試論煤礦井下瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能及設(shè)計(jì)要求

李成祥

（遼寧東煤基本建設(shè)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110112）

作為一種新型的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)主要應(yīng)用于煤礦井下作業(yè)的安全監(jiān)測。聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要有三部分組成，即煤炭井下作業(yè)采集系統(tǒng)、采集傳輸系統(tǒng)、煤炭井上處理系統(tǒng)。當(dāng)前，隨著國內(nèi)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，通過多種參數(shù)對(duì)井下作業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，能夠快速有效的處理井下安全事故，保障地下施工作業(yè)人員的安全。

1 瓦斯遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的組成要素

瓦斯煤炭監(jiān)控系統(tǒng)主要有四個(gè)部分組成，主要有：傳輸器系統(tǒng)，瓦斯井下數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，信息傳輸系統(tǒng)，地上瓦斯信息控制機(jī)處理系統(tǒng)。每部分在系統(tǒng)中都起到了關(guān)鍵性的作用。對(duì)于地上系統(tǒng)而言，主要包括打印機(jī)，顯示器，主機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)備。井下設(shè)備作為收集數(shù)據(jù)的終端，其主要設(shè)備為89C51 型單片機(jī)。此類設(shè)備內(nèi)安裝有隔爆和本質(zhì)安全電源，在低濃度瓦斯的條件下也可以施行正?；╇?。傳感器類型為KG9701 型，此種傳感器在第一時(shí)間內(nèi)監(jiān)測到瓦斯的含量。將實(shí)際的瓦斯?jié)舛纫詳?shù)字的形式進(jìn)行顯示，隨后將其大小傳輸至整個(gè)模塊中。此類瓦斯傳感器功能較多。除了一些基本功能外，可以將現(xiàn)場的斷電信號(hào)進(jìn)行輸出，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行浴?/p>

瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為樹形，以便在井下安裝。同時(shí)，在需要的情況下，可以將這種樹形結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓展，即將瓦斯系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為一種多級(jí)分布系統(tǒng)。地上模塊與地下模塊的連接只是通過一根電纜就可以完成，將地下各個(gè)模塊以并聯(lián)的方式聯(lián)接至電纜中，以此來實(shí)現(xiàn)正?；膫鬏敗?/p>

1.2 瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的要求

1.2.1 保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩耘c保真性

在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，要將安全性與保真性放在首要位置。信息安全在網(wǎng)絡(luò)中凸顯出了十分重要的作用，同樣對(duì)井下作業(yè)的安全生產(chǎn)中也具有十分重要的作用。根據(jù)井下作業(yè)的具體情況，建立一套完善的瓦斯監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，考慮到實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行成本，一般采用專線接入的方式，使用SHD 傳輸平臺(tái)來使相關(guān)信息能夠得到有效的控制。

1.2.2 保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的穩(wěn)定性

除了上述安全性與保證性之外，要使用E1 線路以此保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)間能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)，同時(shí)傳輸線路中的各項(xiàng)誤碼率較小，使數(shù)據(jù)能夠在系統(tǒng)內(nèi)穩(wěn)定的傳輸。利用DSH 數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，可以提升數(shù)據(jù)的傳輸速度。如果第一傳輸平臺(tái)出現(xiàn)故障，那么系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)第二傳輸平臺(tái)。

1.2.3 發(fā)揮B2112 傳輸平臺(tái)的作用

對(duì)于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，B2112 傳輸平臺(tái)能發(fā)揮非常好的功能。此種平臺(tái)的主要特點(diǎn)為模塊化。如果某個(gè)板卡或端口出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可以使用另一模塊進(jìn)行替代，這樣就可以提升了整個(gè)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定性。在電源系統(tǒng)中，可以使用雙電源模塊進(jìn)行系統(tǒng)性的混插。如果整個(gè)模塊出現(xiàn)問題，但是系統(tǒng)仍然可以正?；\(yùn)行。

1.2.4 實(shí)現(xiàn)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)的延展化

對(duì)于計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)來說，需要應(yīng)用一些基本的模塊對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，組建多種配置口延展方式，保證數(shù)據(jù)傳輸模塊與網(wǎng)絡(luò)巧妙結(jié)合，進(jìn)而使整個(gè)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系有效的聯(lián)系在一起。

1.2.5 保證監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)管的集中統(tǒng)一

對(duì)于井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言，主要應(yīng)采用集中統(tǒng)一的網(wǎng)管。如果網(wǎng)管與整個(gè)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系在一起，就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備帶動(dòng)內(nèi)網(wǎng)管，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。此外，?yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可降低整個(gè)煤礦企業(yè)在安全管理方面的資金投入。

2 瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能介紹

當(dāng)前，隨著國內(nèi)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)等在煤炭行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。對(duì)于瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)而言，主要有以下幾方面的功能：

2.1 全面有效的收集煤炭井下作業(yè)的相關(guān)瓦斯數(shù)據(jù)

對(duì)于煤炭井下監(jiān)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)可以利用瓦斯傳感器將井下出現(xiàn)的不同瓦斯情況進(jìn)行分類。隨后根據(jù)收集的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)間的相互轉(zhuǎn)換，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而制定相關(guān)的解決措施。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，瓦斯傳感器獲取的數(shù)據(jù)可作為一種物理參數(shù)，結(jié)合井下工作的實(shí)際特點(diǎn)，計(jì)算出實(shí)際瓦斯傳感器數(shù)量。

