系統(tǒng)升級改造主要內容及方案

此次系統(tǒng)升級改造所包含的內容，圍繞國家總局的指導性文件，共有13條主要功能。

傳感器數(shù)字化

在分站至中心站數(shù)字化傳輸?shù)幕A上，將傳感器（模擬量）至分站升級為數(shù)字傳輸，實現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化，促進智能傳感器發(fā)展。

數(shù)字化通訊，主要是模擬量傳感器到分站之間實現(xiàn)數(shù)字化傳輸，即485/can/

Profibus總線，目前公司所有模擬量傳感器全部實現(xiàn)數(shù)字化傳輸，采用485總線。

增強抗電磁力

國家規(guī)定：靜電抗擾度3級試驗，評價等級為A（地面設備）；

          電磁輻射抗擾度2級試驗，評價等級為A；

          脈沖群抗擾度2級試驗，評價等級為A；

          浪涌（沖擊）抗擾度交流電源端口3級、直流電源與信號端口2

          級試驗，評價等級為B。

針對各類常見干擾所采取的措施主要是：應用吸能元件來吸收干擾產(chǎn)生的能量；抑制干擾產(chǎn)生的高電壓；增加電源隔離及儲能措施；使用專用的防護電路和器件，同時采用硬件濾波以及的軟件濾波算法進一步增強抗力。

KJ101X(A)與新標準對比

KJ101X(A)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)多項試驗均高于國家標準要求，并于2018年3月取得安標證書。

推廣應用*技術及裝備

推廣使用架構簡單系統(tǒng)以及激光、紅外等低功耗傳感器、自診斷型傳感器，鼓勵使用多參數(shù)傳感器。

突出礦井的采煤工作面進、回風巷，煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷掘進工作面回風流中，采區(qū)回風巷，總回風巷瓦斯傳感器推薦使用激光、紅外等全量程傳感器。突出、高瓦斯礦井的回風隅角建議采用無線傳感器。建議加裝粉塵監(jiān)測設備。

公司激光甲烷傳感器和紅外甲烷傳感器研發(fā)起步早，從2008年開始研究紅外甲烷傳感器，歷時2年于2010年取得安標證書，激光甲烷于2015年取得安標證書。各項指標均滿足此次升級改造要求。

回采面回風巷及掘進面回風流加裝粉塵監(jiān)測設備及礦用粉塵濃度傳感器。推薦在工作面配置礦用粉塵濃度傳感器。

2015年我公司開始研究無線傳感器，現(xiàn)已具備無線激光甲烷等多種無線傳感器可選擇。

提升傳感器防護等級

將采掘面?zhèn)鞲衅鞯姆雷o等級由IP54提升到IP65。

目前我公司的采掘面使用的傳感器已達到要求。

完善報警、斷電等控制功能

系統(tǒng)實現(xiàn)分級報警，根據(jù)瓦斯?jié)舛却笮?、瓦斯超限持續(xù)時間、瓦斯超限范圍等，設置不同的報警級別，實施分級響應。各級別報警濃度值的設置可由煤礦企業(yè)根據(jù)相關法規(guī)標準和實際情況決定。

KJ101X(A)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)瓦斯報警濃度、一氧化碳報警難度、持續(xù)時間實現(xiàn)多級報警，用戶可根據(jù)礦方實際情況配置報警值?？筛鶕?jù)顏色區(qū)別報警級別，同時具有瓦斯異常變化識別及篩選功能，可將異常變化的瓦斯傳感器快速篩選出來并形成報表；軟件支持邏輯點報警功能，可根據(jù)用戶實際需求編輯開關量或模擬量測點，形成新的邏輯測點，并支持對邏輯測點報警或斷電設置；設計所有涉及斷電的測點均具有饋電功能，同時可根據(jù)具體斷電需求，實現(xiàn)通過分站完成交叉斷電功能，確保斷電的可靠性；軟件支持多個斷電點設置，可在緊急情況下實現(xiàn)區(qū)域斷電。

推行邏輯報警，根據(jù)巷道布置及瓦斯涌出等的內在邏輯關系，實施邏輯報警，促進各類傳感器的正確安裝、設置及維護，監(jiān)控系統(tǒng)的正常使用，防止違法行為。具體邏輯關系可由煤礦企業(yè)根據(jù)實際情況進行設置。

該項標準參照了KJ101X(A)安全監(jiān)控系統(tǒng)的組合報警功能提出，用戶可設定多組報警條件，實現(xiàn)具有邏輯關系的報警。

完善就地斷電功能，提高斷電的可靠性，并加強饋電狀態(tài)監(jiān)測。

推行區(qū)域斷電，可由煤礦企業(yè)根據(jù)井下供電系統(tǒng)的實際情況進行設置。

KJ101X(A)實現(xiàn)特殊情況下，遠程本地，異地區(qū)域斷電，用戶可根據(jù)需要自行設定斷點區(qū)域。

支持多網(wǎng)多系統(tǒng)融合、應急聯(lián)動

實現(xiàn)井下有線和無線傳輸網(wǎng)絡的有機融合、監(jiān)測監(jiān)控與GIS技術的有機融合。

多系統(tǒng)的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。鼓勵新安裝的安全監(jiān)控系統(tǒng)采用井下融合方式。在地面統(tǒng)一平臺上必須融合的系統(tǒng)：環(huán)境監(jiān)測、人員定位、應急廣播，如有供電監(jiān)控系統(tǒng)，也應融入。其它可考慮融合的系統(tǒng)：視頻監(jiān)測、無線通信、設備監(jiān)測、車輛監(jiān)測等。

