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[摘 要]煤矿安全监测系统是用来完成监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等，并实现甲烷超艰声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等的系统。本文主要阐述了煤矿生产安全监控系统及其关键技术与发展趋势等问题。
[关键词]生产 安全 监测 监控 系统
中图分类号：TD273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0225-01
煤矿安全监测监控系统是用来完成监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等，并实现甲烷超艰声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等的系统。
1、煤矿安全监测系统
矿井监控系统不同于一般工业监控系统，矿井监控系统同一般工业监控系统相比具有如下特点：（1）电气防爆。矿井监控系统工作在有瓦斯和煤尘爆炸性环境的煤矿井下。因此，矿井监控系统的设备必须是防爆型电气设备。（2）传输距离远。一般工业监控对系统的传输距离要求不高，仅为几千米，甚至几百米，而矿井监控系统的传输距离至少要达到10km。（3）网络结构宜采用树形结构。矿井监控系统的传输电缆必须沿巷道敷设，挂在巷道壁上。由于巷道为分支结构，并且分支长度可达数千米。为便于系统安装维护、节约传输电缆、降低系统成本，宜采用树形结构。（4）监控对象变化缓慢。矿若监控系统的监控对象主要为缓变量，因此，在同样监控容量下，对系统的传输速率要求不高。（5）电网电压波动大，电磁干扰严重。（6）工作环境恶劣。煤矿井下有甲烷、一氧化碳等易燃易爆性气体，还有硫化氢等腐蚀性气体，矿尘大，潮湿，有淋水，空间狭小。矿井监控设备必须有防尘、防潮、防腐、防霉、抗机械冲击等措施。（7）传感器（或执行机构）宜采用远程供电。矿井监控系统的电源供给，受电气防爆要求的限制。由于传感器及执行机构往往设置在工作面等恶劣环境，因此，不宜就地供电。现有矿井监控系统多采用分站远距离供电。（8）不宜采用中继器。中继器是有源设备，故障率较无中继器系统高，并且在煤矿井下电源的供给受电气防爆的限制，在中继器处不一定好取电源，如果用远距离供电还需要增加供电芯线。不宜采用中继器。
通过上面对矿井监控系统可以看出，矿井监测系统不同于一般工业监控系统。有必要研究适合矿井监控系统的理论和技术。
2、煤矿生产安全监控系统
2.1、系统分类
煤矿安全监控系统接通信工作方式分为主从式和多主并发式。其中，主从式通信主要有RS485、CAN、FSK和DPSK等方式；多主并发式通信主要包括工业以太网、MCTP等方式。
2.1.1、主从式煤矿安全监控系统
主从式煤矿安全监控系统一般由传感器、执行器、分站、电源箱、传输接口、主机、打印机、模拟盘、多屏幕、电源、远程终端、网络接口、电缆、接线盒和其他设备等组成。
2.1.2、多主并发煤矿安全监控系统
多主并发煤矿安全监控系统一般由传感器、执行器、分站、电源箱、交换机、主机、打印机、模拟盘、多屏幕、电源、远程终端、网络接口、电缆、接线盒和其他必要设备等组成。
2.2、关键技术
（1）分站
分站具有采集传感器数据、根据控制逻辑执行控制或断电、数据处理和传输的能力。现在分站用CPU大量使用8位、16位处理器，甚至32位的ARM高性能处理器已经得到广泛的应用，同时随着嵌入式实时操作系统在部分分站上的应用实现，分站的稳定性都得到了很大的提高。目前，嵌入式分站在实现通用性分站的功能、提高采集控制速度、控制逻辑的现场可编程、程序在线升级更新以及配置常用现场的现场总线方面具有很大的优势。
（2）双机热备
双击热备是保证系统可靠运行的关键设计，主要通过以下3种结构实现：
①基于磁盘阵列备份方式。数据库备份采用专门的、功能强大的商用备份软件（Windows 2003群集服务器软件）；监控主机和备用机的资源消耗低，减轻了主机性能压力。缺点是关联设备多，需要双网卡，连接配置复杂，价格高，维护技术高。
②基于服务器备份方式。基于服务器备份方式的优点：关联设备数量相对较少，连接配置、价格适中；不需要数据库备份软件；监控主机和备用机的资源消耗低，减轻了主机性能压力。缺点：由于服务器只有l台，只是采用多硬盘来实现冗余备份，出现服务器故障，备份功能将无法实现，数据备份的可靠性没有阵列方式高。
③基于双主备机备份方式。优点：①关联设备数量最少，连接配置简单，价格最低，维护要求低；②数据库备份一般采用通用或专门开发的数据备份软件；（函数据备份的可靠性相对较高。缺点：①通过监控主机和备用机自身实现数据备份，对主机或备用机的资源消耗高，加重了主机性能压力，影响系统响应速度；②需要双网卡支持。
2.3、发展趋势
（1）系统将向嵌入式实时操作系统、综合组态软件、现场总线及可编程控制器等方向发展；（2）系统将向网络化、智能化的方向发展；（3）实现智能化的判断自检功能；（4）监控系统的数据将向基于环网宽带的多主方式的传输方式发展。
参考文献：
[1] 成凌飞：基于矿用双绞线的矿井视频信号传输的分析，煤炭工程，2007.5.
[2] 王文：煤矿井下安全避险“六大系统”工程设计探讨，机械管理开发，2012.10.
[3] 孫继平：煤矿安全监控技术与系统，煤炭科学技术，2010.8.
[4] 李鸿财：煤矿安全监控系统技术管理探讨与应用，中国新技术新产品，2013.3.
