1、安全监控系统升级改造及方案措施1概述2021年末国家煤矿安监局印发?平安监控系统升级改造技术方案?煤安监函20215号文件，要求2021年底大型矿井、煤与瓦斯突出矿井的在用平安监控系统完成升级改造工作。同时?煤矿平安规程?2021版对平安监控系统也提出了新的更高要求，提高平安监控系统在平安生产中的作用。随着矿井信息化建立的加快，各种系统建立的越来越多，井下干扰增多，使得平安监控系统稳定性受到影响，维护工作量不断增大，分析问题的难度逐步上升，也需要对平安监控系统进展升级改造，将更多的新技术应用到系统中，提高系统运行的稳定性。KJ90N平安监控系统是XX研究院在2021年针对抗干扰送检的全新平安监
2、控系统，利用工业以太网+总线传输平台，使系统在设备抗干扰、实时性、可靠性、稳定性、扩容接入能力、防护等级、数字化、数据分析应用、数据融合、新技术应用等方面技术水平进一步提升。同时系统通过AQ6201-2006对抗干扰浪涌、静电、射频电磁场辐射、电快速瞬变脉冲群要求等级，并取得“MA认证。2设计依据1）?煤矿平安规程?2021版2）?平安监控系统升级改造?5号文件3）?煤矿平安装备根本要求?4）?煤矿平安监控系统通用技术要求AQ6201-2006?5）?煤矿平安监控系统及监测仪器使用规X?AQ1029-20076）?低压电器外壳防护等级?GB4942.23升级改造要求及实现途径逐条对应升级文件3
3、.1传输数字化在分站至中心站数字化传输的根底上，将传感器模拟量至分站升级为数字传输，实现平安监控系统的数字化，促进智能传感器开展。KJ90N系统配套所有模拟量传感器均具有智能数字化传输功能，采用RS485/CAN总线可选的方式。智能模拟量传感器具有类型、状态、故障自识别功能，调校状态识别提醒功能，对未按照规定时间调校的传感器进展识别并报警。开关量按照附表进展选择性更换，尽量保持不变，如果客户需要更换为全数字化，我院也有对应的数字化产品。断电仪也是同客户沟通，如果客户需要数字化产品，我院也有对应产品，在资金不允许的情况下，暂时不升级。3.2增强抗电磁干扰能力平安监控系统及组成设备采用抗干扰EMC
4、技术设计，通过以下试验：地面设备3级静电抗扰度试验，评价等级为A；2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；2级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；交流电源端口3级、直流电源与信号端口2级浪涌冲击抗扰度试验，评价等级为B。KJ90N系统取得了抗干扰认证，实现了在施加干扰时不影响传感器正常运行，其中群脉冲通过了3级抗扰度试验，高于5号文件要求。3.3应用先进传感技术及装备推广使用架构简单系统以及激光、红外等低功耗传感器、自诊断型传感器，鼓励使用多参数传感器。突出矿井的采煤工作面进、回风巷，煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中，采区回风巷，总回风巷瓦斯传感器推荐使用激光、红外等全量程传感器。
5、突出、高瓦斯矿井的回风隅角建议采用无线传感器。建议加装粉尘监测设备。XX研究院开发的红外、激光传甲烷感器已销售使用多年，数字化、抗干扰、防护等各项指标均满足本次升级改造要求。尤其2021年投产并销售使用的激光甲烷传感器，相对红外甲烷检测技术具有进一步的提高：是目前测量精度最高的设备；采用半导体激光吸收光谱检测技术，抑制了红外检测原理受水、水汽影响；传感器内置标准气体，具有实时自校准功能；采用谐波检测信号处理技术，仅对甲烷气体浓度信息进展响应，防止背景气干扰误报。因此，在矿方资金预算允许的条件下，优先推荐使用激光甲烷传感器。无线甲烷传感器由于受电池使用时间限制，目前市面相关产品较少。我院自202
6、1年开场研发，产品仍在研发阶段，预计2021年底投产。粉尘传感器设计方案时需要考虑，至少工作面要增加。3.4提升传感器的防护等级将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65。XX研究院自2021年进展传感器数字化、抗干扰及提高防护等级等技术研究，新改进传感器自2021年开场陆续投产，2021 年完成了所有传感器的升级，传感器防护等级均到达IP65，能够在淋水环境下正常工作。3.5完善报警、断电等控制功能系统实现分级报警，根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限X围等，设置不同的报警级别，实施分级响应。各级别报警浓度值的设置可由煤矿企业根据相关法规标准和实际情况决定。XX研究院通过软件实
