計(jì)算機(jī)在煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控及人員定位系統(tǒng)的作用

劉金儒

摘要：隨著計(jì)算機(jī)信息化的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在煤礦企業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，不僅提高了煤礦生產(chǎn)率，改善了安全生產(chǎn)狀況，也為煤礦企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要從煤礦安全環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、人員考勤定位子系統(tǒng)三方面進(jìn)行了分析和介紹。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 煤礦 安全生產(chǎn) 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，是煤炭安全生產(chǎn)監(jiān)控中最基本的應(yīng)用，也是提升煤炭生產(chǎn)安全水平、強(qiáng)化煤炭安全監(jiān)督的技術(shù)革命和管理革命。由于我國(guó)目前煤炭資源比較緊缺，而且我國(guó)的煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)工作的基礎(chǔ)比較薄弱，與世界先進(jìn)國(guó)家煤礦企業(yè)的差距還很多。這樣嚴(yán)峻的安全生產(chǎn)問題造成了不良的社會(huì)影響和嚴(yán)重的環(huán)境危害，成為社會(huì)不穩(wěn)定的因素。同時(shí)我國(guó)嚴(yán)峻的煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)形勢(shì)引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，直接影響著我國(guó)的對(duì)外貿(mào)易與國(guó)際形象。

由于傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)和管理監(jiān)督體系的落后，所以長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的煤炭生產(chǎn)安全事故問題一直沒有得到有效的控制，而煤礦的煤炭瓦斯爆炸，透水事件等惡性事故的頻繁發(fā)生，給國(guó)家和人民造成嚴(yán)重的威脅和生命財(cái)產(chǎn)的損失。為了從根本上改變以往落后的傳統(tǒng)安全管理模式，就把計(jì)算機(jī)信息技術(shù)應(yīng)用到煤炭生產(chǎn)監(jiān)控中，把煤炭安全監(jiān)督管理正式歸入信息化現(xiàn)代化的軌道。同時(shí)計(jì)算機(jī)信息化的不斷發(fā)展，世界各國(guó)開始將數(shù)字計(jì)算機(jī)應(yīng)用于煤礦企業(yè)，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)全礦井生產(chǎn)和安全系統(tǒng)的綜合監(jiān)測(cè)、監(jiān)視與控制，大大提高生產(chǎn)效率，改善企業(yè)安全生產(chǎn)狀況，取得了巨大的效果。

1 煤礦安全環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 煤礦安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成的概念，可以把監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)功能分為兩種，一是，檢測(cè)各種環(huán)境安全參數(shù)、設(shè)備工況參數(shù)、過(guò)程控制參數(shù)，即我們說(shuō)的“測(cè)”；二是，根基檢測(cè)的參數(shù)去控制安裝、報(bào)警裝置、生產(chǎn)設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)能，即“控”。煤礦安全系統(tǒng)一般只是監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程，在監(jiān)測(cè)的安全參數(shù)達(dá)到生產(chǎn)顯示的極限值時(shí)，聲和光報(bào)警就會(huì)及時(shí)輸出，所以此類系統(tǒng)被稱為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；而一些簡(jiǎn)單的開關(guān)量控制，如斷電和閉鎖等，一般參與的系統(tǒng)稱之為監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。

煤礦安全系統(tǒng)包含測(cè)控分站級(jí)和中心站級(jí)，而生產(chǎn)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)層次上一般又分為兩級(jí)或者三級(jí)管理的計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)。每個(gè)測(cè)控分站負(fù)責(zé)內(nèi)容不同，傳感器信號(hào)和采集執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了采集和控制分散；數(shù)據(jù)的處理、儲(chǔ)存、傳輸歸中心站負(fù)責(zé)，從而實(shí)現(xiàn)了集中的管理。而兩者和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)傳輸信道的是通過(guò)通信、傳感器到監(jiān)控分站的數(shù)據(jù)傳輸、測(cè)控分站到執(zhí)行裝置信號(hào)的傳輸。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般包括地面中心站，井下工作站和傳輸系統(tǒng)三個(gè)系統(tǒng)組成。一般煤礦都配備恒溫機(jī)房來(lái)調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)工作的穩(wěn)定性，也不間斷電源的輔助設(shè)施。而地面中心站則是由傳輸口裝置和若干臺(tái)計(jì)算機(jī)的電源，數(shù)據(jù)線處理及系統(tǒng)運(yùn)行軟件，存貯、打印和顯示燈裝置組成。