安全監(jiān)控系統(tǒng)提供了多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合及聯(lián)動功能，實現(xiàn)了多系統(tǒng)數(shù)據(jù)一張圖融合展示，提供編輯、分層、縮放、移動、測量等功能；實現(xiàn)在瓦斯超的聯(lián)動控制功能，通過人員定位無線通信二合一系統(tǒng)、應急廣播系統(tǒng)播放撤離信息，通過電力系統(tǒng)對相關設備進行斷電，對其他系統(tǒng)的融合及聯(lián)動可以根據(jù)礦方需要進行擴展。

多系統(tǒng)融合軟件平臺提出了統(tǒng)一和開放的《安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合及聯(lián)動交互數(shù)據(jù)規(guī)范》。這里的統(tǒng)一性是指，所有需要和多系統(tǒng)融合軟件平臺進行融合和聯(lián)動的系統(tǒng)必須遵循該協(xié)議進行交互，而且該協(xié)議是多系統(tǒng)融合軟件平臺范圍內廣泛適用的，該協(xié)議可以向給第三方廠家公開。

安全監(jiān)控系統(tǒng)實施多系統(tǒng)融合及聯(lián)動需要遵循以下幾點基本原則：

在項目實施時，以礦方為主導，協(xié)調各方；多系統(tǒng)融合軟件平臺積極提供相應的技術支持；第三方廠家積極配合，對接數(shù)據(jù)；多方共同調試；

按5號文要求本項目多系統(tǒng)融合及聯(lián)動涉及的系統(tǒng)是安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位監(jiān)控系統(tǒng)、應急廣播系統(tǒng)。多系統(tǒng)融合軟件平臺在監(jiān)控室提供網(wǎng)絡接口，其他子系統(tǒng)在接入平臺時需要的網(wǎng)絡及硬件設備由各子系統(tǒng)負責。

第三方廠家必須遵循《交互規(guī)范》與多系統(tǒng)融合軟件平臺進行交互；

多系統(tǒng)融合及聯(lián)動的交互接口為數(shù)據(jù)庫的存儲過程，該接口由多系統(tǒng)融合軟件平臺提供和維護，由第三方廠家主動調用進行融合和聯(lián)動；

基于《交互規(guī)范》，第三方廠家需保證上傳數(shù)據(jù)的準確性和及時性，保證聯(lián)動命令的正確執(zhí)行；

基于《交互規(guī)范》，多系統(tǒng)融合軟件平臺保證已上傳數(shù)據(jù)展示的準確性和及時性，保證下發(fā)的聯(lián)動控制命令的準確性和及時性；

多系統(tǒng)聯(lián)動的觸發(fā)點（超限報警的監(jiān)測點）的來源于安全監(jiān)控系統(tǒng)，而不會來源于其他第三方系統(tǒng)；在應急聯(lián)動時，多系統(tǒng)融合軟件平臺只負責下發(fā)聯(lián)動控制命令及參數(shù)，具體的執(zhí)行由子系統(tǒng)負責完成；

安全監(jiān)控系統(tǒng)融合模式

多系統(tǒng)融合有井下融合與地面融合兩種方式，二者比較如下表所示：

綜上所述，采用地面融合方式較井下融合方式具有更高的可行性和經(jīng)濟性，牽涉的系統(tǒng)、硬件改造工作量更少，礦方的資金投入更小，使用和維護更方便，子系統(tǒng)間責任認定更簡單。因此本方案的多系統(tǒng)融合及聯(lián)動采用地面融合方式。

格式規(guī)范化

系統(tǒng)主干網(wǎng)應采用工業(yè)以太網(wǎng)。

分站至主干網(wǎng)之間宜采用工業(yè)以太網(wǎng)，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。“十三五”末應采用工業(yè)以太網(wǎng)。

模擬量傳感器至分站的有線傳輸采用工業(yè)以太網(wǎng)、RS485、CAN；無線傳輸采用WaveMesh、Zigbee、Wi-Fi、RFID。

系統(tǒng)改造后支持聯(lián)網(wǎng)并按要求數(shù)據(jù)格式上傳。

KJ101X(A)安全監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖如下，通過自主開發(fā)的多通道技術，可接入254臺分站，并且不增加系統(tǒng)的巡檢周期，不影響系統(tǒng)的實時性，保障特大型礦井的系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

增加自診斷、自評估功能

實現(xiàn)系統(tǒng)定期的自診斷、自評估，能夠預先發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在安裝使用中存在的問題。自診斷的內容至少應包括：

傳感器、控制器的設置及定義；

傳感器即插即用，支持類型識別，當出現(xiàn)中心站軟件定義的傳感器類型與實際掛接的傳感器類型不一致時，軟件能進行類型錯誤提示，同時不保存采集的異常數(shù)據(jù)；