7、现了灵活设置多级报警功能，并可对瓦斯报警的持续时间过长进展报警，可由用户根据实际情况设置报警参数及X围。推行逻辑报警，根据巷道布置及瓦斯涌出等的内在逻辑关系，实施逻辑报警，促进各类传感器的正确安装、设置、维护，监控系统的正常使用，防止XX行为。具体逻辑关系可由煤矿企业根据实际情况进展设置。软件实现了逻辑点功能，可根据多个监测点和一组逻辑关系计算出一个新的点，可设置报警条件。煤矿企业根据实际情况进展定义和设置。完善就地断电功能，提高断电的可靠性，并加强馈电状态监测。推行区域断电，可由煤矿企业根据井下供电系统的实际情况进展设置。软件实现了就地断电设置和远程自动断电功能。上位机将就地断电设置下发给分
8、站后，分站就可以根据设置的条件进展断电控制；远程自动断电实现在每个监测点超限时可以根据用户的设置进展控制，可以实现区域断电。3.6支持多网、多系统融合实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS技术的有机融合。多系统的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。鼓励新安装的平安监控系统采用井下融合方式。在地面统一平台上必须融合的系统：环境监测、人员定位、应急播送，如有供电监控系统，也应融入。其它可考虑融合的系统：视频监测、无线通信、设备监测、车辆监测等。XX研究院自产系统可通过地面平安监控系统站实现瓦斯监控、人员定位、应急播送系统数据的融合，可对数据进展集中展示，对多系统数据进展融合分
9、析，并可实现应急救援联动。对其它厂家的系统开放接口协议，配合完成融合功能。井下融合局部由硬件支持3.7格式规X化系统主干网应采用工业以太网。分站至主干网之间有线传输宜采用工业以太网，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。“十三五末应采用工业以太网。模拟量传感器至分站的有线传输采用工业以太网、RS485、CAN；无线传输采用WaveMesh、Zigbee、Wi-Fi、RFID。系统改造后支持联网并按要求数据格式上传。KJ90N系统主干网设计有百兆、千兆以太环网，环网切换时间不大于50ms。分站至主干网交换机采用RS485总线传输。模拟量传感器至分站采用RS485/CAN
10、总线可选择，无线传感器采用Zigbee技术，通过无线传输方式监测上隅角参数。3.8增加自诊断、自评估功能实现系统定期的自诊断、自评估，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。自诊断的内容至少应包括：1）传感器、控制器的设置及定义；不允许用户设置的报警阀值低于行标要求，只可高于行标。2）模拟量传感器维护、定期未标校提醒；已实现传感器调校分组功能，可对每组定义调校周期，到期未调校进展提醒。3）模拟量传感器、控制器、电源箱等设备及通信网络的工作状态；控馈断电仪自动识别4）中心站软件自诊断，包括双机热备、数据库存储、软件模块通信。中心站软件已经实现双机热备、数据库存储和通讯模块工作是否正常的监测和记录
11、；XX研究院软件可对定义的传感器类型与上传的类型进展比照，对不一致的进展报警，防止由于定义错误引起的误报警。同时，智能模拟量传感器具有类型、状态、故障自识别功能，调校状态识别提醒功能，对未按照规定时间调校的传感器进展识别并报警。为传感器及分站供电的电源具有信息管理功能，能够对电源模块的工作状态、电池剩余电量、腔体的温度进展实时监测并上传，并具有远程电源管理功能，能够对电池进展充放电管理，延长电池使用寿命。3.9加强数据应用分析平安监控系统应具有大数据的分析与应用功能，至少应包括以下内容：1）伪数据标注及异常数据分析；20秒内完成上升及下降过程，且变化幅度超过1.0%，理解为伪数据。2）瓦斯涌出
12、、火灾等的预测预警；3）大数据分析，如多系统融合条件下的综合数据分析等；系统实现了对控馈不符、超限不断电、超限不撤人等多系统数据融合分析功能；4）可与煤矿平安监控系统检查分析工具对接数据。有数据对接接口在系统监控软件进展升级改造后，加强了数据应用分析功能，主要有以下几点：1通过对甲烷、风速、压力的监测，并结合一套逻辑关系，实现了瓦斯涌出报警，具体参数用户可以设置；2通过对一氧化碳、温度和风速的监测，并结合一套逻辑关系，实现了火灾等预警预测，具体参数用户可以设置；3对模拟量值的监测，通过在一定时间内的完成某个过程的变化，幅度超过一定值的情况进展筛分，实现了伪数据标注，和异常数据分析功能；（4）平