井下分站的作用有兩個(gè)方面，首先是對(duì)傳感器送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行接收并處理，然后把信號(hào)傳送到地面中心站；其次是為了完成預(yù)定的處理任務(wù)，就需要將地面中心站發(fā)來(lái)的指令通過(guò)傳感器傳到有關(guān)信號(hào)經(jīng)處理后送到分站指定的執(zhí)行部門，并向傳感器提供電源等。

煤礦的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大部分用的是專業(yè)做通訊的電纜作為信息傳送道的。信息媒介通過(guò)傳輸系統(tǒng)，將井下的信息和監(jiān)控的指令通過(guò)傳輸?shù)纻鞯骄路终救ァ?/p>

我國(guó)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)傳感器需要滿足模擬量信號(hào)和電流輸出和電壓輸出三種條件，開關(guān)量信號(hào)也有±0.1mA、

±5mA和200～1000HZ三種，以穩(wěn)定進(jìn)行輸出信號(hào)。而傳感器和分站之間又用直接傳輸方式進(jìn)行傳輸信號(hào)。

1.2 煤礦安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能指標(biāo)

根據(jù)煤礦安全環(huán)境監(jiān)控檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成，主系統(tǒng)的功能指標(biāo)以各個(gè)子系統(tǒng)的功能指標(biāo)為特征。

1.2.1 輸入和輸出量的類型統(tǒng)稱測(cè)控分站容量。例：模擬量輸入16，開出8個(gè)TTL電平、8個(gè)繼電器觸點(diǎn)輸出等；開關(guān)量輸入8個(gè)接點(diǎn)信號(hào)、8個(gè)電流形式信號(hào)等。

所接配傳感器的種類、測(cè)量范圍、型號(hào)、供電電壓、輸出信號(hào)形式、精度等稱為接配傳感器。

檢測(cè)精度：一般用滿量程相對(duì)誤差來(lái)表示，數(shù)值越小越好，數(shù)值小則檢測(cè)精度越高。檢測(cè)精度也是反映分站性能好壞的重要指標(biāo)之一。

此外，還有轉(zhuǎn)換時(shí)間、分辨率、傳輸距離等指標(biāo)。

1.2.2 中心站主機(jī)配置及型號(hào)：配置外設(shè)的型號(hào)、種類、數(shù)量等；CPU型號(hào)，內(nèi)存及硬盤容量；軟驅(qū)數(shù)量、規(guī)格，此外，還有備用主機(jī)的情況。

容量：指的是井下80個(gè)分站，地面8個(gè)分站等系統(tǒng)可帶分站的數(shù)量。

傳輸速率：指的是數(shù)字傳輸?shù)牟ㄌ芈?。波特率越高越好，因?yàn)椴ㄌ芈试礁撸瑐鬏斝试礁摺?/p>

另外，還有可靠性及傳輸距離等指標(biāo)。

1.2.3 系統(tǒng)信息管理軟件的開放性：可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的

二次開發(fā)，因?yàn)榻M態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)可提供開放數(shù)據(jù)訪問接口。

安全性極好：使用的采集系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)影響達(dá)到最小，所有設(shè)計(jì)方案都充分考慮顧及到系統(tǒng)的安全性。

數(shù)據(jù)容量大：理論上講數(shù)據(jù)受硬盤空間和內(nèi)存大小的影響存儲(chǔ)是沒有限制的，這是虛擬內(nèi)存的管理技術(shù)。也是衡量運(yùn)行穩(wěn)定、速度、兼容性能好壞的依據(jù)。

1.2.4 防爆及防爆標(biāo)志：防爆型設(shè)備在外殼上的總標(biāo)

志為：“Ex”。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境用電設(shè)備分為2類。

根據(jù)防爆型電氣設(shè)備按防爆的不同結(jié)構(gòu)，又分為以下幾種類型：本質(zhì)安全型、增安型、充油型、隔爆型、特殊型、通風(fēng)充氣型、無(wú)火花型等。

