煤礦自動化與礦山安全綜合監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隆俊

摘要：我國煤炭生產(chǎn)效率低下，而且安全事故頻發(fā)。從發(fā)達(dá)國家的成功經(jīng)驗(yàn)來看，除管理制度原因外，研究和采用先進(jìn)技術(shù)是其重要因素。礦山安全生產(chǎn)的關(guān)鍵是對礦山安全信息進(jìn)行有效的監(jiān)測與綜合管理。本系統(tǒng)主要針對中小型煤礦，整合工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、RTOS（實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)）等多種先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建礦井綜合信息服務(wù)管理平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、可視化監(jiān)控各自動化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與安全監(jiān)測信息。

關(guān)鍵詞：礦山安全；遠(yuǎn)程監(jiān)測；互聯(lián)網(wǎng)傳輸；可視化

中圖分類號：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0007-02

1 礦山監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及應(yīng)用意義

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源，它的發(fā)展支撐著我國經(jīng)濟(jì)總體的發(fā)展。近些年礦山安全事故卻居高不下，國內(nèi)的煤礦安全生產(chǎn)這兩年已被提升高到國家戰(zhàn)略高度，李毅中部長多次要求中國煤礦要走自動化、信息化的道路?，F(xiàn)階段我國許多中小型礦井，井下地質(zhì)條件復(fù)雜，巷道和采掘工作面空間狹窄，環(huán)境中還存在著大量的有爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)，事故隱患極大。伴隨著遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的飛速發(fā)展，在煤礦工程中實(shí)施必要的遠(yuǎn)程監(jiān)控是煤礦安全生產(chǎn)管理的主要手段，能有效地保證礦山的安全生產(chǎn)。從單臺計(jì)算機(jī)的直接監(jiān)控發(fā)展到多級計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，以及分布式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的系統(tǒng)，應(yīng)用在了各種礦山企業(yè)中[1]。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在煤礦安全生產(chǎn)中，大體有以下幾個(gè)方面的作用：（1）可以對煤礦開采全過程實(shí)施遠(yuǎn)距離監(jiān)控；（2）強(qiáng)化管理，全面加強(qiáng)員工的工作素質(zhì)與安全意識；（3）方便事后回查[2]。

對礦山的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步整理分析，形成一套系統(tǒng)，有利于礦山安全生產(chǎn)。通過監(jiān)控系統(tǒng)對礦山生產(chǎn)工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以使檢測人員及時(shí)地掌握故障發(fā)生部位及原因，這樣可以及時(shí)的找到處理故障的辦法，有效地提升工作效率，最優(yōu)化生產(chǎn)資源。

2 礦山安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以煤礦自動化與礦山安全綜合監(jiān)測系統(tǒng)為綜合信息服務(wù)門戶，通過開發(fā)的通信接口，采集人員定位、通風(fēng)與瓦斯監(jiān)測、皮帶運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)等各個(gè)功能模塊數(shù)據(jù)，以web方式提供綜合監(jiān)測服務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)功能組成及原理如圖1所示。

2.1 安全綜合監(jiān)測系統(tǒng)平臺

該平臺是安全監(jiān)測系統(tǒng)最重要的部分，是要進(jìn)行總體技術(shù)框架研究與綜合監(jiān)測系統(tǒng)平臺軟件開發(fā)，如圖2所示，需從分析煤礦環(huán)境下，多種異構(gòu)子系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，研究共性技術(shù)，開發(fā)中間件，完成各類異構(gòu)子系統(tǒng)的有機(jī)集成。

為了確保煤礦數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃耘c實(shí)時(shí)性，采用1000M主干網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間可以控制到50ms以內(nèi)，可與局域網(wǎng)無縫連接，構(gòu)建基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控硬件平臺，通過相應(yīng)硬件接口，將現(xiàn)感知設(shè)備的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)接入統(tǒng)一的工業(yè)以太網(wǎng)平臺。由于煤礦監(jiān)控環(huán)境復(fù)雜各類參數(shù)監(jiān)控由不同的過程控制系統(tǒng)或監(jiān)測系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，為了完成“物物相聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)，首先要通過硬件接口完成物理上的連通，并且通過串口服務(wù)器進(jìn)行串口與以太網(wǎng)接口的轉(zhuǎn)換等方法，完成不同協(xié)議數(shù)據(jù)格式之間的讀取與轉(zhuǎn)換。

通過Winsock、OPC、中間件開發(fā)、控件開發(fā)技術(shù)，完成對生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸和集中存儲。利用SQL Server及數(shù)據(jù)挖掘處理算法，對上述通過各種軟硬件接口技術(shù)，采集到的井下人員定位、井下皮帶輸送機(jī)集中控制、中央泵房自動排水、礦井主風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷、隔爆電氣等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與存儲，形成數(shù)據(jù)倉庫資源，為綜合應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)源。并且利用.NET開發(fā)最終的UI用戶界面，實(shí)現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場的感覺識別層數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的顯示與監(jiān)測。

