煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的重要保障系統(tǒng)，是煤礦安全生產(chǎn)的重要技術(shù)手段。本文主要研究煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理方法。

　　《煤礦安全》創(chuàng)刊于1970年，至今已有30多年的歷史，它最初為不定期刊物，1973年被批準(zhǔn)為部辦全國性專業(yè)技術(shù)刊物，1974年1月改為國內(nèi)公開發(fā)行，為雙月刊，1980年改為月刊，是全國煤炭行業(yè)主要科技期刊之一。刊物主要內(nèi)容是宣傳國家有關(guān)煤礦安全的政策、法規(guī);報(bào)道國內(nèi)外煤礦安全領(lǐng)域的新成果，新技術(shù)以及安全裝備、安全管理、安全培訓(xùn)等信息;剖析井下事故案例等。

　　目前我國煤礦均已安裝安全監(jiān)控系統(tǒng)，為防范和減少煤礦重特大事故發(fā)揮了重要的監(jiān)控、預(yù)警作用。監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效防范瓦斯事故的前提條件之一就是要做到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，系統(tǒng)對要能夠?qū)崟r正確顯示井下監(jiān)測場所瓦斯等環(huán)境參數(shù)值，即要做到監(jiān)測數(shù)據(jù)正常。

　　根據(jù)目前煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中異常監(jiān)測數(shù)據(jù)的發(fā)生情況，分析異常數(shù)據(jù)的特征以及產(chǎn)生的原因，針對不同類型的異常監(jiān)測數(shù)據(jù)，在監(jiān)控系統(tǒng)對異常數(shù)據(jù)的處理以及現(xiàn)場工人在煤礦井下的維護(hù)處理等方面提出了相應(yīng)的方法，該方法的應(yīng)用對于完善和提高系統(tǒng)可靠性及易用性，發(fā)揮安全監(jiān)控系統(tǒng)在事故監(jiān)控及預(yù)警方面的作用具有積極意義。

　　1.引言

　　實(shí)際應(yīng)用過程中，由于現(xiàn)場環(huán)境、設(shè)備維護(hù)以及監(jiān)測設(shè)備故障等主客觀原因的存在，監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常的現(xiàn)象時有發(fā)生。能夠發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，判斷其產(chǎn)生的原因，對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提供現(xiàn)場解決辦法，對監(jiān)控系統(tǒng)的正確有效運(yùn)行有著積極意義。

　　2.異常數(shù)據(jù)定義

　　監(jiān)測數(shù)據(jù)是指在監(jiān)控系統(tǒng)中反映煤礦井下現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)及生產(chǎn)參數(shù)的數(shù)據(jù)，包括計(jì)算機(jī)采集到的分站發(fā)送的采集數(shù)據(jù)，分站等采集設(shè)備采集到的傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，在沒有分站等中間采集設(shè)備的系統(tǒng)中，傳感器直接傳送到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)也在監(jiān)測數(shù)據(jù)的范疇之內(nèi)。異常監(jiān)測數(shù)據(jù)指不能正確反映現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)以及生產(chǎn)參數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時沒有監(jiān)測數(shù)據(jù)，即沒有采集到現(xiàn)場參數(shù)數(shù)據(jù)，也應(yīng)該是一種異常的監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)異常在監(jiān)控系統(tǒng)中的表示形式主要有：模擬量傳感器誤報(bào)警、模擬量傳感器誤故障、開關(guān)量傳感器的狀態(tài)頻繁變化、累計(jì)量傳感器數(shù)值增長過快、模擬量傳感器數(shù)值超出測量范圍。

　　1)模擬量傳感器誤報(bào)警是指傳感器所在檢測位置的環(huán)境參數(shù)并沒有達(dá)到報(bào)警值，在傳感器本機(jī)上、連接傳感器的分站上以及監(jiān)控系統(tǒng)軟件上，有一處或多處顯示該檢測位置的環(huán)境參數(shù)為報(bào)警狀態(tài)。

　　2)模擬量傳感器誤故障是指模擬量傳感器本身正常工作，在連接傳感器的分站上以及監(jiān)控系統(tǒng)軟件上，有一處或多處無法采集到該傳感器的數(shù)值，從而斷定該傳感器故障。

