基于Wince的井下便攜式無線移動終端的設(shè)計

金石煒，黃世明，劉洪岫

遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105

0 引言

在礦井下固定的地方安裝監(jiān)測傳感器，再通過很長的電纜把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳到煤礦上面的控制室，缺點是它只能測固定地方的數(shù)據(jù)信息，雖然固定監(jiān)測系統(tǒng)大量使用，但是仍然有監(jiān)測盲區(qū)，并且對于采掘面等一些危險地點，市場上還幾乎沒有能實現(xiàn)移動測量、無縫覆蓋的監(jiān)測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)工作原理

通過井下的ZigBee網(wǎng)絡(luò), 將分布于礦井不同工作面的瓦斯檢測節(jié)點的數(shù)據(jù)進行匯總，同時根據(jù)各個節(jié)點的瓦斯?jié)舛葼顩r作出相應(yīng)的處理。同時，將所有瓦斯?jié)舛茸詣訁R總記錄在便攜式無線移動終端數(shù)據(jù)庫中,便于監(jiān)測分析。

2 系統(tǒng)的功能介紹

便攜無線移動終端的主要功能分為瓦斯監(jiān)測、情況查詢、斷電控制、數(shù)據(jù)訪問、避難導(dǎo)航部分，其中，瓦斯監(jiān)測主要用于對煤礦各站點的瓦斯監(jiān)測，情況查詢主要用于對煤礦各站點綜合信息的查詢，其中包括各工作設(shè)備的通電情況等。斷電操作主要用于當(dāng)某點瓦斯?jié)舛冗^高時，對該部分進行斷電處理。數(shù)據(jù)訪問利用便攜式無線移動終端網(wǎng)絡(luò)功能遠程訪問相關(guān)數(shù)據(jù)庫，查詢歷史記錄，用以操作人員或者管理人員在突發(fā)情況下分析井下環(huán)境并作出決策。利用避難導(dǎo)航功能實現(xiàn)突發(fā)情況下的避難逃生時的緊急求救和路線選擇。

1）瓦斯監(jiān)測操作

檢測人員可以在便攜式無線移動終端上選擇所關(guān)心的瓦斯監(jiān)測區(qū)域，該區(qū)域的所有監(jiān)測點的瓦斯?jié)舛葘⒃诮缑嫔巷@示，操作人員可以直觀的觀察數(shù)據(jù)變化。

2）情況查詢操作

情況查詢功能可以實現(xiàn)對井下全局信息的查詢，以及對相關(guān)斷電控制后的信息反饋。檢測人員在便攜式無線移動終端上選擇所關(guān)心的相應(yīng)井下位置，執(zhí)行情況詢問操作。

3）斷電操作

按照煤礦井下斷電分級情況，斷電操作可為一級斷電操作，也可為二級斷電操作。在監(jiān)測便攜式無線移動終端上選擇需要斷電的瓦斯監(jiān)測地點，經(jīng)操作確認，再選擇執(zhí)行一級斷電操作還是二級斷電操作。下達斷電指令后，斷電控制系統(tǒng)執(zhí)行斷電指令并將執(zhí)行結(jié)果反饋到便攜式無線移動終端。

4）當(dāng)便攜式無線移動終端連接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)后，操作人員可根據(jù)遠程數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，對遠程數(shù)據(jù)庫進行訪問，查詢歷史記錄。

5）當(dāng)操作人員遇到透水、瓦斯突出等危險事件時，可立即啟動導(dǎo)航避難系統(tǒng)，操作系統(tǒng)界面，選擇所處位置、危險等級、種類，系統(tǒng)將自行按照事先設(shè)定的程序給出最優(yōu)逃生路徑，為使路徑更加簡單，由于當(dāng)時情況緊急而難以分辨地點的特殊問題，設(shè)計智能導(dǎo)向器，跟據(jù)得出的路徑做出逃生指向，這樣操作人員只需根據(jù)指向器的指向逃生即可，并可隨時查看自己所處的坐標(biāo)位置。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

