基于labVIEW集成技術(shù)的礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)研究

(湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412006）

近些年來，我國礦山事故總體向好的方面發(fā)展，但事故仍然頻繁發(fā)生，且絕大多數(shù)事故和人員傷亡是由于礦山井下安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)不到位、管理制度不健全及事故后的應(yīng)急救援工作的不及時造成的。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在這一強勁的發(fā)展勢頭中，基于labVIEW集成技術(shù)以其特有的技術(shù)獨領(lǐng)風(fēng)騷。

在礦山安裝并實施主井設(shè)備信息化控制系統(tǒng)、采區(qū)運輸系統(tǒng)信息化監(jiān)控系統(tǒng)、集約式信息化監(jiān)控系統(tǒng)、井下無人值守變電所系統(tǒng)等，利用3DMine礦業(yè)工程軟件建立了礦山地表地形模型和井下巷道實體模型的基礎(chǔ)上,重點研究了礦山三維可視化模型在礦山設(shè)計上的應(yīng)用，實現(xiàn)對采掘巷道的三維可視化設(shè)計，保證礦井的安全生產(chǎn)[1，2]。

通過以上分析，本文提出基于LabVIEW集成技術(shù)的礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，通過采用先進的信息和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整合各個分離的通信設(shè)備，使資源達到充分共享，從而實現(xiàn)環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟效應(yīng)為目的的礦山開發(fā)系列集成技術(shù)。

1 目前礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

目前，大多數(shù)礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)有許多型號，這些型號由許多不同的制造商生產(chǎn)，每個制造商的技術(shù)實力差異很大。

而廠家的設(shè)備通訊標(biāo)準存在差異，導(dǎo)致不同廠家的設(shè)備不兼容。因此，由于非標(biāo)準通信協(xié)議，礦山建設(shè)單位中的許多現(xiàn)有設(shè)備不能用于新的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。礦山設(shè)備反復(fù)購買，軟件和硬件無法隨意升級。據(jù)統(tǒng)計，CH4傳感器和CO傳感器在國內(nèi)礦山安全監(jiān)測監(jiān)控使用時，敏感元件一直存在缺點，如使用壽命短，工作穩(wěn)定性差，制作工藝水平低等，制約著礦井有害氣體的正常檢測，與國外相比存在較大差距。

現(xiàn)有的礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在傳感層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)等方面還存在不足，尤其在抗干擾技術(shù)方面，與國外先進技術(shù)相比，還有一定的差距[3，4]。同時，現(xiàn)有礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)不具備礦山事故決策支持系統(tǒng)的功能，不能預(yù)警礦山事故，不能為礦山管理人員提供避免事故的對策和解決方案。礦井監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備缺乏黑匣子，無法對事故起因分析提供有效依據(jù)[5]。

2 礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求

系統(tǒng)中傳感器的檢測精度要設(shè)置，為了適當(dāng)增加或者減少傳感器，傳感器的位置應(yīng)方便安裝。

安裝在礦山傳感器采集的數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的格式上傳到地面監(jiān)測監(jiān)控室，獲取所需數(shù)據(jù)以保存數(shù)據(jù)供以后使用。

井內(nèi)數(shù)據(jù)保存最好使用大儲量數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫可以存儲從礦井地下傳感器傳輸至少2年的數(shù)據(jù)，可以在需要時直接提取給專家使用。

監(jiān)測監(jiān)控和監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的用戶界面應(yīng)簡潔大方，礦山管理人員通過界面可以很方便查看各種參數(shù)，同時應(yīng)有各種數(shù)據(jù)變化的變化圖。

系統(tǒng)應(yīng)具有功能：數(shù)據(jù)的自動處理、報警、斷電和重新供電。

3 基于labVIEW的程序設(shè)計

LabVIEW是一種用于虛擬儀器的圖形化編程語言、儀器控制、數(shù)據(jù)采集和處理的軟件，可以滿足RS-232和RS-485等協(xié)議的通訊功能。

LabVIEW的編程軟件主要包括三部分：前面板、后面板和圖標(biāo)。將傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器放在一起，發(fā)現(xiàn)虛擬儀器的前面板是我們傳統(tǒng)儀器的外觀(各種開關(guān)和按鈕等)，后面板的所有功能和連接線都是傳統(tǒng)設(shè)備中的各種電路板和電子元件[6，7]。因此，labVIEW虛擬儀器可用于模擬試驗，避免浪費過多的物力和財力。