13、台使用各项性能指标的历史数据，进展系统自评估的大数据分析；5系统对外提供标准规X的数据接口，并具有平安验证功能；3.10应急联动在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，可自动与应急播送、通信、人员定位等系统的应急联动。通过系统软件实现了XX院平安监控、人员定位及播送系统的联动，在甲烷超限时，可启动播送系统，同时告知在危险区域的人员。3.11提升系统性能指标1）系统巡检周期不超过20s；KJ90N系统巡检周期最快可达2秒，一般设置一台分站通信时间2秒，一条总线挂接4-5台分站。2）异地断电时间不超过40s；KJ90N系统异地断电可通过两种方式实现，一是通过中心站软件实现两台分站之连续电，二是在
14、一条总线之间的分站可通过分站直接实现。两种方式断电时间均不超过20秒。3）备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，更换电池要求由仅能维持1h时必须更换，提高到仅能维持2h时必须更换；KJ90N系统中为分站、交换机供电的电源备用时间均能到达4小时，同时具有电源信息管理功能，可在中心站实时监视备用电池可工作时间，并在需要电池维护时进展提醒，延长电池使用寿命。4）具有双机热备自动切换功能；KJ90N系统具有双机热备份功能，主备机可自动切换。5）模拟量传输处理误差不超过0.5%；采用数字量传输后，数据传输不存在误差。6）分站的最大远程本安供电距离在设计工况条件下实行分级管理，分别为2km、3
15、km、6km。KJ90N系统为传感器提供的电源供电距离可达2km，如果有超过2km的工作面，可通过增加电源中继的方式延长供电距离，增加一台中继可延长1km，实现1路电源为2台传感器供电。3.12增加加密存储要求为有利于平安监管监察和企业平安管理，对采掘工作面等重点区域的瓦斯超限、报警、断电信息应进展加密存储，采用如MD5、RSA加密算法对数据进展加密，确保数据无法被破解篡改。KJ90N系统采用MD5算法对数据库加密，防止对数据的篡改。3.13方便用户使用、维护、培训软件界面友好，方便调用，强化帮助功能。KJ90N系统针对用户在软件GUI界面操作和用户行为习惯建模分析，把用户软件GUI界面操作习
16、惯转换成可量化的用户使用习惯指标；进而指导软件界面的重构，提高界面友好性。提供详细帮助文档，可快速搜索查询。4升级改造实施方案4.1改造原那么本升级改造方案主要遵循以下原那么：1）规X性原那么，升级后的平安监控系统全面满足现行规程、标准及规X要求；2）稳定、可靠、成熟的原那么，KJ90N系统所有产品均采用自产，自配套齐全，且采用先进成熟的技术；3）投资最优化原那么，充分利用已有系统设备，在满足相关要求的情况下实现投资最优化。4.2软件KJ90N系统软件功能实现现行标准、规程、文件最新要求，涉及与其它厂家系统的，集成数据局部开放标准接口，联动控制局部定制开发。4.3硬件1）分站本次升级改造要求分
17、站能够采集总线传感器数据，目前我院新近变更安标的KJ90-F16(C)型分站具有4路总线输出，满足抗干扰要求，由于分站取消了频率采样，因此应更换为新型设备，无法兼容在用设备。型号升级方式备注KDF-2更换为总线型KJ90-F16(C)由于设备使用年限较久，不满足升级要求，需要更换。KDF-3更换为总线型KJ90-F16(C)由于设备使用年限较久，不满足升级要求，需要更换。KJ90-F8更换为总线型KJ90-F16(C)由于设备使用年限较久，不满足升级要求，需要更换。KJ90-F16更换为总线型KJ90-F16(C)在用设备仅支持频率采样，总线输出只能挂接流量设备，不满足升级要求。KJ90-F1
18、6(A)更换为总线型KJ90-F16(C)在用设备仅支持频率采样，总线输出只能挂接流量设备，不满足升级要求。KJ90-F16(B)更换为总线型KJ90-F16(C)2021年前在用的设备需要更换，2021年采购的总线型设备满足升级要求，可正常使用。KJ90-F16(C)更换为总线型KJ90-F16(C)在用设备仅支持频率采样，总线输出只能挂接流量设备，不满足升级要求。KJ90-F16(D)更换为总线型KJ90-F16(C)在用设备仅支持频率采样，总线输出只能挂接流量设备，不满足升级要求。2）电源电源主要解决抗干扰、备用电源时间及带载能力，XX研究院KDW660/24BA型电源具有抗干扰认证，设
19、计电源信息管理功能，能够实时监测备用电源带载能力，电源模块工作状态，同时可通过远程中心站软件对电池进展充放电管理。型号升级方式备注KDW0.3/660(A)升级为KDW660/24BA不满足抗干扰、电池备用时间要求，应淘汰。KDW0.3/660(B)淘汰不满足抗干扰、电池备用时间要求，应淘汰。KDW660/24BA市场上有两种，一种是铅晶电池，无液晶显示，可通过更换对应的电池，改造不满足2小时备用时间的设备；一种是镍氢电池，具有液晶显示窗，更换对应电池，改造不满足2小时备用时间的设备。KDW660/24BB建议淘汰，目前设计的总线型分站无中分站，如果由于资金问题，可通过将19芯输出线缆更换为2
