KJ333监控系统抗干扰问题浅析

KJ333监控系统抗干扰问题浅析摘要：煤矿井下环境复杂，干扰问题严重，尤其是电磁干扰一直影响矿井安全生产监控系统工作的可靠性，严重时会导致监控系统出现假数、误断电等情况，要彻底解决这些问题一直是所有厂家和用户的希望。本文对井下干扰的分类、干扰的抑制方法进行了简单的探讨。关键字：电磁干扰、干扰分类、传递途径、抑制方法煤矿安全生产监控系统是基于工业计算机及信息传输网络组成的监测与监控系统。由于煤矿安全生产监控系统的工作运行环境比较复杂，系统中信号的采集、传输及系统运行的各个环节都可能引入各种各样的干扰信号。在煤矿这样强大的电力生产环境下，电磁干扰非常严重，很容易造成冒大数、误断电等错误发生，会影响监控系统的可靠性甚至使监控系统无法正常工作。因此针对煤矿安全生产监控系统中要采取各种抗干扰措施以保障监控系统的可靠运行。1井下干扰分类目前，煤矿中应用的安全生产监控系统普遍存在着易受干扰问题，尽管有些矿井已经使用了光纤传输，但是针对这个问题的解决并不是十分理想。井下干扰的分类主要有以下3个方面，包括：（1）井下环境干扰。相对来说煤矿井下空间狭小，以至于敷设信号线与动力电缆时距离较近，有些地方甚至把信号线和动力电缆就是挂在同一个电缆挂架上，大型电器设备启动和停止时，磁力开关触头抖动会释放出极其强烈的电磁脉冲辐射，强电磁脉冲能在瞬间完全淹没传感器信号，结果可能就会出现了没有规律的“假数”等现象。（2）线路问题干扰。良好的通信线路是保障安全监控系统可靠运行的前提，如果线路接触不良，譬如接线盒压线螺栓松动，传感器接插件氧化、电缆接头氧化、腐蚀等等，就会造成线路通信不稳定，后果可能会使正确的脉冲信号在传输过程中变为一个错误的信号，监控分站是以脉冲计数方式采集信息的，计数结果就会出现许多无法解释的“假数”现象。（3）变频设备等干扰。变频设备工作时会产生强烈的电磁干扰，高强度的电磁辐射严重污染了电源环境，干扰信号往往通过电源线路窜入分站，如果监控分站与变频设备连接在同一动力线路上更可能会造成严重后果，如有沿动力线架设的传感器电缆，干扰信号可以轻松耦合进分站的传感器端口，轻则造成假数干扰，严重会阻塞分站通信，甚至造成分站CPU频繁死机或重启。2干扰的抑制方法干扰可以分为内部干扰和外部干扰。对于产品的内部干扰就是在产品设计过程中所考虑的问题，而外部干扰主要是我们在产品应用过程中所要避免的。因此干扰的抑制可以从内部和外部两个方面进行。⑴、产品设计方面我们的研发设计人员一直在不断探索，例如，KJ333系统采用光纤以太环网的引入来解决干扰和传输难题，但是经过几年时间的应用，不得不承认效果不是十分理想。由于井下对监控系统的干扰主要来自分站以下的信号采集环节，因此只改造通信干线显然没有完全对症下药。通常，井下电磁等干扰在数据采集部分就可能会侵入到监控系统，而监控分站应用的单片机在软件方面通常采用：限制滤波法、平均滤波和递推随机滤波来去除错误干扰。由于单片机系统工作环境恶劣，干扰可能破坏单片机按正常流程执行这些程序，使监控系统失控。为避免这种监控系统失控状态而恢复到监控系统正常状态，主要采取的方法有：指令冗余、利用软件陷阱和软件“看门狗”。现阶段的传感器向分站传输信号的制式大都采用200－1000Hz频率制式，分站采用脉冲计数方式工作，抗干扰防卫能力很差，极容易在此环节引入干扰。针对这个问题我们可以考虑采用干扰过滤技术，这个说起来容易做起来难，要使分站到传感器全部采用数字化容错传输方式，理论上具有优异的智能侦错功能，能够有效地去除随机干扰信号，真正彻底根除此环节产生的干扰。