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摘要：要想实现煤矿的安全生产目标，就要结合实际状况，对煤矿安全监控系统进行优化设计，在着重提升系统监测连续性和实效性的基础上，提升应用价值，完善安全监控机制，其在实际运行期间，对使用行为和技术等内容提出明确规范，进而降低煤矿发生安全事故的概率。现阶段在落实煤矿安全监管工作期间，实际应用的设备中都有安全监控系统，即便这样也存在一些不足。在此种状况下，煤矿设备现有的功能将无法满足使用要求，这就要进一步提升煤矿设备自身的抗风险能力、多网系统融合与联动功能。本文从目前煤矿安全监控系统结构以及应用存在的问题入手展开阐述，基于多网融合及应急联动功能，就如何正确开展煤矿安全监控系统设计工作进行深入探讨。
关键词：多网融合及联动；煤矿安全监控系统；设计
1.现有监控系统的结构及存在的问题
煤矿监控系统主要由计算机、网络交换机、监控分站、传感器和断电控制器等设备组成，绝大多数煤矿的安全监控系统都采用了工业以太网+现场总线的方式进行数据的传输，其主要连接方式为树形、环形和总线形等，如图1所示。
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从监控系统在现场应用所反馈的信息来看，目前监控系统普遍存在的问题主要有以下几个方面:①监控系统出现伪数据、冒大数的情况普遍存在，可靠性较差，动力电缆干扰感应到传感器电缆上而产生的干扰是监控系统冒大数的原因之一。②监控系统与其他系统相互独立自成一体，未对数据进行融合、深度挖掘和实现应急联动。③系统平台不能共用，导致重复投资，增加煤矿投资成本。④设备智能化程度较低，兼容性较差，设备没有统一的协议，不能适应矿井数字化发展的需要。
2.基于多网融合及联动的煤矿安全监控系统设计
2.1多系统融合及联动架构
多系统融合及联动架构图如图2所示。井下多系统融合及应急的核心设备是多功能分站，又称区域控制器，区域控制器是对现有安全监控系统、人员定位系统、应急广播系统、瓦斯抽放监测系统等多种业务系统进行整合，是集数据采集、显示、传输、存储、处理、报警、控制等功能于一体的主要监控设备。可以通过现场总线方式采集多种系统现场设备（传感器、断电器、读卡器、IP广播终端等）的数据，还可以通过以太网通信获取异地分站采集的数据，满足跨区域、跨业务子系统数据的融合需求。区域控制器作为联动控制计算节点，通过地面中心站软件配置相关区域内传感器、断电器、人员定位读卡器、广播终端等设备之间的关联逻辑关系，对本地或异地的相关作业区域现场设备进行联动控制，从而使煤矿井下更大范围内的现场设备、
执行机构之间互联互通，不仅缩短了现场数据传输路径，还可实现无主机联动控制，提高了现场控制响应能力。
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2.2区域控制器的设计
区域控制器是一个以基于ARMCortex-A8工业级嵌入式微处理器AM3352为核心的控制系统。
①通信单元电路
通信部分主要包括RS485总线通信和以太网通信2部分，区域控制器提供8路RS485总线通信、2路以太网光通信接口、1路以太网电通信接口。RS485总线具有接口简单、抗干扰能力强、传输距离远等特点，目前井下现场设备大多采用RS485总线进行数据传输和控制。以65LBC184作为RS485收发芯片，通过光耦隔离解决与主控芯片端口的电平匹配问题。为了减小总线上的高频噪声，在引脚A、B上串联了共模线圈，并通过对地连接TVS管和气体放电管的方式实现浪涌电压保护。RS485通信硬件设计框图如图3所示。
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②DC/DC电源转换隔离电路
监控区域控制器的核心是嵌入式微控制器及各种集成块，对电源要求较高。为了提高区域控制器的可靠性，在电路中设计了电源隔离变换单元。它主要由稳压和DC/DC隔离电路组成，主要功能是确保嵌入式微控制器、数字电路、模拟电路为核心的电路单元与电源间的有效隔离，提高井下区域控制器工作时的可靠性。
③数据存储
区域控制器设计专门的数据存储器，可以保存初始化参数配置信息，同时在主通信中断的情况下，区域控制器也可以将实时数据以一定的格式存储在数据存储器内，在通信恢复的时候再将数据发送到地面中心站，从而保证监控数据的连续性。
④看门狗自动复位电路
看门狗自动复位电路单元在工作中的主要功能是看护区域控制器的电源及程序运行情况，当出现电源电压过低或因意外造成区域控制器程序异常时，及时向控制系统输出复位信号使之自动复位，恢复正常工作。
3.系统间的联动与融合
由于系统内设备都采用了现场总线通讯方式并使用了统一的通讯协议，因此系统间的融合和联动就变得简单易行。以一个工作面中安全监控与人员定位的联动为例，重点说明系统间的联动。在工作面分别安装甲烷传感器T1和T2，并在相同位置安装人员定位读卡器;4台设备通讯接入同一台监控分站，在中心站软件上配置好设备间的通讯路由并设置断电撤人阈值，即T1、T2传感器数据除了发送给断电器，还要实时发送给2台人员定位读卡器，当工作面CH4体积分数达到断电撤人阈值后，人员定位读卡器向定位卡发送撤人命令，定位卡接收到撤人命令后发出声光报警提示，人员的撤离情况实时被读卡器采集并上传到软件中;调度室值班人员通过软件及时了解现场人员撤离情况，有效避免人员撤离不及时或漏撤导致的意外事故发生。系统融合与联动流程如图4所示。
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结 语：
在煤矿安全监控系统设计中选择采用融合及联动方式，其中区域控制器是井下融合及联动的核心设备，对区域控制器的组成、工作原理进行了介绍，实现“一站式”数据采集、传输、显示、处理、存储、控制、联动等功能。实现了无主机条件下的融合联动，提高了系统的可靠性、减少同类设备的重复投入，降低了投资成本、减少现场通信线缆的布置、降低维护人员的工作量，提高了工作效率。
参考文献：
[1]徐闯,何青松.基于多网融合及联动的煤矿安全监控系统设计[J].矿业安全与环保,2018.
[2]祝家栋.基于多网融合及联动的煤矿安全监控系统设计探究[J].内蒙古煤炭经济,2020.