傳感器故障識別，模擬量傳感器可識別元件異常，電路異常等典型故障并提示。

（2）模擬量傳感器維護、定期未標校提醒；

傳感器調校提醒，按照《煤礦安全規(guī)程》要求，甲烷傳感器應在15天進行一次調校，如果未按規(guī)定時間調校，軟件可進行提醒，并對傳感器調校過程中數(shù)據(jù)進行識別。

（3）控制器、電源箱等設備及通信網(wǎng)絡的工作狀態(tài)；

系統(tǒng)可實現(xiàn)防爆電源遠程監(jiān)控?？蓪崟r、遠程了解電源箱運行狀況，顯示電源實時電壓、電流等工作狀態(tài)同時具有斷饋電功能。

（4）中心站軟件自診斷，包括雙機熱備、數(shù)據(jù)庫存儲、軟件模塊通信。

KJ101X(A)安全監(jiān)控系統(tǒng)提供自診斷管理軟件，可以對系統(tǒng)軟件的運行環(huán)境，包括操作系統(tǒng)、雙機熱備、數(shù)據(jù)庫及必要組件等軟件環(huán)境的診斷，CPU內存硬盤等硬件指標是否達到要求進行診斷。同時系統(tǒng)可以通過軟件對傳感器與分站的通信質量進行監(jiān)測，可以分析出傳感器傳輸是否受到干擾等。

加強數(shù)據(jù)應用分析

安全監(jiān)控系統(tǒng)應具有大數(shù)據(jù)的分析與應用功能，至少應包括以下內容：

（1）偽數(shù)據(jù)標注及異常數(shù)據(jù)分析；

傳感器標校數(shù)據(jù)分析：當傳感器進入標校時，系統(tǒng)能夠自動識別并標記，當標校結束后能自動恢復標記，軟件中可對標校期間的數(shù)據(jù)與正常采樣進行區(qū)分。

異常數(shù)據(jù)分析：系統(tǒng)能夠自動識別運行過程中的突變數(shù)據(jù)，按照值或斜率變化進行識別，變化級別可設置，實現(xiàn)了對瓦斯突變和火災的預報警。

（2）瓦斯涌出、火災等的預測預警；

瓦斯涌出與火災等預測預警，系統(tǒng)所用的設備，與安全監(jiān)控系統(tǒng)兼容。針對此次新標準的升級改造，只需要對上述系統(tǒng)進行融合，即可滿足標準的要求。

（3）大數(shù)據(jù)分析，如多系統(tǒng)融合條件下的綜合數(shù)據(jù)分析等；

系統(tǒng)可根據(jù)用戶設置的多項組合篩選條件，對長期的歷史數(shù)據(jù)進行篩選和分析。

（4）可與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)檢查分析工具對接數(shù)據(jù)。

具備數(shù)據(jù)對接接口。

提升系統(tǒng)性能指標

系統(tǒng)巡檢周期不超過20s；

KJ101X(A)系統(tǒng)巡檢時間不大于10s。

異地斷電時間不超過40s；

系統(tǒng)可通過軟件實現(xiàn)異地斷電，最短可縮至5S。

備用電源能維持斷電后正常供電時間由2h提升到4h，更換電池要求由僅能維持1h時必須更換，提高到僅能維持2h時必須更換；

KJ101X(A)系統(tǒng)供電電源可達4h，同時具有遠程監(jiān)測功能。

無工頻變壓器，可直接接入交流85-792V，無須切換抽頭，可自動適應電壓等級變化；

可實時、遠程了解電源箱運行狀況，顯示電源實時電壓、電流等工作狀態(tài)同時具有斷饋電功能；

大容量高密度電池組，提升續(xù)航力。

具有雙機熱備自動切換功能；

KJ101X(B)系統(tǒng)雙機熱備具備手動和自動切換功能，切換時間不大于1min。

模擬量傳輸處理誤差不超過0.5%；

實施數(shù)字化傳輸后，。

分站的遠程本安供電距離（在設計工況條件下）實行分級管理，分別為2km、3km、6km。

通過提高本安供電電壓至24V，傳感器支持DC24V工作，同時傳感器采用低功耗MCU、傳感元件模塊化設計理念使得電源到傳感器的距離可以高達6Km。

增加加密存儲要求

為有利于安全監(jiān)管監(jiān)察和企業(yè)安全管理，對采掘工作面等重點區(qū)域的瓦斯超限、報警、斷電信息應進行加密存儲，采用如MD5、RSA加密算法對數(shù)據(jù)進行加密，確保數(shù)據(jù)無法被破解篡改。

KJ101X(A)系統(tǒng)系統(tǒng)對密采數(shù)據(jù)進行了備份，并采用RSA算法進行加密，加密數(shù)據(jù)只有通過方可解密，非用戶無法訪問和修改數(shù)據(jù)。在需要恢復數(shù)據(jù)，或者對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行核查時，可使解密后的數(shù)據(jù)。

方便用戶使用、維護、培訓

軟件界面友好，方便調用，強化幫助功能。