[5] 孙继平：煤矿物联网特点与关键技术研究，煤炭学报，2011.9.
[关键词]生产 安全 监测 监控 系统
中图分类号：TD273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0225-01
煤矿安全监测监控系统是用来完成监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等，并实现甲烷超艰声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等的系统。
1、煤矿安全监测系统
矿井监控系统不同于一般工业监控系统，矿井监控系统同一般工业监控系统相比具有如下特点：（1）电气防爆。矿井监控系统工作在有瓦斯和煤尘爆炸性环境的煤矿井下。因此，矿井监控系统的设备必须是防爆型电气设备。（2）传输距离远。一般工业监控对系统的传输距离要求不高，仅为几千米，甚至几百米，而矿井监控系统的传输距离至少要达到10km。（3）网络结构宜采用树形结构。矿井监控系统的传输电缆必须沿巷道敷设，挂在巷道壁上。由于巷道为分支结构，并且分支长度可达数千米。为便于系统安装维护、节约传输电缆、降低系统成本，宜采用树形结构。（4）监控对象变化缓慢。矿若监控系统的监控对象主要为缓变量，因此，在同样监控容量下，对系统的传输速率要求不高。（5）电网电压波动大，电磁干扰严重。（6）工作环境恶劣。煤矿井下有甲烷、一氧化碳等易燃易爆性气体，还有硫化氢等腐蚀性气体，矿尘大，潮湿，有淋水，空间狭小。矿井监控设备必须有防尘、防潮、防腐、防霉、抗机械冲击等措施。（7）传感器（或执行机构）宜采用远程供电。矿井监控系统的电源供给，受电气防爆要求的限制。由于传感器及执行机构往往设置在工作面等恶劣环境，因此，不宜就地供电。现有矿井监控系统多采用分站远距离供电。（8）不宜采用中继器。中继器是有源设备，故障率较无中继器系统高，并且在煤矿井下电源的供给受电气防爆的限制，在中继器处不一定好取电源，如果用远距离供电还需要增加供电芯线。不宜采用中继器。
通过上面对矿井监控系统可以看出，矿井监测系统不同于一般工业监控系统。有必要研究适合矿井监控系统的理论和技术。
2、煤矿生产安全监控系统
2.1、系统分类
煤矿安全监控系统接通信工作方式分为主从式和多主并发式。其中，主从式通信主要有RS485、CAN、FSK和DPSK等方式；多主并发式通信主要包括工业以太网、MCTP等方式。
2.1.1、主从式煤矿安全监控系统
主从式煤矿安全监控系统一般由传感器、执行器、分站、电源箱、传输接口、主机、打印机、模拟盘、多屏幕、电源、远程终端、网络接口、电缆、接线盒和其他设备等组成。
2.1.2、多主并发煤矿安全监控系统
多主并发煤矿安全监控系统一般由传感器、执行器、分站、电源箱、交换机、主机、打印机、模拟盘、多屏幕、电源、远程终端、网络接口、电缆、接线盒和其他必要设备等组成。
2.2、关键技术
（1）分站
分站具有采集传感器数据、根据控制逻辑执行控制或断电、数据处理和传输的能力。现在分站用CPU大量使用8位、16位处理器，甚至32位的ARM高性能处理器已经得到广泛的应用，同时随着嵌入式实时操作系统在部分分站上的应用实现，分站的稳定性都得到了很大的提高。目前，嵌入式分站在实现通用性分站的功能、提高采集控制速度、控制逻辑的现场可编程、程序在线升级更新以及配置常用现场的现场总线方面具有很大的优势。
（2）双机热备
双击热备是保证系统可靠运行的关键设计，主要通过以下3种结构实现：
①基于磁盘阵列备份方式。数据库备份采用专门的、功能强大的商用备份软件（Windows 2003群集服务器软件）；监控主机和备用机的资源消耗低，减轻了主机性能压力。缺点是关联设备多，需要双网卡，连接配置复杂，价格高，维护技术高。
②基于服务器备份方式。基于服务器备份方式的优点：关联设备数量相对较少，连接配置、价格适中；不需要数据库备份软件；监控主机和备用机的资源消耗低，减轻了主机性能压力。缺点：由于服务器只有l台，只是采用多硬盘来实现冗余备份，出现服务器故障，备份功能将无法实现，数据备份的可靠性没有阵列方式高。
③基于双主备机备份方式。优点：①关联设备数量最少，连接配置简单，价格最低，维护要求低；②数据库备份一般采用通用或专门开发的数据备份软件；（函数据备份的可靠性相对较高。缺点：①通过监控主机和备用机自身实现数据备份，对主机或备用机的资源消耗高，加重了主机性能压力，影响系统响应速度；②需要双网卡支持。
2.3、发展趋势
（1）系统将向嵌入式实时操作系统、综合组态软件、现场总线及可编程控制器等方向发展；（2）系统将向网络化、智能化的方向发展；（3）实现智能化的判断自检功能；（4）监控系统的数据将向基于环网宽带的多主方式的传输方式发展。
参考文献：
[1] 成凌飞：基于矿用双绞线的矿井视频信号传输的分析，煤炭工程，2007.5.
[2] 王文：煤矿井下安全避险“六大系统”工程设计探讨，机械管理开发，2012.10.
[3] 孫继平：煤矿安全监控技术与系统，煤炭科学技术，2010.8.
[4] 李鸿财：煤矿安全监控系统技术管理探讨与应用，中国新技术新产品，2013.3.
[5] 孙继平：煤矿物联网特点与关键技术研究，煤炭学报，2011.9.