(jìn)行有機(jī)組合，使用不同的一次敏感元件，運(yùn)用相同的轉(zhuǎn)換，發(fā)送電路，對(duì)數(shù)據(jù)分時(shí)段進(jìn)行采集和傳送。

2.2 發(fā)展專家診斷、專家決策系統(tǒng)軟件

我國(guó)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，目前主要是用于對(duì)被檢測(cè)量的實(shí)時(shí)收集，存儲(chǔ)和曲線、圖形以及報(bào)表輸出，對(duì)最基本的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的處理。開(kāi)發(fā)專家決策，專家診斷的系統(tǒng)軟件是當(dāng)務(wù)之急。例如對(duì)礦井中的瓦斯氣體進(jìn)行檢測(cè)，在發(fā)生意外時(shí)，為員工提供最好的逃脫和避災(zāi)路線，及時(shí)對(duì)人員和設(shè)備進(jìn)行搶救，并提供有效的決策；對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障進(jìn)行及時(shí)的診斷。

2.3 發(fā)展覆蓋面廣的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

如今我國(guó)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的公司或機(jī)構(gòu)就已經(jīng)超過(guò)了20家，其所生產(chǎn)的產(chǎn)品則主要是對(duì)環(huán)境安全參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果安全參數(shù)異常，就會(huì)執(zhí)行報(bào)警或斷電控制。生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)，主要是對(duì)設(shè)備的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)然有些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇速度和風(fēng)門(mén)的有效調(diào)節(jié)。覆蓋面更廣的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的研發(fā)，對(duì)于煤炭生產(chǎn)的綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

采礦設(shè)備應(yīng)設(shè)計(jì)成機(jī)電一體化產(chǎn)品，裝備，監(jiān)控與遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備不可缺少，實(shí)現(xiàn)與工業(yè)局網(wǎng)絡(luò)的鏈接。開(kāi)發(fā)，研制地面生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)煤炭生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控。

2.4 規(guī)范網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化

中國(guó)的煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)多基于獨(dú)立運(yùn)行，兩級(jí)管理子系統(tǒng)通常是DCS系統(tǒng)，增加其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)樹(shù)（中央車(chē)站級(jí)，子站層）。分層樹(shù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)分層的管理體系，配置靈活，易于擴(kuò)展，成本低，但星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜途徑的中間節(jié)點(diǎn)（中心站），以連接主被攝體之間的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（分站）特別是難以轉(zhuǎn)移阻抗匹配，從而不穩(wěn)定的傳輸質(zhì)量缺陷，應(yīng)引起足夠的重視。

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和發(fā)展都考慮了子系統(tǒng)之間的互聯(lián)，為工業(yè)局網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，但選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)各種系統(tǒng)有不同的偏好。大柳塔煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中使用TOKEN-RING局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯環(huán)網(wǎng)，運(yùn)用物理星型進(jìn)行連接，傳輸速度較高而且還具有較高的可靠性，但是其成本相對(duì)較高。KJ66系統(tǒng)采用自主研發(fā)的Xdnet適時(shí)網(wǎng)絡(luò)，使用Novell網(wǎng)絡(luò)硬件介質(zhì)，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這樣能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)文件進(jìn)行一般管理，并可以直接應(yīng)用低級(jí)別的協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

所以，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)適用的煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化。

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，煤礦中的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也會(huì)有單一監(jiān)控功能向綜合信息系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制，遠(yuǎn)程監(jiān)控，設(shè)備故障排除和災(zāi)害預(yù)警的方向發(fā)展，全面發(fā)展煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)的安全。

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