20、4芯输出。KDY660/18B(A)根据需要更换电池电池时间缺乏2小时的设计更换电池。KDY660/15B(A)根据需要更换电池电池时间缺乏2小时的设计更换电池。KDW660/12B根据需要更换电池连接单路交换机的电源，电池不满足2小时的更换电池，连接双路交换机时，需要将双路交换机拆分为单路交换机。3）交换机交换机主要解决备用电源备用时间问题，由于市场上在用的交换机时间较久，大多电池备用时间不满足要求，可按照下表要求进展选择，对不满足要求的设备进展升级。型号升级方式备注KJJ103不升级或更换为KJJ15(A)KJJ103A更换为KJJ18BKJJ103B更换为KJJ15(A)+KJJ220(
21、交换机)KJJ103D拆分为单路，也可更换为KJJ15(A)KJJ103E不升级或整体更换为KJJ15(A)KJJ103F拆分为单路，或整体更换为KJJ15(A)KJJ137不升级，电池不满足2小时的更换对应电池KJJ15(A)不升级，电池不满足2小时的更换对应电池KJJ18(A/B)不升级，电池不满足2小时的更换对应电池KJJ660不升级，电池不满足2小时的更换对应电池4）传感器本次升级，针对老外壳的瓦斯、一氧化碳传感器，其对稳定性要求较高，原那么上必须更换为最新符合数字化、抗干扰、IP65防护等级的产品，其它对稳定性要求不高，如温度、压力等，在矿方预算资金紧X且同意的情况下，可以只针对数字
22、化传输进展升级，具体型号按下表选择。由于我院改进型新传感器自2021年已局部投产，2021 年既已完成所有传感器的升级，对于现场使用的该类传感器只需增加总线信号板即可满足标准的所有要求。各类传感器的升级方式，可针对矿方需求，按下表进展选择： 模拟量传感器：型号名称升级方式备注KG9001C上下浓度甲烷传感器更换成新总线型KG9001C传感器针对老外壳，约2021 年10月前生产产品KG9001C上下浓度甲烷传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格:CP1338.53针对新外壳，约2021 年10月后生产产品KG9701A低浓度甲烷传感器更换成新总线型KG9701B传感器KG9701B
23、低浓度甲烷传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55针对新外壳，采用8052单片机主板，约2021年3月前生产产品KG9701B低浓度甲烷传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53针对新外壳，采用嵌入式主板，约2021年3月后生产产品GTH500(B)矿用一氧化碳传感器更换成新总线型GTH1000传感器GTH1000矿用一氧化碳传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53针对新外壳，约2021年10月后生产产品GFW15矿用风速传感器更换成新总线型GFY15B传感器GFY15矿用风速传感器更换成新总线型GF
24、Y15B传感器GFY15(A)矿用风速传感器更换成新总线型GFY15B传感器GFY15(B)矿用双向风速传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53GW50A温度传感器更换成新总线型GWP200传感器GW50A温度传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55可满足数字化接入需求，但抗干扰、防护等级不满足新标准要求GWP200矿用温度传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53GF5F(A)风流压力传感器更换成新总线型GF5传感器GF5F(A)风流压力传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK101
25、6.01.55可满足数字化接入需求，但抗干扰、防护等级不满足新标准要求GF5Z(A)风流压力传感器更换成新总线型GF5传感器GF5Z(A)风流压力传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55可满足数字化接入需求，但抗干扰、防护等级不满足新标准要求GF5风流压力传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53KGU9901液位传感器更换成新总线型KGU9901传感器针对老外壳，约2021 年1月前生产产品KGU9901液位传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55针对老外壳，约2021 年1月前生产产品。可满
