煤礦智能監(jiān)控系統(tǒng)在生產(chǎn)的應(yīng)用

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摘要:近年來，我國煤礦井下安全事故頻率不斷增加，國家對防范煤礦開采安全事故高度重視，對煤礦的生產(chǎn)安全性提出了更嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)煤礦開采管理大多依靠人工模式。隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對煤礦進(jìn)行跟蹤性生產(chǎn)控制和管理已經(jīng)成為新的發(fā)展方向。智能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)管理工作中不僅具有效率較高、成本較低的優(yōu)勢，也能有效排查煤礦生產(chǎn)過程中存在的各類隱患。本文主要分析了煤礦智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)方法，就煤礦智能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞:煤礦智能監(jiān)控;硬件設(shè)計(jì);生產(chǎn)管理;實(shí)踐應(yīng)用

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入我國煤礦安全管理，進(jìn)一步推動(dòng)了我國煤礦信息化，隨著我國智能管理技術(shù)趨于成熟，為煤礦的安全發(fā)展提供了巨大動(dòng)力。例如，五一單片機(jī)就是煤礦智能監(jiān)控系統(tǒng)核心零部件，能夠在管理過程中兼容英特爾8031的所有管理指令，也是目前我國煤礦安全生產(chǎn)管理和智能管理應(yīng)用最廣泛的八位單片機(jī)之一。目前，該單片機(jī)被廣泛應(yīng)用在我國工業(yè)監(jiān)測管理系統(tǒng)中，很多公司在推出該系列的兼容性管理機(jī)器之后，迅速在市場上占據(jù)了一席之地。五一單片機(jī)屬于入門級(jí)別的單片機(jī)，也是目前我國智能化礦山管理工作中應(yīng)用最廣泛的硬件設(shè)備。簡單地說，現(xiàn)代的智能化監(jiān)控和管理系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用大致可分為前期的調(diào)研階段、概念模型的設(shè)計(jì)和抽取階段、企業(yè)模型的構(gòu)建階段、數(shù)值的計(jì)算及結(jié)果評(píng)估階段這四個(gè)階段。而煤礦監(jiān)控子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的分析結(jié)果也是監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化操作的主要判斷依據(jù)，需要將數(shù)據(jù)監(jiān)測的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比后，再將數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控中心。因此，本文對五一單片機(jī)的智能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督上的應(yīng)用全方位分析。

1智能監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

1．1數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳功能智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對井下測量傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測收，為提高數(shù)據(jù)信息的傳遞效率和精確性，新型監(jiān)控系統(tǒng)通常采用事件方式對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行上傳。可以對上傳事件進(jìn)行閾值的前期設(shè)定，一旦超過了閾值的額定范圍，就被定義為事件發(fā)生。如果在煤礦生產(chǎn)過程中發(fā)生事件，數(shù)據(jù)信息會(huì)被傳遞到后臺(tái)的管理中心。例如，某一區(qū)域的瓦斯?jié)舛瘸^了警報(bào)值，就已經(jīng)進(jìn)入了事件的閾值，會(huì)被傳感器判定為事件發(fā)生狀態(tài)，在這種情況下，數(shù)據(jù)將會(huì)實(shí)時(shí)上傳到后臺(tái)的監(jiān)控中心，為確保煤礦的安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

1．2故障診斷功能智能監(jiān)控系統(tǒng)具有分析設(shè)備故障信息的功能。上位機(jī)可以讀取此設(shè)備寄存器中提前設(shè)置好的命令，了解煤礦生產(chǎn)設(shè)備存在的故障。例如，瓦斯傳感器在發(fā)生催化元件脫落或進(jìn)水等故障問題時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)探頭短路、內(nèi)部數(shù)據(jù)比例失衡等現(xiàn)象，采集的數(shù)據(jù)信息也會(huì)超過正常范圍。在這種情況下，傳感器會(huì)自動(dòng)存入故障信息，而上位機(jī)可以通過讀取子系統(tǒng)的寄存故障信息了解設(shè)備的故障。

