基于通風需求的礦用水倉智能安全管控系統(tǒng)的研發(fā)

王云飛

（山西馬堡煤業(yè)有限公司， 山西 長治 046300）

引言

水倉就是在煤礦井下排水系統(tǒng)中起著貯存全礦井井下涌水和沉淀涌水泥沙的作用[1]。在煤礦的生產采區(qū)，必須按要求對采區(qū)水倉進行設計施工。因此在煤礦建設和生產中，水倉起著重要的作用，人員進入水倉作業(yè)，快速開啟水倉門鎖顯得尤為重要，傳統(tǒng)的機械門鎖鑰匙管理很麻煩，而且還需要設置專門管理鑰匙的人員崗位，鑰匙丟失和人員更換都需要更換鎖和鑰匙，如果工作人員忘記攜帶鑰匙，未能快速進入水倉工作，會耽誤工作進度，引起不必要的危險?，F(xiàn)如今，礦井安全己成為制約煤礦開采的重要關鍵問題。在煤炭開采過程中，一旦發(fā)生透水事故，輕則損壞機電設備，重則水淹巷道，危及工作人員生命。煤礦井下排水系統(tǒng)作為井下生產中一項重要系統(tǒng)，為確保礦井正常安全地生產，排水系統(tǒng)必須有足夠的排水能力和較高運行可靠性。另外，在人員進入水倉作業(yè)時，要保證作業(yè)環(huán)境的安全，如果不能及時檢測瓦斯，啟動風機進行調控，將有可能造成人員傷亡事故，由此可見，解決水倉巷道瓦斯超限、人員進入自動啟動風機等問題是很有必要的。

1 系統(tǒng)功能特點

1）礦用水倉門禁智能安全控制裝置集刷卡開門、自動上鎖，遠程控制于一體，同時具備視頻監(jiān)控語音對講以及地面控制柵欄電動鎖的開啟關閉功能。人員開啟水倉柵欄門需刷卡，同時自動啟動風機并延時開啟柵欄門，保證人員安全進入。

2）礦用水倉門禁智能安全控制裝置可以外接瓦斯超限閉鎖斷電傳感器，同時具備控制風機起停的輸出節(jié)點。正常情況下，當電動鎖開啟時，風機啟動運行。裝置具有水倉巷道瓦斯檢測功能，當瓦斯超限時自動啟動風機，同時閉鎖柵欄門，禁止人員刷卡進入，直至瓦斯恢復正常。

3）礦用水倉門禁智能安全控制裝置具備上電自檢功能，可以自動正確處理斷電到上電過程中引起的誤上鎖或者誤開鎖運動。

4）具備水倉作業(yè)人員監(jiān)測功能，水倉內有人員作業(yè)時風機一直工作，直至作業(yè)人員離開水倉并自動上鎖后，風機自動停止。

5）地面調度室設置了遠程監(jiān)控平臺，遠程控制自動開閉電動鎖，工作人員需進入硐室未帶門禁卡時，可通過就地端與地面視頻對講，確認準許進入后可由地面控制中心遠程開鎖，地面實時監(jiān)控井下水倉作業(yè)情況。

裝置流程圖如圖1所示。

圖1 裝置流程圖

2 設備原理

礦用水倉門禁安全控制裝置由電動鎖、電氣控制箱、門禁控制器[2]、門禁卡、LED顯示屏、紅外熱釋傳感器、瓦斯傳感器和風機組成，電動鎖安裝在水倉柵欄門上，門禁控制器安裝在電動鎖的上方或者巷道墻壁上，LED顯示屏安裝在水倉柵欄門的最上方，紅外熱釋傳感器和瓦斯傳感器安裝在水倉硐室內部上方，電氣控制箱分別與電動鎖、門禁控制器、LED顯示屏、紅外熱釋傳感器、瓦斯傳感器和風機控制連接。

礦用水倉門禁安全控制裝置采用類似樓宇小區(qū)門禁系統(tǒng)設計，集刷卡開門、自動上鎖，遠程控制于一體的門禁裝置，同時具備視頻監(jiān)控和語音對講功能，可以實現(xiàn)與調度中心對講等功能，可以智能監(jiān)測并自動啟停風機，有效避免水倉巷道瓦斯超限，實現(xiàn)水倉柵欄門的智能管理與風機聯(lián)動控制。

