前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了煤礦安全監控系統偽數據的甄別及對策范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

［摘要］針對煤礦安全監控系統普遍存在偽數據，嚴重困擾各級、各部門、各煤礦企業管理人員有效識別監測數據的真偽問題。通過實地調研、理論分析、現場應用等手段，對偽數據的特點和來源進行了綜合分析，通過分析，提出了調校數據的自動識別技術、邏輯關聯識別技術、類別自動識別技術、系統自診斷識別技術等進行偽數據的甄別。鑒于電磁輻射、浪涌等干擾源，所產生的偽數據，提出了改變傳感器的頻率信號輸出方式、提高監控設備抗干擾能力、降低傳感器整機功耗、提高傳感器外殼防護等級等有效預防偽數據產生的對策。

［關鍵詞］安全監控系統；偽數據；甄別；對策

0引言

目前，各煤礦企業均已安裝了煤礦安全監控系統，實現數據的采集、存儲、查詢、打印、報警、斷電等相關功能，為煤礦的安全生產發揮作重要的作用。由于煤礦井下復雜的電磁環境干擾，尤其是在長距離數據傳輸過程中存在瞬態脈沖、浪涌等尤為突出，導致監測到的數據中存偽數據現象時有發生。其以“誤報警、誤斷電”的形式出現，一直困擾各級、各部門、各煤礦企業管理人員，需要專業人員進行專一地分析、處理，才能夠判斷出監測數據的真偽。這樣不僅增加了工作量，更為嚴重的是真偽數據同時存在，人員意識疏忽，可能導致真實的報警信息不能夠及時發現處理，造成嚴重的安全隱患和后果。因此，很有必要對煤礦安全監控系統監測數據進行分析、甄別、判斷、準確剔除偽數據，提高監控系統的可靠性、數據的準確性。

1偽數據的定義及特點

監控系統偽數據是指與現場實際情況不相符的監測數據和狀態。偽數據的一種典型表現是監測數據瞬間出現大值（俗稱冒大數）或者突然出現0值，造成監控系統誤報警或者失效，監測數據失真［1］。偽數據非常明顯的特點就是“數據瞬間變化較大，持續時間較短”，在受到動力電纜控制設備啟動產生的浪涌干擾、井下電力變頻器產生的干擾、大型電器設備附近的干擾、外界電磁場干擾情況下尤為嚴重。

2煤礦安全監控系統偽數據的產生

安全監控系統偽數據的情況主要發生在模擬量傳感器中。偽數據產生的原因主要有以下6方面：①傳感器輸出的頻率信號在傳輸至監控分站過程中由于外部電磁場的干擾而發生突變，出現瞬間大值。②監控分站至地面中心站之間采用RS485傳輸方式的線路干擾。長距離傳輸信號，由線路分布電容和分布電感組成低通濾波器將損失信號；線路阻抗又不連續，傳輸線信號反射惡化；節點太多，純阻性負載過重，影響遠端設備通信［2］。③現場施工過程中由于人員在移動傳感器期間，傳感器出現高空跌落、航空插頭或接線盒內線路接觸不良或者線路短路。④現場人員在沖洗巷道期間，傳感器進水導致損壞，傳感器輸出非正常頻率而出現的高值或0值現象。⑤傳感器整機功耗較大。由于煤礦開采工作面較長，鋪設線路也長，線路中的接線盒較多，線電阻增加，線路上的電壓損失較大。因此，在監控分站電源箱輸出的本安額定電壓不變的情況下，傳感器端輸入的電壓比較低或電源紋波較大時，導致傳感器內部電路工作不正常、傳感器處于臨界狀態，造成傳感器自身工作狀態不穩定，從而產生誤報警［3］。⑥地面操作人員在進行設備類型、量程選擇定義時出現錯誤，導致監測數據不準確。

3煤礦安全監控系統偽數據甄別

要想從根本上剔除偽數據，就必須從監控系統設備、現場管理、應用等方面下功夫。必須從實時數據中進行挖掘、分析、判斷數據的真偽［4－5］。

3.1調校數據自動識別技術

調校是各煤礦企業定期對傳感器進行零點、精度、線性的調整，在這調校過程中，傳感器數據變化有個過程。通過調校數據變化規律，可以看到，調校是事先預知并且需要進入傳感器相應功能才能夠進行相應數據調整，因此可以通過2種途徑對傳感器調校狀態產生的數據進行識別。①通過中心站軟件預先將需要調校的測點進行標注“調校”狀態，自動將監測到的數據識別為調校數據。②通過傳感器進入相應功能，輸出特定頻率或代碼的方式，中心站軟件識別到特定頻率或代碼后，自動將監測到的數據識別為調校數據。

3.2邏輯關聯識別技術

傳統監控系統是基于單點監測方式，而采用邏輯關聯監測模式，是以工作面或掘進頭為目標對象，如：工作面傳感器、上隅角傳感器、回風流傳感器、回風中部傳感器為基礎進行邏輯關聯，通過中心站軟件運算，得出關聯邏輯測點。所有測點在同一坐標軸上，實時同步顯示各監測點數據的變化，自動對關聯中的各監測點數據、狀態進行比對、判斷、分析。當監測到各測點數據均出現上升趨勢時，判斷為真實報警；當只有某一測點數據出現瞬間大值后又迅速恢復正常時，判讀為偽數據、誤報警。如：掘進工作面主風機和備風機進行邏輯關聯，只有當主備風機同時停止運轉時（邏輯測點同時停止運轉時）才發出聲光報警。