2.2 完成瓦斯數(shù)據(jù)的預(yù)處理

進(jìn)行此項(xiàng)工作的主要目的是降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑胍?，以此來獲取更為有效的信息。預(yù)處理同樣也屬于信息凈處理。它可以根據(jù)實(shí)際情況將多余，冗雜的信息及時(shí)地進(jìn)行清除，以此來保證整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中高效性。在此項(xiàng)處理過程中，可能會(huì)出現(xiàn)一些退化現(xiàn)象。如果出現(xiàn)瓦斯事故，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)較多的干擾因素，各種數(shù)據(jù)在單位中得到進(jìn)一步顯示。所以，如果影響因素確定，在應(yīng)用模式識(shí)別前需將數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

2.3 判斷瓦斯的閥值，測算數(shù)字量信號(hào)

此功能也是監(jiān)控系統(tǒng)的核心功能。在一般情況下，通過空氣中分布的瓦斯就可以確定瓦斯的閾值。通常，空氣中瓦斯的含量在5%-12%時(shí)，就可能會(huì)引起爆炸。所以，瓦斯的最大值應(yīng)為5%。應(yīng)根據(jù)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將多種數(shù)值作出比較，以此來保持?jǐn)?shù)據(jù)間的暢通。另一方面，將瓦斯傳感器獲取的數(shù)據(jù)與最大閾值進(jìn)行對(duì)比，得出一些基本的數(shù)字量信號(hào)，增強(qiáng)對(duì)象的識(shí)別能力。

2.4 歸類識(shí)別對(duì)象，方便進(jìn)行分析決策

在監(jiān)控系統(tǒng)中，有一部分可以利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將識(shí)別的對(duì)象進(jìn)行歸類，并根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到實(shí)際的決策規(guī)則。隨后，將決策規(guī)則中的一些被識(shí)破的對(duì)象作出進(jìn)一步分類，將實(shí)際瓦斯的最大值與數(shù)字信號(hào)進(jìn)一步的分析處理。這樣就可以獲得實(shí)際的井下瓦斯是否超出標(biāo)準(zhǔn)，一旦確立超出標(biāo)準(zhǔn)的情況，就應(yīng)當(dāng)立刻采取相關(guān)措施，保障煤炭井下作業(yè)的安全。

3 瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控的數(shù)字化要求

3.1 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)傳感器的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)傳感器主要分布在井下，不同的構(gòu)成部分能夠分別進(jìn)行有效、合理化的控制。從內(nèi)容上來說，系統(tǒng)傳感器主要有控制及通信傳輸系統(tǒng)、瓦斯傳感器系統(tǒng)、電源系統(tǒng)。此類傳感器為KG9701 型，即便在3V 的電壓下也能判斷井下的環(huán)境，確定瓦斯的閥值，同時(shí)還具備自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能?？刂埔约巴ㄐ疟O(jiān)控系統(tǒng)為JENNIC－5139 模塊，此模塊在待機(jī)狀態(tài)下的電流可以達(dá)到30uA，并應(yīng)用嵌入式的模塊，將多種模式結(jié)合在一起，把瓦斯含量的模擬信號(hào)可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。而系統(tǒng)傳感器可以準(zhǔn)確地監(jiān)測出井下溫度，如果超出預(yù)定設(shè)定的最大溫度，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)報(bào)警。同時(shí)，地面模塊中的UART 將CAN 聯(lián)系在一起，同時(shí)也具備其他多種的功能。

3.2 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)模擬量輸入通道設(shè)計(jì)

模擬量轉(zhuǎn)換是在應(yīng)用多選一方式進(jìn)行操作模式，進(jìn)而可以完成整個(gè)模擬樣的采用。根據(jù)CD4067 多路轉(zhuǎn)換器的原理，將多路模擬進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作。此種模擬器應(yīng)用的電流較小，這樣就將電導(dǎo)阻控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，保持一種穩(wěn)定的狀態(tài)。對(duì)于瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)模擬器信號(hào)為SHA1144。此種轉(zhuǎn)換器主要包括兩部分，即數(shù)字芯片與模擬芯片。對(duì)于數(shù)字芯片而言，它們分別為邏輯控制電路、逐次比較邏輯寄存器等。對(duì)于模擬芯片而言，其原理主要是應(yīng)用12 位單品而組成一種數(shù)字信息轉(zhuǎn)換器。

3.3 瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到井下作業(yè)的實(shí)際情況，同時(shí)也要考慮到實(shí)際運(yùn)行情況。只有這樣才能保證數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)合理性與安全性。對(duì)于煤礦數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，應(yīng)將動(dòng)態(tài)化作為首要考慮的因素，將模擬量作為一種實(shí)際的參考數(shù)據(jù)。通過現(xiàn)代化設(shè)計(jì)軟件，應(yīng)用SQL程序語句建立動(dòng)態(tài)管理數(shù)據(jù)庫。同時(shí)也要注意，在正式運(yùn)行前，要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫運(yùn)行預(yù)先測試，以此來在正常運(yùn)行時(shí)各個(gè)部分都能正?；\(yùn)行。連接測試是整個(gè)正式運(yùn)行前最為重要的測試環(huán)節(jié)，要每隔12s 進(jìn)行一次測試，以此來數(shù)據(jù)在傳輸過程中的保真性。

4 結(jié)語

當(dāng)前，電子信息技術(shù)在快速發(fā)展，將這些現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用至煤炭瓦斯事故的防范工作中具有十分重要的意義。瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的日趨數(shù)字化，不僅能提升系統(tǒng)的調(diào)節(jié)周期，在最短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確獲取最為有效的數(shù)據(jù)信息，還能實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)的安全化生產(chǎn)，保證煤炭工人能夠在安全條件下進(jìn)行正?；鳂I(yè)，全面帶動(dòng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］倪冠華，張超.中小型煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤礦安全，2011(3).

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