3 系統(tǒng)軟件功能的設計

根據(jù)系統(tǒng)實際應用環(huán)境和功能需求，提出系統(tǒng)的總體解決方案和軟件功能設計。按功能主要分為信號采集轉換模塊和集成控制處理模塊。首先紅外成像探測器[3]將采集的模擬視頻信號傳送到圖像采集盒中，經過AD轉換，在此過程中進行隔行傳送并內插處理，解決視頻圖像丟失問題，然后將待處理的數(shù)字視頻信號傳輸?shù)教幚砥髦校幚砥鲗Φ竭_的每一幀視頻圖像進行圖像縮放處理，采用雙線性插值算法對原始視頻流進行縮放。然后對視頻的每一幀進行圖像預處理，圖像增強，目標識別算法，完成對每一幀圖像中行人目標的檢測和定位，若判斷作業(yè)人員在水倉區(qū)域，則進入軟件保護控制處理模塊中。預警保護策略為：對目標進行判斷，若水倉區(qū)域內不存在工作人員，則不采取任何措施，系統(tǒng)繼續(xù)保持監(jiān)測；若作業(yè)人員進入水倉區(qū)域內進行工作，則發(fā)送控制指令，通過繼電器控制報警燈進行聲光報警，提示正有作業(yè)人員在水倉內作業(yè)，微處理機重新發(fā)送通訊控制指令，控制通風機持續(xù)工作，防止通風機停止工作。若檢測到目標全部離開水倉，微處理機重新發(fā)送通訊控制指令，控制報警燈停止報警，系統(tǒng)繼續(xù)保持監(jiān)測。軟件流程圖如圖2所示。

4 門禁系統(tǒng)的設計

礦用水倉門禁安全控制裝置由電動鎖、電氣控制箱、門禁控制器、門禁卡、LED顯示屏等組成。其中射頻讀/發(fā)卡器[4]是整個門禁系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)中負責讀/發(fā)卡、向控制器發(fā)送控制信號等工作。門禁系統(tǒng)框圖如圖3所示。

4.1 發(fā)卡器

發(fā)卡器是一種專用的IC卡讀寫器，發(fā)卡器與卡片之間采用一對一通信方式，其作用是完成IC卡與PC機之間的信息交流。發(fā)卡器直接與PC機通過RS232串行口相連，由系統(tǒng)管理員操作，在PC機上設置好要寫入的數(shù)據(jù)，發(fā)出特定的寫卡命令后完成。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

圖3 門禁系統(tǒng)框圖

4.2 讀卡器

讀卡器在門禁系統(tǒng)中是核心的工作機，讀卡方式屬非接觸式讀卡，持卡人只需將卡片在讀卡器感應區(qū)內快速晃動一次，讀卡器便通過射頻信號與IC卡通信，認證密碼，讀寫卡中的數(shù)據(jù)，并將其存入讀卡器系統(tǒng)的存儲器中。整個過程只要在有效的刷卡范圍內均可實現(xiàn)門禁管理功能。它可以獨立工作，也可以聯(lián)網工作，通過RS485或RS232串行口與主機相連。在聯(lián)網的情況下，讀卡器能應PC管理機的請求將存放在存儲器中的數(shù)據(jù)一次性地傳送給PC機。

射頻讀卡器采用單片機設計，由一臺微處理機及相應的外圍電路組成。本門禁系統(tǒng)采用AT89C52單片機作為射頻讀卡器的核心電路，配置射頻讀寫芯片、天線耦合電路、天線、RS232通信接口等部分。系統(tǒng)的工作原理是先由微處理器AT89C52控制射頻識別讀寫器讀取IC卡的信號，然后AT89C52根據(jù)所得數(shù)據(jù)輸出開關量信號，用于控制電控鎖繼電器的動作和讀取門卡的磁信號，并且與整個上位PC機之間進行通訊，獲得指令以及傳輸系統(tǒng)狀態(tài)等。

5 結語

基于通風需求的礦用水倉智能安全管控系統(tǒng)的投入運行，可以實時監(jiān)測水倉狀態(tài)，確保水倉內的瓦斯?jié)舛鹊陀诎踩剑僮鞣奖?，系統(tǒng)反應迅速可靠，能夠確保水倉柵欄門打開后通風機運行，有效保障作業(yè)人員安全。對預防和避免水倉安全事故、提高煤礦自動化、數(shù)字化水平具有重要意義。系統(tǒng)總體可靠性強、靈敏度高、安裝調試簡單，有較大的推廣價值和廣泛的應用前景。