　　3)開關(guān)量傳感器的狀態(tài)頻繁變化是指，傳感器所監(jiān)測的開關(guān)量(如風(fēng)機(jī)的開停狀態(tài))不可能發(fā)生頻繁變化，在連接傳感器的分站以及監(jiān)控系統(tǒng)軟件上，有一處或多處顯示被監(jiān)測開關(guān)量頻繁變化。

　　4)累計(jì)量傳感器的數(shù)值增長過快是指，傳感器所監(jiān)測的累計(jì)量(生產(chǎn)過程中的提升鉤數(shù))不可能迅速的增長，在連接傳感器的分站以及監(jiān)控系統(tǒng)軟件上，有一處或多處顯示被監(jiān)測累計(jì)量快速增長。

　　5)模擬量傳感器數(shù)值超出測量范圍是指，在連接傳感器的分站上以及監(jiān)控系統(tǒng)軟件上，有一處或多處顯示檢測位置的環(huán)境參數(shù)超出了傳感器的測量范圍。

　　3.異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因及處理方法

　　經(jīng)過對多個煤礦企業(yè)在用監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中有異常監(jiān)測數(shù)據(jù)的情況普遍存在，產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)的主要原因歸結(jié)為現(xiàn)場干擾、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備故障、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備安裝維護(hù)不當(dāng)?shù)取?/p>

　　3.1現(xiàn)場干擾

　　普遍認(rèn)為當(dāng)傳感器的信號電纜與其它大型用電設(shè)備的動力電纜并行敷設(shè)時，動力電纜形成的干擾感應(yīng)到傳感器的信號電纜上，容易在監(jiān)控系統(tǒng)中形成異常數(shù)據(jù)。這些干擾信號主要有：(1)控制大型用電設(shè)備啟動時動力電纜產(chǎn)生的浪涌干擾;(2)井下電力變頻器產(chǎn)生的干擾;(3)大型電氣設(shè)備附近的電磁干擾。干擾信號導(dǎo)致的最終結(jié)果是在系統(tǒng)中會出現(xiàn)一些誤報(bào)警，究其原因是干擾信號使傳感器的輸出信號發(fā)生了變化，導(dǎo)致采集設(shè)備利用該信號計(jì)算出來的結(jié)果錯誤。

　　采集設(shè)備檢測到的正常信號及干擾后的異常信號波形分別如圖1(a)及(b)所示：

　　分站將輸入的圖1所示頻率信號，硬件隔離、濾波、整形處理后的波形分別如圖2、圖3所示：

　　圖2和圖3所示頻率信號的周期滿足T0=T1+T2的關(guān)系，對于頻率測量采用測周法，數(shù)據(jù)處理采用常用的去掉一個最大值和最小值后平均的方法，圖3信號的頻率值是圖2信號頻率值的2倍。以常用的量程為0～4%CH4對應(yīng)輸出頻率為200Hz～1000Hz的甲烷傳感器為例，分析此種情況下系統(tǒng)中顯示的測點(diǎn)濃度值，假設(shè)現(xiàn)場實(shí)際的甲烷濃度為0%CH4，則傳感器輸出的頻率信號頻率值為200Hz，出現(xiàn)上圖所示的干擾情況后，在分站側(cè)采集的頻率值則為400Hz，轉(zhuǎn)換成氣體濃度為1.0%CH4，所以就會出現(xiàn)，系統(tǒng)中顯示的測點(diǎn)的數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境參數(shù)值的情況。針對此種情況，在監(jiān)控系統(tǒng)中可以做如下工作。

　　1)數(shù)據(jù)過濾

　　信號處理中可以增加干擾數(shù)據(jù)處理辦法，某一時刻測量信號的頻率是前一次測量信號頻率的2倍，可以確定為干擾信號所致，測量結(jié)果可維持前一次測量值。在實(shí)際操作過程中，瓦斯等傳感器的特點(diǎn)決定了，其數(shù)值不會出現(xiàn)迅速增大的情況，所以數(shù)據(jù)過濾時可以將大于前一測量頻率1.8倍以上的數(shù)據(jù)過濾。

