发布日期：2020-04-23 来源：矿道网 投稿者：王生 浏览次数：

  ：介绍了煤矿安全监控系统的分类、基本组成及系统的拓扑结构,对煤矿安全监控系统的数据采集方式来进行了比较。煤矿安全监控系统的数据采集方式大致有3种：主从（以巡检的方式对分站进行数据采集）、多主（节点设备主动向上发送数据）及其混合方式;对比不同的数据采集方式，归纳出不同数据采集方式的特点，从而得出每种方式的优缺点。

  煤矿安全监控系统能有很多分类，各自有相应的优缺点，目前绝大多数的系统都存在着可靠性低、数据传输误差大、智能化低、不易管理等问题。传输技术多采用窄带总线传输方式，在传输带宽、处理容量、稳定性、可维护性、传输距离等方面存在着明显不足[1-3]。随着现场总线等通信技术在煤矿中大量应用，使得煤矿安全监控系统能向全数字化、更加智能化的方向发展，现场设备能即插即用，自诊断内容可以迅速传到中心站主机，异地控制更加可靠及迅速，保证短时间之内（与轮询周期相关）报警状态变化不会漏掉等等，为进一步改善煤矿安全监控系统提供了可靠的保障[4]。对煤矿安全监控系统的数据采集方式来进行了比较,对比不同的数据采集方式，归纳出不同数据采集方式的特点，从而得出每种方式的优缺点。

  煤矿安全监控系统按采用的通讯技术一般有：①串行通信技术：RS232、RS485等；②现场总线通信技术：AN、LonWorks及ProfiBus等；③通信技术、现场总线通信技术与工业以太网的组合方式等。煤矿安全监控系统按主机访问方式一般有：①主从方式：即主机发送取数据指令，从机接收到主机的指令后，向主机发送数据；②多主（无主）方式：即各节点在无需求时，不发送数据，当有新的状态变化或者到达指定发送数据周期时，节点主动向目标主机（监控主机或有关联的节点）发送数据；③主从与多主（无主）的混合方式。

  煤矿安全监控系统一般由传感器、执行机构、分站、电源箱（或电控箱）、网关（或传输接口）、主机（含显示器）、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPS-电源、远程终端、网络接口电缆（或光缆）和接线]。煤矿安全监控系统的典型拓扑结构如图1。理论上，煤矿井下由巷道及工作面组成的网络大致是一个树形结构，其特点是主干和部分枝节较长，有的枝节相对简单，节点较少，有的枝节较复杂，节点较多。由于绝大多数煤矿目前已经布置了信息环网（光纤环网），所以主干部分的网络大多已经具备，安全监控系统的接入要充分的利用煤矿现有主干通信网络，重点解决枝干到节点的通信、控制及供电问题。图1中，第1部分为煤矿主干网络，一般由1台地面中心交换机和若干防爆交换机组成，形成百兆或千兆通信环网；第2部分由网关（接口）和节点（总线传感器）组成的现场总线部分为网关（接口）和分站与下属传感器组成的二级现场总线部分放在一起为混合网络，即分站和传感器可同时位于同一级网络[6-10]。

  煤矿安全监控系统主要有主从（轮询）、多主（无主）及主从与多主的混合数据采集方式，它们各自有各自的优缺点，可根据真实的情况进行选择。

  1）上电通知（设备接入系统网络后向中心站发送的通知信息）。①主从方式：分站（节点）接入后，不能主动告知地面主机，须等待中心站主机巡检，如果不知道该节点的地址，将无法知道该节点是不是真的存在；②多主方式：即插即用，接入后节点主动发送上电通知，等待地面主机的初始化和确认处理。2）数据读取方式。①主从方式：一问一答，增加了通道占用时间，巡检周期随着节点数量的增多而变长，尤其是当传感器接入到总线上（传感器与分站同一级别）时，该方式将导致总线上的询问指令占比大幅度提升，无法在较短周期内完成数据采集任务；②多主方式：定时主动发送，只有单向数据，减少通信通道拥堵，数据上传周期相对固定，接入总线传感器（传感器与分站同一级别）时，不会因为节点数量的增加影响到总的数据采集周期。3）本地断电。①主从方式：分站采集数据、判断处理，断电信息最长要1个巡检周期才能告知地面主机；②多主方式：分站接收数据、判断处理，节点（分站）立即告知地面主机。4）异地断电。①主从方式：分站通过地面主机将控制命令发送到被控节点，若地面主机不在线则没办法完成异地断电任务；②多主方式：节点（分站）主动控制被控节点，控制完成后分别告知地面主机，控制动作与地面主机无关。5）自诊断及其它数据。①主从方式：发送自诊断及其它数据时，进一步延长了巡检周期;②多主方式：在通信间隙中随时发送。6）报警状态信息。①主从方式：分站采集传感器状态数据，等待地面中心站主机巡检，中心站主机最长要1个巡检周期加分站的1个采集周期才能取得状态；②多主方式：状态变化时，节点立即发送报警状态信息给中心站主机。

