2023年12月19日发(作者：)

煤矿安全监控系统传感器在线升级技术研究

摘要：对于矿山领域，安全生产重于泰山，煤炭开采作业的安全生产，涉及众多作业人员的生命安全。为保证安全生产，煤炭领域普遍应用煤矿安全监控系统，在科技不断创新升级的情况下，煤矿安全监控系统也需要与时俱进，不断向智能化发展。煤矿领域应采取建立井上井下综合系统、构建一体化平台等措施，助推煤矿安全监控系统的智能化发展。本文对煤矿安全监控系统传感器在线升级技术进行分析，以供参考。

关键词：煤矿安全监控；传感器；在线升级

引言

随着当前煤炭资源不断整合，大型、超大型煤炭企业和矿井相继出现，矿井煤炭产量随着采煤技术的不断革新也随之突飞猛进，大采高、高产量屡创纪录，成绩喜人。但是随之而来的也有对安全管理带来的诸多挑战，许多安全技术和安全措施也必须随之进行更新换代，以适应新的需求。

1远程在线升级技术

有两种方法可以在线升级传感器程序，以升级常用的fai技术(系统编程)和IAP技术(应用程序编程)。fai技术是指在出厂前通过单片机制造商配置的通信接口对内部闪存进行读写操作。IAP是一种将闪存映射到两个存储单元的结构。当您在储存装置上执行使用者程式时，可以排定新的额外储存重量，然后将程式从一个储存装置移至另一个储存装置。两种在线更新方法都可以执行程序更新，但fai技术需要额外的电路来更改单片boot0和boot1针脚的电气等级，以便在两种模式之间切换，下载程序时，针脚必须配置为系统内存引导模式，如下所示此外，由于fai技术需要通过制造商指定的串口来更新程序，因此限制了在项目开发过程中使用串口引脚。另一方面，IAP可以更自由地升级程序:一方面，传感

器无需停止即可在程序升级过程中完成升级程序的传输；另一方面，IAP不再局限于特定的UART端口，还可以通过SPI、IIC或以太网传输升级程序，从而因此，IAP更适合于远程在线升级采矿传感器。

2远程在线升级方案

如果您复写原始应用程式，但升级因升级程序中断或下载错误而失败，则原始程式会遗失且无法使用感测器，您可以将flash分割成三个区域:开机载入程式、APP1和APP2。其中32 ko内存(从flash 0x 080000000的起始地址开始)存储IAP程序，剩馀存储区域被划分为两个大小相同的APP程序区域，APP1区域和APP2区域用于存储传感器程序的不同版本。IAP可以使用两个APP存储库升级到APP1或APP2。如果当前程序在APP1池中运行，则将通过IAP升级到app2。如果当前程序在APP2部分运行，请编写APP1以执行升级，这样在升级失败时可以返回到原始程序。

3装置设计

装置软件，煤矿安全监控系统逻辑控制自动检测装置软件采用抢占式、实时多任务内核的FreeRTOS实时操作系统，可实现多任务并发处理。装置软件程序通过创建多任务来实现不同功能模块化设计，包括串口通信任务、控制结果采集任务、控制执行时间计时任务、显示屏显示任务、人机交互任务、本地控制任务、异地控制任务、风电瓦斯闭锁控制任务、煤与瓦斯突出闭锁控制任务等。各任务之间通过信号量形式实现调度，从而降低CPU使用率，提高程序的实时性和控制执行时间计时的精准性。

4煤矿安全监控系统日常运行维护

4.1环网交换机和分站的布置

环网交换机和分站安装位置需要考虑的因素包括环网交换机与分站之间的距离、分站承载传感器能力等。环网交换机与分站之间的距离直接决定了分站主传输信号的强度和稳定性，距离越长，信号衰减越大，强度越弱，越容易受到外界电磁环境干扰，造成分站频繁出现通信异常或通信中断，同时会影响同一主传输

线路上的其他分站稳定运行。因此要根据矿井盘区分布和需要监测区域合理布置环网交换机，在盘区变电所不能满足环网交换机布置距离和覆盖区域要求时，应选取位置相对固定，工作环境相对较好的机头变电所、大巷配电硐室作为环网交换机的布置地点，保证每台环网交换机与下级分站间的距离均在安全监控系统设备性能要求范围内，从而降低环网交换机和分站之间的信号衰减，增强系统信号的抗干扰能力。同时需要控制接入分站的传感器数量，合理规划每个端口接入传感器的类型和数量，减少单个端口承担的负荷，以保证传感器的供电电压、电流和信号传输满足要求。

4.2传感器的布置

传感器的安设需在满足位置标准的前提下，尽量避开顶板淋水、喷雾下风侧等容易造成传感器受潮的地点，如不能避开，则需要安装可靠的防淋水装置，必要时使用防水材料对传感器插头进行防水保护，防止插头锈蚀。传感器安装过程要根据分站端口输出电流、电压的能力和传感器缆线参数控制接入分站的传感器数量，具体为：控制接入分站单个端口全部传感器的总电流，并通过分站输出电压、传感器总电流、缆线电阻等参数，计算分站能够给最远端传感器提供的供电电压，对比传感器最小启动电压，以保证线路末端供电电压大于传感器最小启动电压，并且分站端口输出电流大于线路全部传感器的总电流，这样才能保证线路上全部传感器能够稳定可靠工作。必要时可根据实际工作经验，增加电流、电压冗余量。

5智能化发展策略

5.1井上井下安全监控系统

当前煤矿安全监控系统在井上区域具备的数据收集和信息融合能力实现了较大幅度提升，各类定位分配调度工作实现了较为流畅的衔接。井下监控系统的数据收集和融合能力较井上区仍存在较大差距，为了改善这种状况，通过增加互联网系统，使井上井下的各类信息收集和传递工作得到有效加强。

5.2强化智能报警功能

为了扭转当前单一预警系统带来的弊端，除了加强传感器的信息传输之外，还可以应用技术水平更高的矿业专用传感器，保证获得数据的准确和稳定。

5.3分布式供电及共缆透传技术

当前煤矿企业的监控系统在进行连接时，主要通过电缆以及分散设备连接，使系统的覆盖面积不能得到有效的扩充，在监控系统的设置过程中存在较为复杂的操作流程，煤矿安全监控系统存在明显的监测盲区。为解决非接触供电系统存在的种种弊端，可在煤矿井下对供电系统进行改造，将集中型转变为分布型，从点对点转换至线对点，结合电力载波传输方法有效提升电力载波及信号传输水平。

结束语

简而言之，将传感器单片机闪存区合理划分为三个区，并对程序传输过程进行CRC验证，使矿用传感器能够在升级前返回固件程序，即使升级因煤矿环境因素而失败，从而提高了矿用传感器运行的稳定性。

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