矿井安全监控系统抗干扰实施要点探讨

陈佩佩

摘要：针对目前煤矿安全监控系统在使用现场抗干扰能力差，易出现误报警，短时故障等问题，本文介绍了改进后的监控系统所采用的抗干扰技术，包括实现安全监控系统的全数字化传输技术，电磁抗干扰等技术，现场应用表明，采用的这些技术能够有有效地消除现场干扰信号对监控系统的影响，确保监控系统的可靠运行。

关键词：安全监控系统;抗干扰;数字化;电磁抗干扰;实施

中图分类号：TP319        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）20-0011-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

煤矿安全监控系统为预防和减少煤矿各类事故发挥了重要的监测、报警作用，可以有效地减少煤矿井下事故的发生[1]。但是井下环境复杂，存在很多不确定的干扰因素，特别是近年来大型电气设备广泛应用于煤矿井下，直接影响了监控系统的可靠性及稳定性，有必要采取有效的措施，避免系统受到干扰。2017年国家煤矿安监局印发《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》[2]，要求对大型煤矿在用安全监控系统进行升级改造，提高监控系统的抗干扰能力，保障监控系统的稳定可靠运行，因此提高监控系统的抗干扰能力相关实施要点探讨是很有必要的。

1 矿井安全监控系统使用现状

目前安全监控系统大部分厂家在设计时，所开发的系统及其设备仅能完成正常的功能，大多没有考虑抗干扰设计[3]，煤矿井下安全监控系统用的传感器通常采用长距离供电，其线路易受耦合、感应等干扰，加之目前煤矿井下安全监控系统用的传感器自身EMC（电磁兼容性）抗干扰性能较差，受干扰严重时会产生自动重启现象，不能稳定工作，其重要的原因是国家安标要求应用于煤矿井下的设备必须要取得安标证，相关产品要通过性能试验和防爆试验，安全监控系统及其组成设备中本质安全电路对电容、电感容量有限制，对于提高抗干扰能力则需要使用大电容和大电感，如果增加电解电容等储能元件会作为被试电路引入火花试验台，点燃爆炸性混合物，无法通过相关试验，这就导致井下设备不能加一定的抗干扰处理元器件，不具有很好的抗干扰能力，从而严重影响煤矿井下安全监控系统整体的抗干扰性能和工作稳定性。因此要保证安全监控系统的稳定性，首先要解决传感器的抗干扰问题以保障井下的生产安全。

2 矿井安全监控系统主要抗干扰实施要点

为了提高传感器的抗干扰能力，对传感器的电源模块进行改进，电源模块由软启动电路、抗干扰电路和二路电源输出电路组件组成，其原理框图如图1所示。

软启动电路可以有效地减少设备启动时对系统的冲击电流，保证传感器工作的稳定性，通过在软启动电路后设置由电解电容和电容组成的抗干扰电路，使用电解电容可滤除大量的高频干扰，同时电解电容作为储能元件，在传感器重启的瞬间通过放电提供电能可有效防止设备重启;从而能够有效提高传感器抗电磁干扰能力，解决传感器受干扰时易发生重启的问题;进而提高了矿井安全监控系统整体抗电磁干扰能力和工作稳定性。同时，电源模块采用环氧树脂整体浇封形式安装于传感器设备中，能够满足相关的强制安全标准，适于煤矿井下使用。

煤矿井下监控系统所使用的电气设备都要依靠本质安全型（简称本安）电源来供电，本安电源是煤矿监控系统中不可缺少的部分，其质量与可靠性直接影响后级负载设备的稳定性、可靠性与准确性，甚至关系到整个矿井的安全生产[4-5]，因此提高监控系统的抗干扰能力，也要提高电源的抗干扰能力。矿用电源采用宽范围开关电源交流电压输入，自动适应煤矿井下的电压，开关电源输入和输出可以通过不小于AC 3500V耐压试验，可以有效阻止浪涌电压和尖峰脉冲的通过，在电路中设计双重过流、过压保护电路，采用电源短时自供电技术，采用电池、电容等蓄能原件，采取防爆措施，可有效提高本安电源的抗浪涌干扰能力。

安全监控系统在设计时采用成熟的数字信号处理技术及集成度高的电子芯片，并加入与系统相匹配的高通滤波器或低通滤波器等去耦滤波技术可有效地防止干扰信号传入系统中，系统组成设备在设计时通过Y电容隔离接地，对地释放干扰信号，增强抗干扰能力。安全监控系统不同的信号应按传输信号种类由不同的电缆传输，尽量使用屏蔽线缆，严禁用同一电缆同时传输动力电源和信号，尽量避免信号线缆与动力电缆平行敷设，对于井下条件有限无法分开的场所必须保证有一定的距离，以避免电磁干扰。

安全监控系统在实际应用中应尽量减少信号的传输距离，一方面可以保证供电电源的稳定性，另一方面可以减少信号传输过程中受到的干扰。对于长距离传输的信号线缆尽量使用屏蔽线缆，并在线缆中增加磁环，以减少谐波对信号的影响。安全监控系统及其设备间传感、传输、处理、控制等实现全数字化，提升傳输、梳理、供电和执行的可靠性和稳定性。

完善的接地系统也能提高监控系统的抗干扰能力，井下设备接地可以对地释放干扰信号，能有效地抑制干扰信号对系统的影响，对于系统井下设备一定要安装煤矿安全规程等规定做好良好可靠接地，接地极不能与动力电的接地极相连，避免相互干扰，影响系统的稳定性。

软件上也可以采用一些措施提高监控系统的抗干扰能力，如通过软件方法抑制信号通道干扰。在软件设计时采用校验算法验证程序在运行中的误差、软件冗余循环检测符合要求的监测结果，通过软件能检测出系统程序的盲目运行或死循环，软件能自动引到系统恢复到正常状态。

3 总结与展望

本文介绍了煤矿监控系统所采用的抗干扰技术，该技术已经应用于煤矿安全监控系统中，经现场应用验证，系统运行稳定、可靠、抗干扰能力强。由于煤矿井下环境恶劣存在各种不可预知的干扰信号，完全解决系统抗干扰问题是一个非常复杂的问题，在进行系统抗干扰设计时应考虑各方面的因素，合理抑制干扰，保证系统的可靠运行，为煤矿安全生产提供重要保障。

参考文献：

[1] 孙继平.AQ 1029-2017《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（报批稿）[J].工矿自动化，2017，43（6）：87-94.

[2] 国家安全生产监督管理总局.国家煤矿安监局关于印发《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的通知[EB/OL].（2017-01-03）[2017-09-20].http：//www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_6289/2017/0103/281591/content_281591.htm.

[3] 张加易.矿用监控分站抗电磁干扰技术实现方法[J].工矿自动化，2015，41（7）：104-106.

[4] 徐磊，周孟然，赵祥.煤矿使用本安电源设计[J].煤矿机械，2012（3）：33-03：144-146.

[5] 周亚夫，许辰雨.矿用本安电源保护电路的优化设计[J].中国煤炭，2015，41（1）：70-72.

【通联编辑：朱宝贵】