①考虑采用干扰过滤技术。在保持原有技术的基础上，利用上述方法只能在一定程度上降低干扰，要想彻底实现干扰为“0”，那么我们就要针对传感器到分站的数据输出完全实现全数字化升级，这不是简单的工作，分站和传感器需要重新设计出一整套全新的通信协议，考虑到用户升级不能全部更新，所以还要顾及新老产品的兼容问题，在分站与传感器中加入多重兼容制式，用户可以自行选择设定。②KJ333-F1矿用分站是多个CPU工作模式。监控分站担负着信号采集、测值换算、显示驱动、逻辑判断、报警识别、断电控制、与地面网络通信等多重任务，这些工作的处理都是由一个CPU独立完成，CPU负担很重，很容易出现工作异常状态，尤其是要实现全分站2秒快速断电控制，就必须改革现有的单CPU处理模式，改为多CPU并行处理模式工作，这项工作的关键在于多CPU之间需要良好协调才能正确工作。③本安电源改进。电源是许多干扰的入口，选取更好的本安电源保护措施，使监控系统从电源部分开始就具有良好的抗浪涌性能，使监控分站遇有强冲击干扰时，不会出现间歇性供电、监控分站重启、死机等严重问题。④系统通讯方式。选取据有良好抗干扰性能的通讯方式，在同一系统内可以多种方式并存，根据不同环境应用不同的通讯方式，并采用冗余校验的容错技术，使监控系统具有极强的抗干扰性能。⑵、产品应用方面由于干扰的存在有三个基本条件，干扰源、传播途径和受干扰对象，即三要素。因此我们要抑制干扰，提高监控系统的可靠性，可以从这三个方面入手，抑制其中的任何一个方面，干扰都将被抑制或者减小。①设法远离干扰源。由于井下大量电子设备的应用，尤其是变频设备的应用，严重影响系统的正常运行，因此，我们在架设通讯线路、安装监控分站和传感器等设备时，要尽量远离这些干扰源，尽量把干扰降到最低。②切断传递途径。由于干扰的传递途径一种是传导传输方式；另一种是辐射传输方式。干扰信号在井下通常是通过信号线、电源线、空间、公共线等作用在监控系统上的。干扰信号可以直接通过信号线、电源线耦合后传输到监控系统内干扰系统的稳定性，这是干扰侵入最直接的方式，也是监控系统所受干扰中最普遍的一种方式。对于信号线耦合，信号线路要尽量短且绞合，绞合的双绞线能降低干扰，由于改变了导线电磁感应e的方向，使其感应互相抵消；架设通讯线路时避免和动力线接近；信号线与动力线分开架设，信号线选用带屏蔽层的信号电缆，对于较长距离传输的信号要注意阻抗匹配。对于电源、电源线耦合，使用隔离变压器或者独立的电源。安全监控系统的供电电源采取独立电源供电，或者在监控系统的输入一侧安装隔离变压器。使用隔离变压器可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。同时电缆使用屏蔽电缆，并有效接地。对于辐射传输方式，电磁场的辐射也会造成一种无规则的干扰。这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。另外，当信号线传输距离较远时，信号线也能接收到辐射波的干扰，防止这种耦合的常用方法是对容易受干扰的器件或电路加以屏蔽。③增加系统的抗干扰能力。这种方法在产品设计方面已经介绍，这里就不重复说明。5结束语煤矿安全生产监控系统，涉及地理范围比较广、监测地点多，数据传输距离远且分散，采取有效的电磁防护方式，提高井下设备的电磁兼容性能，互不干扰，才能保证安全监控系统的正常运行。参考文献：武先利，杨勇，魏峰。煤矿井下安全监控系统技术改进探讨[J]。煤矿安全，2009（08）。林国荣(编者)，张友德(改编)。电磁干扰及控制[M]。电子工业出版社，2003。