在煤矿现场怎样用简易方法判别监控系统是否合格

在煤矿现场怎样用简易方法判别监控系统是否合格？
——AQ6201新标准现场监查操作指导
AQ6201-2006标准规定了煤矿安全监控系统最低的性能要求，通过强制贯标，能够阻止一些质量低劣产品流入市场，但通过了该标准检验的产品，并不能证明就是安全可靠的系统。

在实验室的条件下，受条件和检验手段限制，许多产品缺陷不一定都能被发现，尤为恶劣是有些系统为了过关取证，采取送检和销售不是一个版本的产品。

本文为安全管理领导提供一个简单明了的监察手段，让安全监察人员在煤矿现场条件下，检验监控系统性能是否真正达到了新标准要求，也为选型的用户提供一个辨识真伪的方法。

一、监控分站的断电、闭锁性能的检验
断电速度的测试：
AQ6201新标准要求分站断电控制响应时间小于2秒，目的在于井下现场遭遇瓦斯突出时，提高设备快速反应时间，在传感器显示数值达到断电门限值后，到断电继电器接点完成动作所需时间不应大于2秒，超时者为：不合格。

检验方法：
按被测分站最大监控容量，连接满所有传感器，将断电值与报警值都设定在同一门限上，对传感器通入大于断电值的气样；或用偏调传感器零点等办法产生高于断电门限的“测值”；也可以用按压遥控器“试验”键方法产生模拟瓦斯测值。

当传感器发出报警声后立刻按下秒表，一直到对应的断电接点动作后停止，记录此段时间即为断电延迟时间，每个端口测试要反复进行五次，逐个端口测量，选取其中最大值，任何一次断电延迟时间超过2秒，即为不合格。

此项测试不可以脱离监控系统网络单独进行，一定要在连接好信号线，确认系统通信正常时方可进行。

建议断电速度测试完成后，立刻进行巡检速度测试，以防止软件插入过滤延迟。

需要指出的是2秒断电时间容易达到，关键在2秒指标下分站能否可靠工作？断电速度和可靠性是相互矛盾的二个指标，很难找到折衷点，要快速断电就必须除掉所有的软件过滤功能，判断系统稳定性不难，调取监控主机记录数据和断电记录，比照断电时刻的瓦斯测值就能看出问题端倪来，往往是有断电记录而没有超限数据，那是软件过滤掉了瞬间高值，却不能过滤掉执行断电控制的真实状态，或者反过来也是有问题的系统。

分站断电误差测试
本项测试最好备有多种气样，没有合适的气样时检测断电值很麻烦，可以缓慢偏调传感器零点，模拟瓦斯测值上升，记录起控点的数值，测试结束后再调回零点，令测值恢复初始测值。

切记整个调试过程不要动精度调整，否则传感器就必须重新充空气和样气标校。

断电误差大部分是传感器显示值与远传值不一致造成的，它们分别在二个不同的电路中处理，譬如：9701传感器的频率输出是由一个LM331压控振荡器产生的，零点和满度单独整定，人为调试误差和电路非线性均会引入偏差，4－20mA电流量模拟输出的传感器会更加严重，全数字化处理的传感器可以免试此项功能。

使用07年之后版本的KJ101－45B甲烷传感器时不必偏调零点，先用遥控器在传感器上设定断电值（不是分站的断电值），然后按压遥控器试验键，此时传感器就会输出与传感器断电值相同的模拟信号，通过改变“传感器断电值”的方法来产生不同的测值信号。

分站闭锁功能测试
将甲烷传感器充气或偏调零点，使其呈现高于断电值的输出状态，或者摘下传感器，让分站处于故障闭锁状态，系统应立即执行断电控制，此时再人为按压被控机电设备启动按钮，强行启动开关，在闭锁期间应不能启动。