LabVIEW軟件集成了大量常用功能和專用波形發(fā)生器，可以使用軟件附帶的波形發(fā)生器生成我們需要的波形。通過預(yù)先編寫所需的子VI，主程序可以調(diào)用子VI，這簡化了主程序的設(shè)計過程?；趌abVIEW監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

圖1 基于labVIEW監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

4 系統(tǒng)的核心組成部件

4.1 監(jiān)測監(jiān)控微機系統(tǒng)

礦山井下電纜與計算機的端口相連接，安裝在礦山井下傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過微機處理系統(tǒng)分析，使得井下傳感器收集的數(shù)據(jù)可以在微機處理過程之前連續(xù)地發(fā)送到微機處理系統(tǒng)，然后使用安裝labVIEW軟件的計算機預(yù)設(shè)的功能對數(shù)據(jù)進行詳細處理，最終將處理的數(shù)據(jù)報告給上級。

4.2 通信接口

通訊接口一般有以下幾種：RS-232和RS-485，各個接口連接到安裝labVIEW軟件的計算機，以備份重要的傳感器采集的數(shù)據(jù)。對于礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，主要監(jiān)測目標(biāo)是有害氣體、人員定位和作業(yè)環(huán)境。通信接口主要用作橋接器RS232僅適用于地面的短距離通信要求，難以適應(yīng)大的地下距離和惡劣環(huán)境的通信要求。RS485可以適應(yīng)遠程通信，但通信質(zhì)量稍差。因此，我們可以使用RS485通訊接口在地下進行遠程通訊，并可以在短距離地面通訊時轉(zhuǎn)換成RS232接口[8]。

4.3 中繼器

由于礦山井下比較深，通信電纜通常達到幾千米，因此，電纜上信號隨著距離的增長而減少，在井下安裝中繼器是有必要的。中繼器的主要功能是防止信號衰減，信號衰減將信號長距離傳輸?shù)叫盘柕奈锢韺覽8]。

4.4 通信分站

地下通信分站是井下和井上傳感器的連接，主要對采集的信號進行預(yù)處理。

4.5 系統(tǒng)應(yīng)包含的內(nèi)容

利用先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，建立一個labVIEW集成技術(shù)的監(jiān)測監(jiān)控和監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。為所有礦山環(huán)境、人員和設(shè)備形成動態(tài)監(jiān)測和監(jiān)測監(jiān)控，實現(xiàn)預(yù)測集成和智能預(yù)警，從而提高礦山安全監(jiān)測監(jiān)控水平。

系統(tǒng)由以下幾個子系統(tǒng)組成:視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、頂板監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)、有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)、緊急避險避災(zāi)系統(tǒng)、地壓監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和決策分析系統(tǒng)組成。

礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)容如下圖2。

圖2 礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)組成

5 運用實例

為測試基于LabVIEW集成技術(shù)的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)運用效果，在湖南郴州某礦進行檢測試驗。試驗中，首先在井下布設(shè)由主控制器和傳感器等組成的安全智能監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)。在某礦山井下，一組傳感器設(shè)置的距離為80m，監(jiān)控基站設(shè)置的距離為800m，在沒有貫通的巷道和采場工作面分別進行監(jiān)測，試驗結(jié)果顯示：工作場所有害氣體濃度稍微超限，該系統(tǒng)馬上報警。由此可知該監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)工作靈敏，能夠滿足礦山井下現(xiàn)場使用要求。

6 結(jié)論

與傳統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)相比，該設(shè)計基于LabVIEW集成技術(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，可以包含礦井監(jiān)測監(jiān)控的所有內(nèi)容。因此，礦井監(jiān)測監(jiān)控可以遠程操作，方便管理，便于礦山管理人員作出決策，從而解決現(xiàn)有礦山監(jiān)測和監(jiān)測設(shè)備的不足，使用不方便，及時有效實現(xiàn)礦山各類安全監(jiān)測和監(jiān)控，對現(xiàn)有礦山的安全監(jiān)測監(jiān)控有一定的借鑒意義。