2.2 安全生產(chǎn)調(diào)度視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是綜合研究傳感器、RFID、PLC、總線技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)通信接口開發(fā)等多種技術(shù)，通過統(tǒng)一的軟件界面，開發(fā)門戶管理平臺，集中管理各自動化與安全監(jiān)測子系統(tǒng)，并通過協(xié)議轉(zhuǎn)換、通信接口技術(shù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，集中存儲，形成寶貴的企業(yè)數(shù)據(jù)資源。為深入挖掘數(shù)據(jù)應(yīng)用、提高企業(yè)管理水平做好準(zhǔn)備。

2.3 人員定位、通風(fēng)等各類安全子系統(tǒng)

本系統(tǒng)利用各類礦山安全子系統(tǒng)的共性技術(shù)，開發(fā)相應(yīng)數(shù)據(jù)通信接口與通信協(xié)議，將各類位于底層的安全子系統(tǒng)，通過通信接口接入煤礦自動化與礦山安全綜合監(jiān)測系統(tǒng)，成為整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，消除“信息孤島”，實(shí)現(xiàn)Internet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，甚至通過手機(jī)、PDA等手持設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地對礦山安全情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.4 煤礦井下皮帶運(yùn)輸集控技術(shù)與系統(tǒng)集成

皮帶運(yùn)輸機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)合傳感器、機(jī)械、自動化、網(wǎng)絡(luò)、軟件開發(fā)多種技術(shù)，并開發(fā)數(shù)據(jù)采集與傳輸接口，接入綜合監(jiān)測系統(tǒng)平臺，根據(jù)井下皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制與監(jiān)測要求，利用傳感器與總線技術(shù)，開發(fā)皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)。并且通過OPC與.NET，開發(fā)通信接口，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)骄C合監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制。再利用自主開發(fā)的OPC客戶端程序，將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，并通過觸發(fā)器等程序開發(fā)，插入歷史數(shù)據(jù)庫。

3 軟硬件要求

3.1 軟硬件平臺要求

硬件系統(tǒng)：主要包括工業(yè)以太網(wǎng)、綜合自動化與安全監(jiān)控平臺、主通風(fēng)系統(tǒng)、主井提升、人員定位、視頻監(jiān)控、皮帶運(yùn)輸?shù)雀髯酉到y(tǒng)及相關(guān)設(shè)備，以及與之配礦用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)（有線和無線）、傳輸光纜、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)攝像機(jī)、各類傳感器、PLC、各類接口設(shè)備等。工業(yè)以太網(wǎng)等平臺等可以利用現(xiàn)有系統(tǒng)。

軟件系統(tǒng)：采用iFix組態(tài)軟件與.NET架構(gòu)，各類監(jiān)測參數(shù)和圖像等都可以實(shí)時(shí)、動態(tài)和圖形化顯示；采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，利用ActiveX/DCOM中間件技術(shù)、串口技術(shù)等，使后端應(yīng)用邏輯在前端用戶界面完美呈現(xiàn)；軟件還采用B/S模式，可以通過Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控。管理與使用簡單方便，客戶端無需進(jìn)行任何設(shè)置或安裝軟件。

3.2 工業(yè)以太網(wǎng)主要參數(shù)指標(biāo)

（1）主干網(wǎng)速率：1000M；（2）傳輸介質(zhì)：單模光纖（傳輸距離30km）；（3）產(chǎn)品防護(hù)等級：礦用本安型ExibI；（4）防爆等級：隔爆型；隔爆兼本安型；；（5）供電電壓等級：交流：127V（+10%～-25%）；（6）使用條件：溫度：0℃～+45℃；（7）濕度：不大于95%（+25℃）；（8）周圍介質(zhì)：允許使用環(huán)境中有爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)通過自動化的數(shù)據(jù)采集、集成化的業(yè)務(wù)信息、網(wǎng)絡(luò)化的信息管理，從而實(shí)現(xiàn)管理決策科學(xué)化、現(xiàn)代化和智能化。最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的機(jī)械化與信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。通過加強(qiáng)煤礦綜合監(jiān)控管理水平，提高煤礦施工作業(yè)中在安全性，保障煤礦井下工人的生命安全及生產(chǎn)過程安全有序。

參考文獻(xiàn)

[1]劉志寒，姚萌.煤礦安全實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].工礦自動化，2005（2）：4-6.

[2]孫繼平.礦井監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀與全礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)[C].世紀(jì)之交的煤炭科學(xué)技術(shù)年會論文集，1997.endprint