监控系统闭锁功能一般都能具备，但有一项性能容易被现场人们
忽视，在超限期间开关一次分站电源，让其重新启动，用人压住被控设备开关的启动按钮，测试分站启动期间会否出现失去闭锁的漏洞！
系统异地断电功能测试，及开关量断电测试
此项功能取决于软件控制功能，先设置好异地关联关系，参照本文第4条测试方法进行，当甲地超限后，到乙地断电完成，总延迟时间不应大于2个巡检周期，就是60秒即为合格。

二、系统巡检速度检验
AQ6201新标准要求系统巡检时间不得大于30秒，超过此值为不合格。

有些软件中隐藏了延时过滤程序，故意阻拦高测值数据，对煤矿安全性能造成严重威胁，新标准的检测方法不是去检测数据应答周期，而是采用异常数值上传延时来考核系统的反应时间。

1）巡检时间测试方法：
让系统按企标中最大监控容量分站设置，实际没有足够数量分站时，可用软件虚拟，比如在主机上开通64台分站；在地面安装一台分站，连接好二台甲烷传感器用于测试，将主机对应该测试点报警值设定为1％CH4，对传感器通入大于1％CH4分气样；或用偏调传感器零点等办法产生高于断电门限的“测值”；也可以用按压遥控器“试验”键方法产生模拟3％CH4测值。

当传感器发出警报声开始按下秒表，到地面该点发生报警为止，记录这段时长，二台传感器分别进行5次测试（总计十次），取最长值为本系统的巡检周期。

井下实地测试时，可用电话上下联系，在没有通信电话的地方，可以用下“节响应速度方法”测试。

2）响应速度检验方法：
用高浓度气样进行抽样通气，井下每个点通标气时间要严格控制在30秒上，标气浓度最好选用2－4％CH4之间的气样，对传感器通入气样；或用偏调传感器零点等办法产生高于3％CH4 “测值”；也可以用断续按压遥控器“试验”键方法产生模拟3％CH4测值，维持30秒，然后停顿1分钟后继续重复以上操作，反复进行五次以上。

操作中详细记录试验地点、时间和次数，然后在地面主机纪录中逐个寻找比对，如果能够正确记录超限次数和峰值，证明系统响应速度合格，如果没有记录，或者记录不全，可认定为不合格。

此项测试可检出软件过滤处理数据的延迟，此项检测不能替代巡检周期试验，最好紧跟在快速断电检验之后进行。

3）远程网络上传信息响应时间
在前面二项测试基础上，在井下做一次连续2分钟的超限模拟，在地面主机上打印有通气记录点的当日报表（表中要有准确的充气上升峰值），然后到上一级联网服务器上调取该点检测记录，比照二部服务器对该点的数据同一时间的峰值，如果数据不能吻合，证明上传数据迟缓或软件有作弊行为。

三、监控分站稳定性检验
在进行快速断电、巡检速度测试结束后，要立刻进行稳定性测试，此间不许地面人员操作软件，防止激活作弊程序。

模拟干扰方法1：
在井下被检测分站或者传感器电缆附近，寻找一台磁力开关，让电工操作开关反复进行启动/停止动作，持续5分钟，记录下时间地点，回到地面调阅该点附近传感器、分站的测值曲线，看是否会有冒大数、误报警、误断电等现象发生。

操作开关要经过电工们同意，且不能发生对人身和设备造成危险的前提下进行。

模拟干扰方法2：
在地面一组交流电源上（380或660V）连接二台以上监控分站，让受测分站间隔距离一米（分体式的分站几个本安电源箱接在同一个交流电源上），连接好信号传输线和传感器，待分站启动
运行后，拨弄其中一台分站的交流电源引线，使其发生不停地打火，持续五分钟，观察相邻的分站，不应发生数字错乱、死机、重启、误断电等现象发生。

模拟干扰方法3：
在地面模拟信号线接触并不良的测试，将传感器到分站连接电缆中的信号导线人为断开，让二根断开的导线在锉刀上快速摩擦，造成时断时续的信号，维持操作五分钟，在分站上观察会否出现冒大数、误报警、误断电发生，在地面调阅该点测值曲线，看是否会有异常数据现象出现。