1．3異地控制功能智能監(jiān)控系統(tǒng)具有異地控制功能。該異地控制不是單純地依靠上位機(jī)及自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的巡檢周期實(shí)現(xiàn)的，而是當(dāng)異地?cái)嚯娛鹿时l(fā)時(shí)，監(jiān)控分站快速將該事件通過一種特殊的命令方式傳遞給后臺(tái)控制中心，異地?cái)嚯姷氖芸胤终緯?huì)接收到特殊的命令，并立刻執(zhí)行斷電的命令。1．4傳感器的即插即用功能傳感器的即插即用意味著上位機(jī)不需要對傳感器類型和總線傳遞類型進(jìn)行分別，可以根據(jù)接入的傳感器自動(dòng)判斷識(shí)別其種類。井下的工作安裝人員將傳感器接入到分站的端口上，也可以根據(jù)傳感器發(fā)布的數(shù)據(jù)信息自動(dòng)識(shí)別傳感器的類型，并根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)測量范圍、報(bào)警閾值等配置信息，分站將識(shí)別到的類型數(shù)據(jù)通過總線模擬形式發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)接收數(shù)據(jù)信息后，就會(huì)在軟件的操控界面提醒后臺(tái)管理人員有新的傳感器接入，提醒信息中包括了傳感器的設(shè)備類型及監(jiān)測點(diǎn)。當(dāng)監(jiān)測人員確認(rèn)新的傳感器接入之后，上位機(jī)會(huì)自動(dòng)判別傳感器類型，并將傳感器分配到相應(yīng)的傳感端口之下。

2智能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)

2．1單片機(jī)的選擇單片機(jī)是煤礦安全智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建過程中最核心的單元，在煤礦生產(chǎn)過程中，所有系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)都來源于對井下實(shí)踐操作數(shù)據(jù)的收集，因此單片機(jī)必須能完成對井下工作數(shù)據(jù)的收集和抓取任務(wù)，還需要對采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合性處理和整合，之后才能接通外部的溝通設(shè)備和顯示設(shè)備，將數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)到后臺(tái)管理人員面前。例如，在井下瓦斯數(shù)據(jù)的監(jiān)測過程中，如果收集的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)已經(jīng)超過額定標(biāo)準(zhǔn)值，智能監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲光警報(bào)信號(hào)，并支持驅(qū)動(dòng)繼電器對現(xiàn)場的瓦斯?jié)舛确治龊吞幚?。目前，考慮到煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)必須具備穩(wěn)定性較強(qiáng)、性價(jià)比較高的特性，大多數(shù)安全監(jiān)控系統(tǒng)都會(huì)選擇由美國英特爾公司生產(chǎn)的8751單片機(jī)。8751單片機(jī)內(nèi)部的中央處理器可以作為煤礦安全智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心運(yùn)算部分及操作執(zhí)行部分，還包含了128byte級(jí)別的用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，基本上能滿足礦山企業(yè)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。該單片機(jī)還含有4096程序控制器及雙16位的計(jì)數(shù)器，基本能與井外的后臺(tái)通信系統(tǒng)相互對接，滿足了井內(nèi)外數(shù)據(jù)通信需求。

2．2安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)計(jì)在安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)構(gòu)架中，單片機(jī)通常占據(jù)較為核心的地位。監(jiān)控系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架都由虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成，主要是為了滿足井內(nèi)外數(shù)據(jù)信息的快速銜接和傳遞要求，在智能化監(jiān)控系統(tǒng)的任意兩個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)之間，都不存在傳統(tǒng)的物理連接鏈路，信息傳遞是構(gòu)建在共用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商提供的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之上的。例如，我們熟知的Internet、Atm步傳輸模式等技術(shù)之上構(gòu)建的邏輯網(wǎng)絡(luò)，井下管理傳感器收集到的數(shù)據(jù)信息會(huì)自動(dòng)在邏輯鏈路中實(shí)現(xiàn)傳輸，不需要借助傳統(tǒng)的物理鏈路，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的共享。該工作模式中應(yīng)用的技術(shù)涵蓋了跨共享網(wǎng)絡(luò)或公共網(wǎng)絡(luò)的封裝、加密信息傳遞技術(shù)與身份驗(yàn)證獲取技術(shù)、專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的擴(kuò)展。監(jiān)督系統(tǒng)的核心構(gòu)架主要采用了隧道傳遞技術(shù)、加密技術(shù)、解密技術(shù)、密鑰管理技術(shù)、身份識(shí)別技術(shù)等。在設(shè)計(jì)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的管理系統(tǒng)之前，應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分煤炭礦區(qū)資源數(shù)據(jù)的傳遞線路，再通過對前期數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合和規(guī)劃，設(shè)計(jì)好不同類型數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)空間［1］。

