KJ系统升级技术研究
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摘 要：KJ95N煤矿安全监控系统，基于工業以太环网+现场总线通信架构，采用分布式控制、多系统数据融合、即插即用、断线续传、电磁兼容、设备故障诊断等技术，对原有系统进行性能及功能大幅提升，部分指标超过升级改造要求及同行业水平。升级改造后，系统容量大、速度快、更稳定、更可靠、融合深、改造成本低，安装、维护、使用方便，适应于各类煤矿安装使用。
关键词：KJ95系统;升级;改造;监控;研究
2016年12月29日国家煤矿安监局印发了《<煤矿安全监控系统升级改造技术方案>的通知》（煤安监函〔2016〕5号），要求：大型矿井、煤与瓦斯突出矿井的在用安全监控系统升级改造工作应在2018年底前完成;其他矿井应在“十三五”末完成。贺西煤矿采用KJ95N煤矿安全监控系统，已累计运行14年。系统总体使用稳定，能够满足煤矿的安全需要，但与《通知》相比尚存在如下不足：①传感器能够适用于采掘工作面应用场所，防护等级达不到IP65要求;②系统具有预警、报警功能，但未达到升级改造方案所要求的分级报警要求;③系统可接入瓦斯抽放、矿井压力监测、采空区监测等系统，但多网、多系统融合程度低，未实现井下多系统设备共缆通信，即井下设备级数据融合;④部分性能指标不满足要求：a.异地断电时间为2倍巡检周期，在煤与瓦斯突出等极端情况下不能快速断电，无法满足煤矿安全生产要求;b.备用电源能维持断电后正常供电时间2h，不满足4h的指标要求;c.模拟量传输处理误差不超过1%，不满足不超过0.5%的指标要求;⑤无存储加密功能。
1 系统升级改造主要内容
1.1 煤矿安全监控系统快速异地断电调度算法
通过研究分析异地断电的原理、目标以及目前异地断电的实现方法，形成异地断电控制的新算法，原AQ6201-2006标准中规定异地断电时间不大于两个巡检周期（60秒），本项目形成的异地断电控制算法保证异地断电控制能够在10秒之内完成。
1.2 基于无主模式的新型安全监控系统架构
该系统采用工业以太网+现场总线的无主采集方式，计算机与传输接口（含智能网关）通过以太网连接，计算机不再作为巡检主机对分站进行一一巡检并得到分站的回复，智能网关替代了计算机的功能来巡检分站，并将得到得数据直接上传给计算机，无需等待，从而提高响应时间。
1.3 煤矿安全监控系统大容量数据压缩传输、存储算法
通过分析目前监控系统中数据的特点，研究系统数据的压缩算法，使系统总线上传输的数据均为有用数据，使系统数据量大大减小，提高数据传输的效率。
1.4 传感器、电源等设备智能识别即插即用方法
系统的各组成设备正常安装后，传感器、执行器、电源等设备通过即插即用的方式，将编码的设备信息数据发送至分站及业务主机，完成设备的即插即用，通过地面软件简单操作，即可完成设备配置投入工作。
1.5 立分级报警模型及传感器实现方法
通过建立分级报警模型及传感器实现方法的研究，形成传感器新的报警机制。根据系统对传感器分级报警点的设定，系统及传感器均实现分级报警。
1.6 井下安全监控类系统数据、信息融合传输方法
针对井下不同安全监控类系统的性能，以及井下矿井巷道管状结构、复杂恶劣干扰工况环境对系统现场数据传输的影响，研究基于不同异构网络的传输控制方法，尤其在低速传输链路条件下的数据传输调度算法，在以承载不同系统不同传输带宽、传输速率大小容量数据包情况下，满足各类系统性能及功能中对数据传输实时性的要求。
2 解决的关键问题及创新点
①分布式控制：系统采用分布式智能控制策略，实现主机故障情况下的本地、异地断电，保证井下安全;②更快的响应速度：系统采用监测数据主动上传通信机制，提高传输效率和系统响应速度，减少异地断电时间;③设备智能识别：系统可智能识别设备型号、类型、量程等信息，简化安装、部署工作;④设备级数据融合：环境监测、人员定位、矿压监测、瓦斯抽放等系统传感器、执行器、接收器设备共缆通信，实现井下设备级数据及信息融合，节省系统建设成本，减轻系统维护;⑤地面信息融合：电力监测、无线通信、应急广播、矿井提升等系统的地面信息融合，并将各业务系统数据进行“一矿一图”式信息显示，方便煤矿用户更直观、便捷的了解井下情况，并实现井下联动报警、应急救援与指挥等。
3 社会经济效益
3.1 社会效益
①新技术和新装备的使用，使安全监测系统数据更加真实可靠，为矿井安全生产提供了可靠的数据支持;②新技术和新装备的使用，促进了矿井安全技术装备水平的提升，使矿井淘汰模拟信号实现数字化矿山目标，为矿山物联网的发展打下了坚实基础;③多系统融合、报警联动功能，实现了数据的综合分析和利用，为应急救援提高了参考依据，进一步提高了矿井的灾害预防能力及应急救援水平;④技改项目的实施，为集团公司其他矿井升级改造提供了参考经验，为煤炭行业安全监测升级改造提供了现场应用依据，为国家法律法规的推行打下了坚实基础。
3.2 经济效益
新系统采用的环网结构及具备的自诊断功能，减少了故障处理时间和维护人员，提高了工作效率;采用的激光甲烷传感器，降低了标校维护工作量。数字信号传输减少了线缆的重复敷设，降低了矿井生产成本。数字化传感器的使用，减少了甲烷误报警次数和断电次数，降低了停电事故影响时间，提高了生产效率。矿、企的长期合作与开发，建立了长效的采购机制，降低了设备的采购成本。
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