该项测试出现“0”、“Err”测值属于正常，否则出现任何异常数值都有潜在危险。

四、馈电异常报警功能检验
AQ6201新标准要求系统具有馈电异常检测功能，在分站执行断电的状态下，馈电传感器应该检测到“已经停电”否则为异常，再将馈电传感器人为地制造出有电状态，此时系统应发出报警！就是说：井下被控设备执行断电失效后，能被有效监测出来，并报警和记录，系统如无此功能，或者不符合要求者为：不合格。

检验方法：
在地面安装一台分站，连接好断电控制和馈电传感器，将馈电传感器卡在被控设备电缆上，并在主机上设定好馈电检测关系。

用手动发断电命令，或者给传感器充气，通入大于1.5％CH4分气样；或用偏调传感器零点等办法产生高于断电门限的“测值”；也可以用按压遥控器“试验”键方法产生模拟3％CH4测值，让分站执行断电控制，被控设备正确断电时，地面主机应正常不报警，此时，移开断电控制连线，故意制造断电控制失效状态，或者人为制造出馈电传感器有电状态，地面主机和井下分站都应报警并记录。

五、故障闭锁功能检验
AQ6201新标准要求系统具有故障闭锁功能，当井下分站发生故障、传感器发生故障、控制线路断线、分站电源掉电且后备电源失效时，应能发出断电闭锁控制，不具有此项功能者为：不合格。

检验方法：
本项功能可以在地面模拟测试，连接好一台监控分站，接上甲烷传感器、继电器箱、被控模拟设备等，进行如下操作：
1）拆掉运行中的甲烷传感器，对应的分站应立刻输出断电闭锁控制信号；
2）拆掉运行中的馈电、开停、风门等开关量传感器，对应的分站和地面主机应有故障显示（此项功能2006年被暂停执行）。

3）关闭分站电源，断电接点应维持在断电闭锁有效位置上；
4）切断控制断电接点输出引线，被控设备应处于断电闭锁状态，实质上就是要求断电接点使用“常开”输出，断电有效时继电器释放，接点断开。

注：断电输出状态可用万用表检测接点通断来判断。

六、后备电源性能检验
AQ6201新标准要求系统分站应具有交流电源中断后，应能自动切换到后备电池上，且能提供2小时以上的后备工作时间。

标准中没有提出详细具体功能要求，下面检验方法可为使用者提供一个具体的技术要求。

检验方法：
先让受测试分站进行饱和充电（经48小时不间断通电），按产品标准连接好满负荷传感器；传感器线路最好接入80Ω电阻，仿真2Km电缆，以获得最大功率消耗。

测试开始切断交流电源，启动计时秒表，直到分站电源电池耗尽能量关闭，记录断电后工作时间，也可以在主机上查阅监测
数据，判断有效后备时间不应小于2小时。

试验中注意事项：
1）当交流电中断时刻，分站必须能自动可靠切换到电池供电上；
2）中途交流电恢复必须能自动转回到交流电供电状态；
3）井下交流电大面积中断时，电压是缓慢下降的，那是负荷中带有惯性很大的电机所致，所以要求后备电源必须在缓慢下降时也能可靠转换和恢复，转换测试最好在井下实地进行，选择带有电机负荷的区域，切断高防开关（只切断局部开关不能模拟真实的区域停电）；也可以在地面使用调压器模仿；
5）当电池放电终了应能自动关闭电池，使电池不被过度放电而损坏；
6）电池放电终了处于关闭状态的分站，在交流电恢复后必须能自动重启，并自动进入充电状态；7）分站必须具有对电池进行自动充电和过充保护的功能；
不具有以上6项功能者不能在井下使用，可判为不合格产品。

