煤礦瓦斯自動化報警平臺的設計與實現(xiàn)

陶媛媛

摘 要：煤礦瓦斯突出是煤礦井下生產(chǎn)中可能遇到的重大災害事故之一，一旦發(fā)生則可能帶來嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡，因此對井下巷道及工作面的瓦斯監(jiān)控一直是煤礦企業(yè)安全保障工作的重點內(nèi)容，由于瓦斯突出具有突發(fā)性，留給監(jiān)控系統(tǒng)的反應時間是非常有限的，這也對該類系統(tǒng)的響應速度提出了嚴格的要求。文章針對這一需求，根據(jù)煤礦生產(chǎn)的實際需求，研究和設計了全自動化的瓦斯報警平臺，以期為煤礦的安全生產(chǎn)提供更好的保障。

關鍵詞：瓦斯治理；監(jiān)控；自動化報警

1 概述

近年來，中國煤礦瓦斯爆炸事故頻繁發(fā)生，引起了社會的廣泛關注。一旦發(fā)生瓦斯爆炸事故，首先就會對井下生產(chǎn)人員造成重大的傷亡，且勢必會造成煤礦生產(chǎn)的中斷，加上后續(xù)的搶救、搶修、維護等工作，帶來的經(jīng)濟損失不可估量。減少瓦斯爆炸事故可從兩方面著手，一方面是采用先進的測量評估技術，對開采面的地質(zhì)環(huán)境進行模擬和預測，以實現(xiàn)提前防范，但由于地質(zhì)環(huán)境的復雜性，該方法預測的準確性尚有待提高；另一方面則是利用自動化技術，實現(xiàn)井下各個場所的瓦斯?jié)舛鹊膶崟r化監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常后及時報警，以在最短的時間內(nèi)啟動對應的處理機制，文章提出的瓦斯監(jiān)控報警系統(tǒng)就是基于這一目的而設計及產(chǎn)生的，其包含兩個環(huán)節(jié)，一為瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，二為自動報警系統(tǒng)，以下分別予以介紹。

2 煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)

雖然各個煤礦企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境有所差別，且經(jīng)營業(yè)務也有一定的不同，但一般而言，需要監(jiān)控的場所主要有：瓦斯排放站、中轉(zhuǎn)站及礦井內(nèi)部等。以往分散式的監(jiān)控模式無法實現(xiàn)信息的有效共享，本設計采取數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸、統(tǒng)一分析、統(tǒng)一反饋的方式，有效提高了瓦斯監(jiān)控的質(zhì)量。首先，采用瓦斯監(jiān)控分站負責采用傳感器來對不同工作場所中的瓦斯?jié)舛冗M行采集和傳輸，通過通信接口和通信線路將相關分析數(shù)據(jù)傳輸至處于遠地（如地面工作站）的監(jiān)控主機，并由其進行分析計算，通過不同的通信接口可連接多個監(jiān)控分站，并在監(jiān)控主機處實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)對傳感器傳來的信號進行分析處理，顯示屏將瓦斯?jié)舛鹊淖兓D(zhuǎn)化為形象的數(shù)據(jù)。若監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)在井下某處工作面的瓦斯?jié)舛瘸^預設安全值時，則警報系統(tǒng)會立即啟動，監(jiān)控人員可根據(jù)異常的種類采取相應的措施予以解決。

3 煤礦瓦斯監(jiān)控報警系統(tǒng)及工作原理

目前，我國單片機和數(shù)字集成電路技術發(fā)展迅速，對瓦斯監(jiān)控水平的提高起到了積極的促進作用，文章設計的新型系統(tǒng)采用了單片機AT89S51實現(xiàn)其主要計算功能，該單片機性能可靠，穩(wěn)定性好，且內(nèi)置存貯器容量較大，可以較好的滿足井下監(jiān)控的需求；傳感器采用的是MQ-4，這也是目前市場上對瓦斯進行濃度監(jiān)測的首選傳感器型號，由于該傳感器為模擬型，因此需要加載一轉(zhuǎn)換模塊AD7109，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，變成數(shù)字信號輸入單片機AT89S51進行后續(xù)的分析和計算。利用四位LED數(shù)碼管對瓦斯?jié)舛戎碉@示。假如煤礦瓦斯的濃度超過所預警值，單片機AT89S51就會啟動聲光報警。