2．3安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在智能監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用戶的軟件設(shè)計(jì)工作中，接收數(shù)據(jù)信息的用戶端軟件接口通常會(huì)設(shè)計(jì)成11個(gè)功能模塊。這11個(gè)功能模塊又可以分為多個(gè)子功能，不同子功能之間可以進(jìn)行補(bǔ)充和延展，完全可以根據(jù)不同煤礦用戶的井下開采及安全管理需求進(jìn)行調(diào)整和升級(jí)。通過個(gè)性化的軟件設(shè)計(jì)手段，進(jìn)一步提高智能監(jiān)控系統(tǒng)對不同煤礦的服務(wù)水平。而服務(wù)器的終端還具備數(shù)據(jù)查詢功能，后臺(tái)監(jiān)控人員可以對煤礦開采的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提取和利用，找到數(shù)據(jù)信息之間潛在的關(guān)聯(lián)，為煤礦的生產(chǎn)和管理頂層設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，也能為煤礦生產(chǎn)虛擬網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而在由核心網(wǎng)絡(luò)模型組成的模塊中，服務(wù)器針對數(shù)據(jù)信息的緩存技術(shù)和應(yīng)用是至關(guān)重要的。服務(wù)器的緩存模塊大致可分為緩存管理組件、索引管理組件。兩部分在運(yùn)行過程中可以分工合作，緩存管理組件需要根據(jù)索引分析組件提供的數(shù)據(jù)信息，在緩存空間中對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理然后再向客戶端發(fā)送信息。也可以利用數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)存的數(shù)據(jù)信息直接向客戶端發(fā)送;而索引管理組件需要先分析客戶在數(shù)據(jù)查詢過程中提出的請求，再為客戶羅列出數(shù)據(jù)信息列表［2］。

3煤礦智能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的實(shí)踐應(yīng)用

3．1上位機(jī)監(jiān)控動(dòng)畫的一致性傳遞監(jiān)控系統(tǒng)在工作過程中必須確保傳遞到中央計(jì)算機(jī)的畫面信息具備高度的時(shí)效性，顯示器上顯示的設(shè)備工作狀況應(yīng)與井下開采的實(shí)際狀況保持一致。為確保上位機(jī)監(jiān)控動(dòng)畫與井下開采實(shí)際狀況的一致，在智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采用二維數(shù)組技術(shù)，將現(xiàn)場設(shè)備與計(jì)算機(jī)的人機(jī)交互界面直接溝通，下位機(jī)可以將采集的數(shù)據(jù)和圖像信號(hào)直接傳遞到上位機(jī)的處理中心，經(jīng)過快速的圖像處理和特定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，形成二維數(shù)組，然后利用系統(tǒng)自帶的程序?qū)ΧS數(shù)組讀取和挖掘，再將讀取的結(jié)果顯示出來。不同的二維數(shù)組具備較強(qiáng)的獨(dú)立性，因此數(shù)據(jù)信息的傳遞方式具有較強(qiáng)的可靠性，能夠確保井上和井下監(jiān)控動(dòng)畫傳遞的一致性和實(shí)效性［3］。

3．2生產(chǎn)期間非工作人員進(jìn)入預(yù)警在智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，可以將設(shè)備支架掛在破碎機(jī)后端對應(yīng)的頂部錨桿之上。攝像頭會(huì)隨著破碎機(jī)的運(yùn)作逐漸移動(dòng)。在井下的開采過程中，破碎機(jī)每一次移動(dòng)之后，就可以將支架從原本所在的錨桿位置摘下，再掛到破碎機(jī)后端對應(yīng)的頂部錨桿支架上。將監(jiān)控畫面中的警戒線設(shè)計(jì)在破碎機(jī)后方，這樣可以快速讀取煤礦人員的定位信息及準(zhǔn)入信息。一旦煤礦開采人員觸碰或超過警戒線，就需要對身份進(jìn)行識(shí)別。如果超過警戒線的是非生產(chǎn)人員，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。在破碎機(jī)正式啟動(dòng)時(shí)，生產(chǎn)控制系統(tǒng)也會(huì)向智能視頻系統(tǒng)同步發(fā)送信號(hào)，此時(shí)視頻中的警戒線已經(jīng)生效，可以對外來人員的身份進(jìn)行檢測。當(dāng)破碎機(jī)停止工作時(shí)，生產(chǎn)控制系統(tǒng)就會(huì)向智能識(shí)別系統(tǒng)發(fā)送停止識(shí)別信號(hào)，智能識(shí)別系統(tǒng)設(shè)置的警戒線會(huì)自動(dòng)失效。在設(shè)置過程中，第一，必須確定智能視頻裝置的設(shè)計(jì)高度及監(jiān)控破碎機(jī)的角度，然后根據(jù)警戒線的位置需求確認(rèn)攝像頭的具體位置，最后根據(jù)井下開采工作的進(jìn)度方向重新調(diào)整或懸掛攝像頭。第二，在攝像頭安裝完畢之后，需要對警戒線監(jiān)測區(qū)域可以準(zhǔn)入的人員進(jìn)行規(guī)則設(shè)定。第三，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中狀態(tài)的關(guān)聯(lián)性。一旦破碎機(jī)開始啟動(dòng)，生產(chǎn)控制系統(tǒng)就可以向智能識(shí)別系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的工作信號(hào)，意味著智能識(shí)別系統(tǒng)可以開始識(shí)別非準(zhǔn)入人員。當(dāng)破碎機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，識(shí)別系統(tǒng)失效［4］。