七、系统量化误差检验
AQ6201新标准要求系统信号传输误差应小于0.5％，此误差是指传感器传送到分站再到地面主机所引入的由模拟量到数字量的转换误差，其中经过A/D变换、V/F变换、二进制/十进制转换等过程引入的误差，与传感元件的测量误差无关。

在同一时间里观测传感器、监控分站、地面主机三者的显示数值，理论误差不应大于0.5％来自单字节量化误差：1/255，对于4.00％满度的瓦斯传感器来说，三者最大偏差应在±2个显示字之内，大多数产品V/F变换是另外使用压控振荡器产生的输出信号，零点与精度与传感器的A/D 变换不是来自同一个CPU处理，所以很难达到系统量化误差0.5％的要求；使用脉宽计时采集数据的分站，还会引入较大的转换误差，此误差越靠近量程上限越加严重。

检测方法：
取若干台甲烷传感器，开机预热十分钟开始测试，分别在“零点”和通标准“气样点”，用电话比照监控分站数值与传感器数值偏差，首先在纯净空气中零点上对照分站与传感器的显示值，记录下绝对差值；对传感器通入3％CH4左右气样；或用偏调传感器零点等办法产生高于3％CH4的“测值”；也可以用按压遥控器“试验”键方法产生模拟3％CH4测值输出，待数值稳定后再对照分站和传感器显示差值。

常规产品无论在零点和充气点上，二者数值差不应大于：±2个字，超过量程0.5％者为不合格。

譬如：4分量程的传感器不应大于±2个字，传感器显示：1.20 分站显示：1.22－1.18即为合格，偏差超过二个字为不合格。

没有通信工具时，可分别记录同一时刻传感器、分站、地面电脑三者数据，然后集中到地面对照同一地点、同一时刻的数值，有些厂家传感器并非全部数码化处理，有严重非线性误差以及输出频率与测值不同步问题，采用4—20mA传输的系统则会引入更大的转换误差。

注意：测试点最好选在3％CH4以上的高浓度值，越接近满度点才能暴露出模/数转换误差来。

八、系统误码率的估测
AQ6201标准中要求监控系统具有10-8出错概率，它代表了井上下通信的可靠性指标，就是说监控系统主机与分站之间的通信要连续传输1亿码元不能出现一次差错。

测试标准要3倍于1亿基数，按现有系统的传输速率1200计算，要连续运行15天不出一个错码。

这项测试在煤矿现场很难进行，下面推荐一个数据估测方法，能够有效发现传输不合格的产品。

检验方法：
1）软件的实事性：
切断地面试验分站的传输线30秒，观察屏幕显示数据是否中断或提示该点故障，反复进行多次
30秒中断试验的分站，然后调取该点“实时”记录数据，看能否完整记录下信号中断过程，如果不能记录到中断过程，证明系统软件有充填假数的现象。

注意：要调取的实事实数据，而不是5分钟平均值。

2）数据完整性：
选取若干个井下数据完整的测点，调取连续一星期的实事数据（记录密度小于30秒的数据），不应有数据中断现象（要排除通信线路不良造成的影响），如果发现有大量无法解释的数据中断现象，则可判其为不合格产品。

用此办法检验的系统不能替代误码率测试，但可以在现场发现严重不符合要求的产品。

九、传感器性能检验
1）瓦斯传感器检测误差估测
按规程要求使用以下四档标准气样，通气20秒后读取传感器显示测值，误差范围应符合行业标准：
0.00-1.00%CH4≤±0.10%CH4
1.00-
2.00%CH4≤±0.20%CH4
2.00-4.00%CH4≤±0.30%CH4
4.00－100%CH4≤±10%×测值
没有气样时也可以参照光学检定器进行比照，但它们的检测机理不同，要引入很大的误差，其他传感器可参照类似方法测试
2）零点漂移稳定性测试：
AQ6201新标准要求在用甲烷传感器、一氧化碳传感器、管道热导甲烷传感器，连续工作稳定性大于15D。