經(jīng)過實踐和研究分析得出，當(dāng)井下出現(xiàn)以下情況時，需要通過便攜式無線移動終端對井下立即下達斷電指令：

1）當(dāng)井下瓦斯超過斷電值時，瓦斯監(jiān)控分站的一級斷電由于各種原因失敗，且二級斷電操作未動作，這種情況下需要通過便攜式無線移動終端緊急實施二級斷電。這種操作是在一級斷電功能因各種因素出現(xiàn)故障情況下而實施的二級緊急后備斷電。

2）出現(xiàn)非瓦斯（如水、頂板、火、運輸?shù)龋┚o急災(zāi)害情況,需要通過便攜式無線移動終端對井下工作區(qū)域直接進行一級或二級斷電操作。這種操作適用于瓦斯雖未超限，但由于在工作地點、采區(qū)甚至更大范圍內(nèi)出現(xiàn)災(zāi)害隱患時需立即強行斷電的情況。

3）當(dāng)井下工作區(qū)域多個測點瓦斯長時間處于瓦斯臨界超限狀態(tài)時，為了確保安全生產(chǎn)，可通過便攜式無線移動終端進行一級斷電。這種操作適用于在臨界瓦斯超限地點為確保安全生產(chǎn)需進行局部范圍斷電控制的情況。

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

本設(shè)計采用了Labview嵌入式技術(shù)、ZigBee無線通信技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)等手段，形成了一種應(yīng)用于煤礦瓦斯監(jiān)測新的數(shù)據(jù)獲取和處理方式，解決了有線監(jiān)測系統(tǒng)在有些區(qū)域難以或者不能及時達到的問題，提高了系統(tǒng)的實時性和靈活性，實現(xiàn)了時間、地理、空間限制，將瓦斯管理控制于一掌手中，縮小并拉近對煤礦井下管理的時間、地理、空間限制，實現(xiàn)對煤礦井下瓦斯有效地監(jiān)測與管理。

本文所闡述的技術(shù)創(chuàng)新項目，其意義在于借助有線與無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，依靠智能無線監(jiān)測移動終端，及時動態(tài)掌握煤礦井下災(zāi)害異變以及涉及的范圍，并通過手持無線移動終端突破地理、時空限制，及時下達和執(zhí)行井下的無線斷電控制指令，及時切斷井下供電電源，有效防止井下事故發(fā)生和災(zāi)害的擴大。本項目對擴展煤礦的安全生產(chǎn)監(jiān)管范圍與斷電控制范圍、預(yù)防井下事故發(fā)生和防止事故擴大具有重要的現(xiàn)實意義。

此外，本設(shè)計嘗試了新的嵌入式開發(fā)手段，利用Labview嵌入式技術(shù)對煤礦瓦斯監(jiān)測便攜式無線移動終端進行系統(tǒng)設(shè)計，它簡化了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，能夠?qū)I(yè)領(lǐng)域內(nèi)的前端設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際的系統(tǒng)，而不再采用傳統(tǒng)的嵌入式編程方式以及其編程工具，簡化了嵌入式設(shè)計復(fù)雜性，提高了設(shè)計的開發(fā)效率，縮短了開發(fā)時間，提高了系統(tǒng)設(shè)計的可靠性和實時性。這種基于LabVIEW嵌入式模塊的智能測試設(shè)備的采集系統(tǒng)在機械、紡織、化工、生物、醫(yī)藥等行業(yè)都具有廣泛的應(yīng)用前景。

便攜式無線移動終端的實時性、智能性、可靠性和安全性，將可解決井下瓦斯檢測不夠及時或者不準確而引起的安全事故的問題，有利于保證煤礦的安全生產(chǎn)，將會產(chǎn)生良好的社會效益，國內(nèi)許多工業(yè)現(xiàn)場都需要無線監(jiān)測便攜裝置，所以該便攜式無線移動終端具有很大的市場空間，必將會產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。

[1]覃磊，張杰.基于ZigBee技術(shù)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)[J].計量與測試技術(shù)，2007，34(1).

[2]周盼東.應(yīng)用手持無線移動終端實現(xiàn)對煤礦井下的斷電控制[J].工礦自動化，2010，1(1).