26、足数字化接入需求，但抗干扰、防护等级不满足新标准要求KGU9901液位传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53针对新外壳，约2021 年1月后生产GF100F(A)风流压力传感器更换成新总线型GF100FA传感器针对老外壳，约2021 年5月前生产产品GF100F(A)风流压力传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55针对老外壳，约2021 年5月前生产产品。可满足数字化接入需求，但抗干扰、防护等级不满足新标准要求GF100F(A)风流压力传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53针对新外壳，约2021
27、 年5月后生产GF100Z(A)风流压力传感器更换成新总线型GF100ZA传感器针对老外壳，约2021 年5月前生产产品GF100Z(A)风流压力传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55针对老外壳，约2021 年5月前生产产品。可满足数字化接入需求，但抗干扰、防护等级不满足新标准要求GF100Z(A)风流压力传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53针对新外壳，约2021 年5月后生产GJG10H红外甲烷传感器更换成新总线型GJG10H传感器针对老外壳，约2021年6月前生产产品GJG10H红外甲烷传感器内部焊接：传感器频率转48
28、5板销售配件，规格：CK1016.01.55针对新外壳，约2021年6月后生产GJG100H(B)红外甲烷传感器更换成新总线型GJG100HB传感器针对老外壳，约2021年1月前生产产品GJG100H(B)红外甲烷传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55针对激光雕刻新外壳，约2021年1月后生产产品GRG5H红外二氧化碳传感器更换成新总线型GRG5H传感器针对老外壳，约2021年1月前生产产品GRG5H红外二氧化碳传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55针对激光雕刻新外壳，约2021年1月后生产产品GLH200硫化氢传感器
29、更换成新总线型GLH200传感器针对老外壳，约2021年5月前生产产品GLH200硫化氢传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55针对新外壳，采用51单片机主板，约2021年5月至2021 年7月生产产品GLH200硫化氢传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53针对新外壳，采用嵌入式主板，约2021 年7月后生产产品GJG100HC管道红外甲烷传感器更换成新总线型GJG100H(C)传感器针对老外壳，约2021年1月前生产产品GJG100HC管道红外甲烷传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55针
30、对新外壳，约2021年1月后生产产品GTH500(B)G管道一氧化碳传感器更换成新总线型GTH1000G传感器针对老外壳，约2021 年6月前生产GTH500(B)G管道一氧化碳传感器内部焊接：传感器频率转485板销售配件，规格：CK1016.01.55针对老外壳，约2021 年6月前生产。可满足数字化接入需求，但抗干扰、防护等级不满足新标准要求GTH500(B)G管道一氧化碳传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53针对新外壳，约2021 年6月后生产GTH1000G管道一氧化碳传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53针对新外壳，约2021年12月后生产GYW25/50矿用氧气温度传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件，规格：CP1338.53GPD10(A)矿用压力传感器内部插接：RS485信号转换板销售配件