4 煤礦瓦斯監(jiān)控報警平臺的設計

在完成監(jiān)控報警系統(tǒng)設計之后，就需要針對整個自動化報警平臺進行設計與開發(fā)，在充分考慮了平臺的通用性之后，本設計提出的報警平臺架構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，本系統(tǒng)由報警平臺、web管理和客戶端組成。其中，報警系統(tǒng)分為業(yè)務層和訪問層，以及數(shù)據(jù)層進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)現(xiàn)狀況，并報警信息發(fā)送等；web管理是通過B/S結(jié)構(gòu)進行平臺的配置的管理；而客戶端則分成普通和智能兩種，以便與瓦斯監(jiān)控報警平臺進行交互，獲取報警信息。

在報警信息類型方面，預設了兩類信息，其一是報警短消息，包括各個采樣點的瓦斯?jié)舛瘸瑯诵畔?，其二是自定義的短信息，可通過管理員來根據(jù)需求靈活的定義，甚至可以同其他系統(tǒng)相關聯(lián)。在控制系統(tǒng)層次架構(gòu)方面，本設計構(gòu)造了瓦斯報警業(yè)務處理的三層結(jié)構(gòu)，分別為事務層、邏輯控制層和數(shù)據(jù)層，分別承擔事務處理與數(shù)據(jù)計算、邏輯控制與維護和數(shù)據(jù)庫的添加、查詢與修改操作。

在系統(tǒng)模型方面，本設計采用了基于web服務的B/S結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)系統(tǒng)的分散化管理，該模式無論對于安裝的快捷性還是使用的便利性，甚至是平臺間的兼容性而言都是非常有利的。平臺管理員通過web登錄系統(tǒng)，并根據(jù)賬戶識別機制獲得最高的權限以實現(xiàn)對平臺的統(tǒng)一管理，而其他用戶則根據(jù)崗位的不同，分別被賦予功能各異的權限，這樣既保證了系統(tǒng)可以最廣泛的接受各種來源的數(shù)據(jù)，與其他平臺之間形成良好的有機結(jié)合，又有效的保障了本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。

客戶端的設計分為3個模塊：短信息的收發(fā)模塊、定義消息模塊及報警消息模塊。其中，短信收發(fā)模塊式將模擬手機對信息進行收發(fā)的功能；自定義消息模塊主要是進行接收和管理報警平臺中的自定義信息；而報警消息模塊主要是進行報警信息的管理工作，通過文本或列表，以及曲線等方式將報警的信息進行存儲或顯示。

5 結(jié)束語

通過仿真實驗和實踐檢驗，文章設計的煤礦瓦斯自動化報警平臺明顯的提高了對井下瓦斯的監(jiān)控與報警質(zhì)量，實現(xiàn)了監(jiān)測、報警、調(diào)節(jié)的自動化執(zhí)行，同時基于網(wǎng)絡平臺的傳輸模式極大的擴展了該系統(tǒng)的控制范圍。隨著智能化移動設備性能的不斷提高，未來的自動化監(jiān)控系統(tǒng)的研究必然會落在將該類系統(tǒng)移植到以手機或平板電腦為代表的智能化移動平臺方面，這也是本設計下一步的研究內(nèi)容。相信隨著信息技術、網(wǎng)絡技術和自動化技術的不斷發(fā)展，未來會出現(xiàn)更多技術更新、性能更強的瓦斯監(jiān)控報警系統(tǒng)，為煤礦的安全生產(chǎn)提供更強有力的保障。危害和損失。

參考文獻

[1]陸寶軍，王社新，劉振鋒.煤礦瓦斯監(jiān)控報警平臺的設計[J].煤炭技術，2013（4）：77-82.