3.3類別自動識別技術

傳感器種類繁多，同一類型傳感器的量程也有不同。因此，要求井下安裝人員與地面值班人員密切配合，才能夠實現中心站定義類型和現場安裝類型一致，否則就會出現上下數據不一致的情況。類別自動識別技術就是監控分站將采集到的傳感器類別以特定的代碼傳輸給中心站軟件，中心站將收到的代碼類別與定義的類別進行比對、判斷，若兩者類別不一致，則發出“類別不一致”提示，而不是傳輸一個偽數據，從而避免偽數據的產生。

3.4系統自診斷識別技術

自診斷識別技術，就是利用事先編制好的檢測程序對儀器自身的主要部分進行自動檢測，并對故障進行定位。利用自診斷技術主要對傳感器檢測（敏感）元件、信號輸出電路、電源電路、監控分站主通信電路、采樣電路等關鍵部分電路及元件信號實時檢測，當輸出信號偏離正常誤差值時，自動切斷輸出信號，不會輸出偽數據，也不會影響其他設備間的正常運行。

4防止偽數據產生的對策措施

4.1改變傳感器信號輸出方式和主通信傳輸介質

（1）改變傳感器頻率信號輸出方式。改變傳感器頻率信號輸出方式可以防止傳感器輸出信號在傳輸過程中產生的偽數據［3］。目前，90%以上的礦用模擬量傳感器通常采用脈沖恒壓型輸出電路。由于受傳輸線路阻抗和傳感器整機功耗較大的影響，導致傳感器的輸入電壓過低和輸出頻率信號低電平被抬高，同時由于傳輸線路上分布電容的影響，導致頻率信號由高電平變為低電平的放電時間過長，而導致低電平被抬高，當受到外界電磁干擾時容易產生“倍頻”而出現偽數據的問題。因此，在頻率信號傳輸過程中，要縮短傳輸線路上分布電容的充放電時間，降低頻率信號低電平的幅值。基于上述原因，頻率輸出電路可以采用差分信號傳輸，其輸出信號的高電平為+3~+5V，輸出的低電平為－3~－5V，這樣不會因為分布電容的存在而影響頻率信號高低電平的上升和下降的時間。（2）將監控分站至地面中心站之間的電纜傳輸方式改為光纜傳輸方式，既可以提高傳輸速率和巡檢周期，又可以避免主傳輸過程中產生干擾。

4.2提高監控設備抗干擾能力

提高監控設備自身抗干擾能力是最有效的途徑之一。在系統設計時，就應該考慮在各通信輸入輸出端口增加抗浪涌、抗輻射、抗靜電、防群脈沖電路和元件，提高監控設備自身的抗干擾能力。①在分站輸入端和傳感器輸出端口處采用共軛磁環；②在端口兩線間采用TVS管和高頻濾波電容；③I/O端口和內部電路充分隔離并盡量減少分布耦合電容；④抗浪涌采用吸能元件、尖峰抑制、電源隔離與儲能等措施；⑤抗輻射采用模塊化設計、噪聲濾波等措施；⑥抗靜電采用增加電氣間隙、屏蔽、靜電釋放等措施；⑦防群脈沖采用硬件濾波及改進軟件濾波算法等措施。

4.3降低傳感器整機功耗

傳感器的傳輸距離與整機功耗有密切的關系，功耗越低，傳輸距離就越遠，也就相應地滿足現場的實際需要。因此，低功耗傳感器研發設計過程中，需要注意以下幾方面：①改變傳感器檢測元件與處理器分開供電的傳統模式，優化處理電路，降低整機功耗；②選擇低功耗的集成芯片和電路；③選用高效率的DC/DC電源模塊，提高電源轉換效率，降低傳感器功耗。

4.4提高傳感器外殼防護等級

從產品設計上考慮，不斷提高傳感器外殼防護等級，將防護等級為IP54的傳感器升級為IP65或者更高的防護等級。4.5加強現場管理（1）現場通信線纜的鋪設應遠離動力電纜和變頻設備，間隔距離盡量在1m以上。（2）通信電纜應采用屏蔽電纜，屏蔽層應在集中處與大地連接。（3）監控分站的內接地和外接地要良好。

5結論

（1）通過對監控系統偽數據的特點和偽數據的來源進行分析，提出了偽數據的甄別技術和有效的預防對策措施。（2）通過調校數據自動識別技術、邏輯關聯識別技術、類別自動識別技術、系統自診斷識別技術，可以有效剔除偽數據，達到監測數據、報警數據的真實性。（3）通過采取改變傳感器信號輸出方式和主通信傳輸介質、提高監控設備抗干擾能力、降低傳感器整機功耗、提高傳感器外殼防護等級和加強現場管理等手段，可以有效防止傳感器偽數據的產生。

［參考文獻］

［1］王芳，屈世甲.監控系統瓦斯濃度偽數據識別及處理方法［J］.煤礦安全，2014，45（10）：144-150.

［2］趙小兵，周雪峰.煤礦安全監控系統中RS485總線的抗干擾設計［J］.工礦自動化，2013，39（2）：83-86.

［3］張立斌，蔣澤，王啟峰.礦用傳感器的偽數據濾除方法［J］.工礦自動化2011，8(8）：1-4.

［4］皺哲強，張立斌，蔣澤，等.煤礦監控系統產生偽數據的原因和應對措施［J］.工礦自動化，2013,39（9）:1-4.

［5］謝俊生.煤礦安全監控系統聯網報警數據甄別技術［J］.工礦自動化，2017,43（2）：90-94.

作者：王廷 何云文 單位：  國家能源集團烏海能源公司 中煤科工集團重慶研究院有限公司