测试方法：
抽取至少2台以上传感器，在地面用标气调整好传感器零点和精度，记录下零点和标准气样测值，连续通电15天，中途不许做任何调整，每天记录零点值和通标气测值，满15天后的测值做为判定依据，零点漂移不得大于±5个字，精度漂移不得超出测值的10％范围（或依据国家标准MT210中分段精度）。

为了防止零点负方向漂移跑进“死区”，在零点调整时预先上调10个数字，精度也跟随向上调10个字。

3）接线距离：
AQ6201新标准要求甲烷传感器、一氧化碳传感器、管道热导甲烷传感器，到分站的接线距离不得少于2Km，典型传感器能达到2.5-3Km。

测试条件：
模拟常温下1.5平方毫米铜芯电缆2Km环路电阻75Ω。

测试方法：抽取至少2台传感器，在电源＋、－极分别串入二只3瓦36到40Ω线绕电阻，连接好电源和分站，反复开启/关闭分站电源，传感器应能正常启动，如果不能正常启动为不合格；待传感器稳定之后，通气校验，传感器一切性能应能符合标准要求，如发生零点偏移，报警值偏移，精度超差等为不合格；在不关闭分站电源状态下，用导线同时短路二只电阻，等效电缆零距离，比照串入电阻时的测值，传感器零点和精度不应发生变化，如变化大于2个字则为不合格。

4）低电压性能检测：
AQ6201新标准要求甲烷传感器、一氧化碳传感器、管道热导甲烷传感器等最低工作电压不应大于9V，一般传感器典型值在8V下就能工作。

测试方法：
抽取至少2台传感器，接入可调直流稳压电源上，缓缓调解稳压电源输出电压，使之在6－24V 范围内变化，当电压达到8V时，传感器应能正常启动工作，电压在9－24V之间变化时，传感
器的“零点”、“精度”不应发生改变。

可以在三个电压点上进行比照。

5）红外遥控调校功能：
AQ6201新标准要求甲烷传感器、一氧化碳传感器、管道热导甲烷传感器，必须采用红外线遥控调整参数，淘汰电位器调整零点、精度值、报警值的传感器，不符合者禁止使用。

十、甲烷风电闭锁功能检验
AQ6201新标准要求系统具有甲烷风电闭锁控制功能，控制条件如下：
a) 停风闭锁：开停传感器检测到的局部通风机停止转动时，或者风筒风量检测开关由于风量不足动作时，分站应能输出断电闭锁控制信号。

b) 超限闭锁：工作面甲烷超过1.5％CH4以上浓度，或者总回风甲烷超过1.0％CH4以上浓度。

或者被串工作面风机入口处甲烷浓度超过0.5％CH4以上，分站应能分别输出断电控制信号，切断对应工作地点设备电源。

c) 上电闭锁：分站在开机上电的一分钟内，由于传感器尚未预热工作，输出断电闭锁信号，不允许工作面送电。

d) 掉电闭锁：监控分站掉电后，应能停留在在断电闭锁有效状态。

e) 故障闭锁：分站和传感器发生故障后（包括断线故障），分站应能输出断电闭锁有效状态。

f)馈电状态异常报警：监控分站断电控制失效后，分站应能发出声光报警。

g) 停风超三分闭锁风机：开停传感器检测到的局部通风机停止转动时，或者风筒风筒检测开关由于风量不足动作时，如果工作面或回风甲烷浓度超过3％CH4，分站应能发出闭锁风机信号，禁止启动风机。

由于本项控制逻辑是为高突瓦斯矿井设计，又因控制关系过于复杂，不宜在低瓦斯小矿井内实施检验，但必须保证：停风闭锁；超限闭锁；故障闭锁；馈电异常报警，这四项基本功能正常。

注意：本检验方法仅限于执行AQ6201新标准的系统，不适合当前没有更新标准的产品。

凡是获得新安标的系统，都可以参照测试，如有不妥，欢迎同仁们批评指正。