煤礦安全監控系統是煤礦安全生產的重要保障系統，是煤礦安全生產的重要技術手段。本文主要研究煤礦安全監控系統異常監測數據的處理方法。

　　《煤礦安全》創刊于1970年，至今已有30多年的歷史，它最初為不定期刊物，1973年被批準為部辦全國性專業技術刊物，1974年1月改為國內公開發行，為雙月刊，1980年改為月刊，是全國煤炭行業主要科技期刊之一�？�物主要內容是宣傳國家有關煤礦安全的政策、法規;報道國內外煤礦安全領域的新成果，新技術以及安全裝備、安全管理、安全培訓等信息;剖析井下事故案例等。

　　目前我國煤礦均已安裝安全監控系統，為防范和減少煤礦重特大事故發揮了重要的監控、預警作用。監控系統能夠有效防范瓦斯事故的前提條件之一就是要做到數據準確，系統對要能夠實時正確顯示井下監測場所瓦斯等環境參數值，即要做到監測數據正常。

　　根據目前煤礦安全監控系統中異常監測數據的發生情況，分析異常數據的特征以及產生的原因，針對不同類型的異常監測數據，在監控系統對異常數據的處理以及現場工人在煤礦井下的維護處理等方面提出了相應的方法，該方法的應用對于完善和提高系統可靠性及易用性，發揮安全監控系統在事故監控及預警方面的作用具有積極意義。

　　1.引言

　　實際應用過程中，由于現場環境、設備維護以及監測設備故障等主客觀原因的存在，監控系統監測數據異常的現象時有發生。能夠發現異常數據，判斷其產生的原因，對異常數據進行處理，提供現場解決辦法，對監控系統的正確有效運行有著積極意義。

　　2.異常數據定義

　　監測數據是指在監控系統中反映煤礦井下現場環境參數及生產參數的數據，包括計算機采集到的分站發送的采集數據，分站等采集設備采集到的傳感器發送的數據，在沒有分站等中間采集設備的系統中，傳感器直接傳送到計算機的數據也在監測數據的范疇之內。異常監測數據指不能正確反映現場環境參數以及生產參數的監測數據，同時沒有監測數據，即沒有采集到現場參數數據，也應該是一種異常的監測數據。監測數據異常在監控系統中的表示形式主要有：模擬量傳感器誤報警、模擬量傳感器誤故障、開關量傳感器的狀態頻繁變化、累計量傳感器數值增長過快、模擬量傳感器數值超出測量范圍。

　　1)模擬量傳感器誤報警是指傳感器所在檢測位置的環境參數并沒有達到報警值，在傳感器本機上、連接傳感器的分站上以及監控系統軟件上，有一處或多處顯示該檢測位置的環境參數為報警狀態。

　　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控系統軟件上，有一處或多處無法采集到該傳感器的數值，從而斷定該傳感器故障。

　　3)開關量傳感器的狀態頻繁變化是指，傳感器所監測的開關量(如風機的開停狀態)不可能發生頻繁變化，在連接傳感器的分站以及監控系統軟件上，有一處或多處顯示被監測開關量頻繁變化。

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

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

　　3.異常數據產生的原因及處理方法

　　經過對多個煤礦企業在用監控系統的調研，發現煤礦監控系統中有異常監測數據的情況普遍存在，產生的異常數據的主要原因歸結為現場干擾、監控系統設備故障、監控系統設備安裝維護不當等。

　　3.1現場干擾

　　普遍認為當傳感器的信號電纜與其它大型用電設備的動力電纜并行敷設時，動力電纜形成的干擾感應到傳感器的信號電纜上，容易在監控系統中形成異常數據。這些干擾信號主要有：(1)控制大型用電設備啟動時動力電纜產生的浪涌干擾;(2)井下電力變頻器產生的干擾;(3)大型電氣設備附近的電磁干擾。干擾信號導致的最終結果是在系統中會出現一些誤報警，究其原因是干擾信號使傳感器的輸出信號發生了變化，導致采集設備利用該信號計算出來的結果錯誤。

　　采集設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的關系，對于頻率測量采用測周法，數據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對應輸出頻率為200Hz～1000Hz的甲烷傳感器為例，分析此種情況下系統中顯示的測點濃度值，假設現場實際的甲烷濃度為0%CH4，則傳感器輸出的頻率信號頻率值為200Hz，出現上圖所示的干擾情況后，在分站側采集的頻率值則為400Hz，轉換成氣體濃度為1.0%CH4，所以就會出現，系統中顯示的測點的數值遠遠大于現場實際環境參數值的情況。針對此種情況，在監控系統中可以做如下工作。