　　2)故障提示

　　雖然信號及數(shù)據(jù)可以做過濾處理，但是在干擾信號持續(xù)存在的情況下，并不能最終解決問題。持續(xù)的干擾信號，有可能干擾傳感器的工作狀態(tài)，導(dǎo)致傳感器死機(jī)等故障，所以需要將井下當(dāng)前的現(xiàn)場干擾情況上傳至地面主機(jī)，以便通知相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場處理，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。干擾導(dǎo)致的故障信息可以采用上傳故障代碼的方式來完成。

　　3.2系統(tǒng)設(shè)備使用維護(hù)不當(dāng)

　　煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備眾多、安裝位置分散且變動頻繁的特點(diǎn)，決定了設(shè)備的使用及維護(hù)工作量非常大，導(dǎo)致在使用及維護(hù)中出現(xiàn)許多問題，主要有電源使用不合理、電纜的維護(hù)不到位、設(shè)備的接線錯誤等，以下將分別說明其對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的影響情況。

　　1)電源使用不合理，一臺電源設(shè)備上接入傳感器的功率超出電源的額定功率，當(dāng)各設(shè)備處于正常工作狀態(tài)下，電源設(shè)備可以對各傳感器正常提供電源，但是當(dāng)某些傳感器出現(xiàn)報(bào)警等功耗增加情況時，電源將會進(jìn)入過流保護(hù)狀態(tài)，對外切斷輸出，則通過此設(shè)備供電的所有傳感器將會停止工作，將會導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)無傳感器數(shù)據(jù)的異常。2)傳感器接頭長期插拔導(dǎo)致接觸不良、接線盒內(nèi)出現(xiàn)接觸不良以及短路現(xiàn)象、信號電纜破損是常見的電纜維護(hù)不到位的幾種情況。電纜維護(hù)不到位，可能是電纜斷路，也可能是電纜短路，在多芯電纜中，斷路短路的可能是一芯，也可能是多芯，導(dǎo)致的結(jié)果可能是信號中斷，可能是電源中斷，也有可能是信號及電源同時中斷，但是在采集設(shè)備側(cè)，結(jié)果只有一個，那就是傳感器輸出的信號線上無信號，最終導(dǎo)致系統(tǒng)中無傳感器的數(shù)據(jù)。

　　3)設(shè)備接線錯誤，主要是指在分站等采集設(shè)備上，將頻率信號輸出的設(shè)備接入到定義為開關(guān)量或累計(jì)量的端口上。開關(guān)量及累計(jì)量數(shù)據(jù)的采集均是通過判斷信號的電平來完成的，對于開關(guān)量信號是通過采集電平信號的變化來判斷設(shè)備開停，而對于累計(jì)量則是通過判斷脈沖個數(shù)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)頻率量設(shè)備接入到開關(guān)量或累計(jì)量測點(diǎn)端口時，由于頻率量的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開關(guān)設(shè)備的開停次數(shù)或累計(jì)數(shù)的增長速度，導(dǎo)致開關(guān)量測狀態(tài)頻繁變化或生產(chǎn)參數(shù)變化異常。

　　解決以上問題首先要做的是正確的使用系統(tǒng)設(shè)備、加強(qiáng)系統(tǒng)的維護(hù)力度，除此之外，在系統(tǒng)上可以做出一些設(shè)計(jì)，對故障原因進(jìn)行分析判斷，給用戶以提示，以便于提高系統(tǒng)維護(hù)的效率。

 

　　1)系統(tǒng)中增加對電源設(shè)備信息的采集功能。因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)備能否正確工作的一個重要前提就是，為其供電的電源設(shè)備對外輸出正常。通過設(shè)備的電源信息可以很直觀的了解設(shè)備的工作狀態(tài)。可通過電源與分站通訊或電源與計(jì)算機(jī)通訊的方式來采集，采集的電源信息包括各路電源的電壓及電流。