3．3泄露通信綜合系統(tǒng)的應(yīng)用泄露通信綜合系統(tǒng)的核心是前端單元，可以從前端單元設(shè)置中延伸出四條泄露電纜，分別與井下操作的四個(gè)方向相互連接。同時(shí)，其還應(yīng)該與地面的天線相互接軌，這樣才能夠確保地面移動(dòng)通信信號(hào)接收的穩(wěn)定性。地面通信信號(hào)可以通過帶寬應(yīng)用將數(shù)據(jù)信息解碼后分別發(fā)送給監(jiān)測和監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng);而地下通信信號(hào)需要在規(guī)定的信息數(shù)據(jù)傳輸頻率范圍之內(nèi)，將信號(hào)輸送到泄露電纜的下行階段進(jìn)行傳輸［5］。

3．4通信方式的設(shè)計(jì)智能監(jiān)控系統(tǒng)采用的通信方式大多數(shù)是兩級(jí)通信方式，該通信方式并不是將井上的接收設(shè)備和井下的發(fā)出設(shè)備直接連接在一起，而是將井上井下兩個(gè)信息傳輸設(shè)備分別與現(xiàn)場的控制中心相互銜接［6］。在銜接過程中，一臺(tái)上位機(jī)最多能和現(xiàn)場控制中心的四個(gè)信號(hào)接收器連接，而一個(gè)現(xiàn)場控制中心最多可以與八個(gè)下位機(jī)智能終端信息收集系統(tǒng)相互銜接。也就是說，煤礦傳輸監(jiān)控系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中最多可以同時(shí)監(jiān)控32臺(tái)帶式傳送機(jī)操作狀況。其中，上位的信息數(shù)據(jù)傳遞設(shè)備只會(huì)與現(xiàn)場的控制中心和后臺(tái)中心直接聯(lián)系，而現(xiàn)場控制中心則負(fù)責(zé)與多臺(tái)下位信息傳輸設(shè)備進(jìn)行溝通。為避免多個(gè)下位機(jī)在同一時(shí)間段內(nèi)將作業(yè)信號(hào)發(fā)送到控制中心，引發(fā)信號(hào)干擾和沖突問題，在通信設(shè)計(jì)過程中還會(huì)采用上位機(jī)循環(huán)點(diǎn)名方式，確保下位機(jī)在傳輸過程中的傳輸有序性［7］。

4結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展，很多煤礦在生產(chǎn)和管理的過程中開始意識(shí)到了信息化管理的優(yōu)勢，將智能監(jiān)控系統(tǒng)融入煤炭生產(chǎn)管理。該技術(shù)的應(yīng)用能夠在智能化監(jiān)控和調(diào)度指令下進(jìn)一步提高煤炭生產(chǎn)的有序性和安全性。

參考文獻(xiàn):

［1］張洪亮．基于微服務(wù)架構(gòu)的煤礦安全監(jiān)管云服務(wù)平臺(tái)［J］．煤礦安全，2022，53(08):129－133．

［2］陳小林．智能化礦山建設(shè)背景下的煤礦監(jiān)管監(jiān)察模式［J］．煤礦安全，2022，53(08):237－241．

［3］郭陽陽，趙程榮．綜合管理智能化露天采礦策略分析［J］．露天采礦技術(shù)，2022，37(03):52－55．

［4］馬建，黃增波，李澤芳．煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)傳感器在線升級(jí)技術(shù)研究［J］．煤礦安全，2022，53(04):135－139．

［5］李祥春，郭帆帆，董辰，等．基于霍爾三維理論的煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察多方參與協(xié)同模型［J］．煤礦安全，2021，52(03):241－245．

［6］李強(qiáng)，閆飛．計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］．網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2021(08):133－134．［7］馬新峰．安全供電監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用分析［J］．?dāng)?shù)碼設(shè)計(jì)，2021(04):127.

作者:任艷 單位:中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司 煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室