　　1)數據過濾

　　信號處理中可以增加干擾數據處理辦法，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，測量結果可維持前一次測量值。在實際操作過程中，瓦斯等傳感器的特點決定了，其數值不會出現迅速增大的情況，所以數據過濾時可以將大于前一測量頻率1.8倍以上的數據過濾。

　　2)故障提示

　　雖然信號及數據可以做過濾處理，但是在干擾信號持續存在的情況下，并不能最終解決問題。持續的干擾信號，有可能干擾傳感器的工作狀態，導致傳感器死機等故障，所以需要將井下當前的現場干擾情況上傳至地面主機，以便通知相關人員進行現場處理，以確保系統的正常運行。干擾導致的故障信息可以采用上傳故障代碼的方式來完成。

　　3.2系統設備使用維護不當

　　煤礦安全監控系統系統復雜、設備眾多、安裝位置分散且變動頻繁的特點，決定了設備的使用及維護工作量非常大，導致在使用及維護中出現許多問題，主要有電源使用不合理、電纜的維護不到位、設備的接線錯誤等，以下將分別說明其對系統數據的影響情況。

　　1)電源使用不合理，一臺電源設備上接入傳感器的功率超出電源的額定功率，當各設備處于正常工作狀態下，電源設備可以對各傳感器正常提供電源，但是當某些傳感器出現報警等功耗增加情況時，電源將會進入過流保護狀態，對外切斷輸出，則通過此設備供電的所有傳感器將會停止工作，將會導致系統中出現無傳感器數據的異常。2)傳感器接頭長期插拔導致接觸不良、接線盒內出現接觸不良以及短路現象、信號電纜破損是常見的電纜維護不到位的幾種情況。電纜維護不到位，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，導致的結果可能是信號中斷，可能是電源中斷，也有可能是信號及電源同時中斷，但是在采集設備側，結果只有一個，那就是傳感器輸出的信號線上無信號，最終導致系統中無傳感器的數據。

　　3)設備接線錯誤，主要是指在分站等采集設備上，將頻率信號輸出的設備接入到定義為開關量或累計量的端口上。開關量及累計量數據的采集均是通過判斷信號的電平來完成的，對于開關量信號是通過采集電平信號的變化來判斷設備開停，而對于累計量則是通過判斷脈沖個數來實現。當頻率量設備接入到開關量或累計量測點端口時，由于頻率量的變化遠遠大于開關設備的開停次數或累計數的增長速度，導致開關量測狀態頻繁變化或生產參數變化異常。

　　解決以上問題首先要做的是正確的使用系統設備、加強系統的維護力度，除此之外，在系統上可以做出一些設計，對故障原因進行分析判斷，給用戶以提示，以便于提高系統維護的效率。

 

　　1)系統中增加對電源設備信息的采集功能。因為系統設備能否正確工作的一個重要前提就是，為其供電的電源設備對外輸出正常。通過設備的電源信息可以很直觀的了解設備的工作狀態。可通過電源與分站通訊或電源與計算機通訊的方式來采集，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據的原因。在系統軟件中配置電源設備各路電源所接入的傳感器，當傳感器無數據時，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)通過相關傳感器狀態判斷傳感器無數據的原因。現場實際應用中，對于一根4芯的電纜，經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�？梢酝ㄟ^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。如果該傳感器數據也為中斷狀態，可以進行電纜故障或電源故障的提示。

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

　　3.3系統設備故障

　　傳感器的信號輸出電路故障，肯定會導致傳感器輸出的信號異常，而傳感器檢測元件老化或損壞，導致傳感器用于計算輸出結果的輸入值異常，最終也會導致傳感器的輸出信號異常，所以這兩種系統設備的故障，是現場常見的導致傳感器的數據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。超出量程的表現為測量值不符合物理規律，如系統檢測到某處瓦斯的濃度值為負數，系統檢測到某處氧氣的濃度值為120%。

　　在系統設計中，首先做到傳感器根據其檢測量的屬性以及其量程對輸出信號進行限制，保證其正常工作時系統中不會出現超量程的數據。在此前提下，可以對系統中超出量程范圍的異常數據，做出系統設備故障類型的定位。

　　4.結語

　　本文總結了煤礦安全監控系統異常數據的種類，分析了各類異常數據產生的原因，并從監控系統的改進與設計方面，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。從系統的角度，提出便于傳感器故障類型判斷以及現場維護的設計方法，將這些方法應用到煤礦安全監控系統中，對于提高系統的易用性及可靠性有一定的作用。

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