　　2)利用電源信息判斷傳感器無數(shù)據(jù)的原因。在系統(tǒng)軟件中配置電源設(shè)備各路電源所接入的傳感器，當(dāng)傳感器無數(shù)據(jù)時，通過判斷電源電壓是否為零，可以判斷該傳感器是處于電源線短路的情況;通過判斷電源電流是否為零，可以做出電源線是否斷開的情況。如果電源的電壓及電流均不為零可以做出電纜信號線故障或傳感器故障的提示。

　　3)通過相關(guān)傳感器狀態(tài)判斷傳感器無數(shù)據(jù)的原因。現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，對于一根4芯的電纜，經(jīng)常采用兩臺傳感器共用一根電纜的接線方式，兩臺傳感器共用2芯電源線。可以通過判斷與其共用電源的傳感器是否工作正常，如果該傳感器工作正常，可以進(jìn)行信號傳輸電纜信號線故障或傳感器故障的提示。如果該傳感器數(shù)據(jù)也為中斷狀態(tài)，可以進(jìn)行電纜故障或電源故障的提示。

　　4)使采集設(shè)備的開關(guān)量、累計(jì)量采集端口具備頻率信號采集功能，當(dāng)端口上接入正常的開關(guān)量或累計(jì)量傳感器時，可以正常的檢測信號，當(dāng)端口上接入了頻率量傳感器時，采集設(shè)備應(yīng)能檢測到此頻率信號的大小，當(dāng)其大于一定的數(shù)值(如10Hz)時，提示用戶該端口上接入了錯誤的設(shè)備。

　　3.3系統(tǒng)設(shè)備故障

　　傳感器的信號輸出電路故障，肯定會導(dǎo)致傳感器輸出的信號異常，而傳感器檢測元件老化或損壞，導(dǎo)致傳感器用于計(jì)算輸出結(jié)果的輸入值異常，最終也會導(dǎo)致傳感器的輸出信號異常，所以這兩種系統(tǒng)設(shè)備的故障，是現(xiàn)場常見的導(dǎo)致傳感器的數(shù)據(jù)超出量程范圍的原因。超出測量范圍有兩種情況，分別是低端超出量程和高端超出量程。超出量程的表現(xiàn)為測量值不符合物理規(guī)律，如系統(tǒng)檢測到某處瓦斯的濃度值為負(fù)數(shù)，系統(tǒng)檢測到某處氧氣的濃度值為120%。

　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先做到傳感器根據(jù)其檢測量的屬性以及其量程對輸出信號進(jìn)行限制，保證其正常工作時系統(tǒng)中不會出現(xiàn)超量程的數(shù)據(jù)。在此前提下，可以對系統(tǒng)中超出量程范圍的異常數(shù)據(jù)，做出系統(tǒng)設(shè)備故障類型的定位。

　　4.結(jié)語

　　本文總結(jié)了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)的種類，分析了各類異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，并從監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)方面，提出了對干擾信號在分站及軟件上的過濾方法、故障的顯示方法。從系統(tǒng)的角度，提出便于傳感器故障類型判斷以及現(xiàn)場維護(hù)的設(shè)計(jì)方法，將這些方法應(yīng)用到煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，對于提高系統(tǒng)的易用性及可靠性有一定的作用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]孫繼平，馮德旺，趙振保，等.礦用線纜電快速瞬變脈沖群騷擾的傳輸特性[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(1)：46-49.

　　[2]馮亞飛，肖運(yùn)江.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)常見誤報(bào)警原因分析及軟件處理方法[J].工礦自動化，2013(4)：90-92.

　　[3]張立斌，蔣澤，王啟峰.礦用傳感器的偽數(shù)據(jù)濾除方法[J].工礦自動化，211(8)：1-4.

　　[4]鄒哲強(qiáng)，張立斌，蔣澤，等.煤礦監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生偽數(shù)據(jù)的原因和應(yīng)對措施[J].工礦自動化，2013(9)：1-4.

　　[5]王保國，張曉東，韓冰飛.礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)誤報(bào)警原因分析[J].科技信息，2012(4)：413.

　　[6]朱前偉.礦用本質(zhì)安全電源的基本要求和設(shè)計(jì)方法[J].工礦自動化，2012(2)：26-29.