  1）最大巡检周期。根据AQ62012006标准规定，系统的最大巡检周期是指系统在满容量条件下，传感器输出变化到中心站主机显示所需要的时间。根据煤矿安全监控系统的安全性优先原则，系统关心的主要是一些敏感数据，按照重要性排序，应该是：①断电控制（闭锁）状态数据；②报警状态数据；③节点故障状态数据;④实时变化数据。由于多主方式选用的是状态变化时主动上传，所以①、②、③项状态数据中心站主机是能马上得到的，只有实时变化数据在1个巡检周期之内上传，而主从方式分站所有数据基本都在同时发送，最坏情况下是要满1个周期才能上传到中心站主机。2）节点设备安装启动。多主方式能自动向中心站主机发送上电通知，报告设备的地址、类型、量程及身份等信息，等待监控人员做处理，而主从方式则必须事先知道该节点设备的地址，然后才能对其进行访问。3）地址冲突自动识别。当多台传感器地址相同时，多主方式系统会根据上电通知中的身份信息自动判断地址冲突的设备，提示设施安装和监控人员及时更改冲突传感器地址，提高系统的可靠性，避免两个设备同时工作的危害，减少工人往返井上井下的工作量。4）异地断电。多主方式能直接实现设备间的异地控制，并且相互直接保持沟通，不一定要通过中心站主机转发，大幅度的提升了异地控制的可靠性。5）故障数据。当设备本身发生故障时（通信部分除外），多主方式能立即发出故障数据。6）系统软件处理。多主方式的状态数据、实时数据是由各节点设备处理发送的，符合分布式解决方法的基本要素，中心站只需要被动接收即可，这样做才能够大大减少中心站软件系统的数据处理工作量，提高数据处理能力，防止产生数据处理拥堵、系统假死丢失数据、无法响应人员操作等现象。

  1）多主方式系统更加智能化，状态反馈更及时，安装提示更加明确、异地断电更加快速可靠。实时数据主动传输能够大大减少中心站主机数据采集任务，状态数据无需中心站主机进行二次处理，降低了通信带宽占用，提高了硬件资源的利用率。2）多主方式能使得传感器与分站处于同一级总线上，大幅度提升系统布置的灵活性。3）为了让煤矿安全监控系统的应用更安全、可靠，更加智能化，反应更加迅速，煤矿安全监控系统的生产厂商有必要对系统的数据采集方式来进行调整，对比不同方式在实际应用中的优缺点，或研究采用混合方式，进一步提升煤矿安全监控系统的性能。

  ［1］李继林．煤矿监测监控系统现状与发展的新趋势［J］．煤炭技术，2008（11）：3－5．

  ［2］鲁远祥，樊荣．煤矿安全监控系统体系架构技术的发展［J］．矿业安全与环保，2009（S1）：177－179．

  ［3］梁秀荣，朱小龙．煤矿安全监测监控系统有关问题的探讨［J］．煤炭科学技术，2006（8）：69－71．

  ［4］訾兴建，许中．基于工业以太网与现场总线的煤矿电力监控系统［J］．煤炭工程，2010（2）：115－117．

  ［5］孙继平．煤矿安全监控技术与系统［J］．煤炭科学技术，2010（10）：1－4．

  ［6］左丽芬．煤矿安全监控系统与现场总线技术［J］．煤炭技术，2007（9）：118－119．

  ［7］李景平．基于现场总线思想的煤矿综合监控系统设计［J］．测控技术，2000，19（12）：21－23．

  ［8］刘延杰．煤矿监测监控系统网络结构的探讨［J］．煤矿设计，1999（4）：22－24．

  ［9］王保中，涂亚庆，张丽娟．工业以太网与CAN现场总线比较和应用方案分析［J］．工业仪表与自动化装置，2006（5）：10－12．

  ［10］卢超．基于CAN总线分布式矿井温湿度监测系统研发［J］．煤炭科学技术，2011（9）：94－99．

  作者：殷鹏 肖开泰 肖长亮 曾志 单位：煤科集团沈阳研究院有限公司 煤矿安全技术国家重点实验室

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