1.3 煤礦安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分類

煤礦安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的兩大分類是工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配有膠帶監(jiān)控、綜采監(jiān)控等若干的子系統(tǒng)；而環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)配備頂板監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和瓦斯突出預(yù)報(bào)子系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都包含若干小的子系統(tǒng)。

安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：此系統(tǒng)更側(cè)重于自然環(huán)境的參數(shù)，主要監(jiān)測(cè)采掘工作面和采區(qū)主要進(jìn)回風(fēng)道等。它的主要功能是監(jiān)測(cè)自然環(huán)境的參數(shù)，除了實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)功能以外，還根據(jù)自身礦井的實(shí)際情況，除了在工作地點(diǎn)設(shè)置報(bào)警執(zhí)行裝置以外，還可用來(lái)防止和預(yù)報(bào)災(zāi)害。

側(cè)重于監(jiān)測(cè)機(jī)電設(shè)備的是工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，生產(chǎn)工況監(jiān)測(cè)信息并不是要全部傳輸?shù)郊斜O(jiān)控系統(tǒng)中，它的主要監(jiān)測(cè)參數(shù)有設(shè)備故障監(jiān)測(cè)和井下采區(qū)產(chǎn)量等的效率監(jiān)測(cè)。

大型的監(jiān)控系統(tǒng)具有兩大監(jiān)測(cè)功能，適應(yīng)性十分廣泛，包括環(huán)境監(jiān)測(cè)和工況監(jiān)測(cè)。

1.4 煤礦安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控檢測(cè)系統(tǒng)分為分布式和集中式兩大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.4.1 分布式：分布式多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DSSC系統(tǒng)），是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中十分常見的一種控制系統(tǒng)。DSSC系統(tǒng)是以協(xié)作方式由分布在不同地點(diǎn)互相配合進(jìn)行工作的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。多數(shù)情況下，一般執(zhí)行簡(jiǎn)單的任務(wù)用低檔計(jì)算機(jī)，中、高檔計(jì)算機(jī)則執(zhí)行的是較為復(fù)雜的任務(wù)。

1.4.2 集中式：由中心計(jì)算機(jī)直接對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行集中式控制的系統(tǒng)。當(dāng)中心站計(jì)算機(jī)傳輸?shù)腊l(fā)生故障時(shí)，信息采集以及信道管理等系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)癱瘓狀態(tài)。而中心站計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)關(guān)鍵性的節(jié)點(diǎn)，負(fù)擔(dān)繁重，一般都會(huì)出現(xiàn)故障導(dǎo)致癱瘓。

星型：集中式控制系統(tǒng)多數(shù)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的星型狀的，中心可以增加很多節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，方便簡(jiǎn)捷。整個(gè)系統(tǒng)的中心節(jié)點(diǎn)的問題是系統(tǒng)的可靠性，這在一定程度上決定中心節(jié)點(diǎn)的好壞。

樹型：煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信息單一，所以一般都是呈現(xiàn)樹型結(jié)構(gòu)。而樹型結(jié)構(gòu)易于構(gòu)成分布式系統(tǒng)，十分利于礦井的安裝施工。而且這種結(jié)構(gòu)是在地面中心站用一個(gè)電纜直通井下然后許多分站并聯(lián)在主傳輸電纜上。具體操作，需要根據(jù)礦井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況在靈活運(yùn)用，這樣分站用起來(lái)也十分方便靈活。兩者之間的并聯(lián)連接，大大提高可靠性，防止故障發(fā)生，但是不易匹配距離較遠(yuǎn)的分站。

區(qū)別于通訊過(guò)程中數(shù)據(jù)流的路徑和方式，樹型結(jié)構(gòu)、公共總線型和環(huán)型等結(jié)構(gòu)都構(gòu)成分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2 人員定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能及優(yōu)勢(shì)

2.1 系統(tǒng)功能定位：?jiǎn)T工定位系統(tǒng)是為了幫主煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)員工的出入井考勤、實(shí)時(shí)追蹤、區(qū)域分布，路線查詢等信息的統(tǒng)籌管理軟件。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：①行業(yè)尖端的軟硬件技術(shù)：通信系統(tǒng)和非接觸式信息識(shí)別、采集處理技術(shù)等。②功能全面，自動(dòng)化程度高：可自動(dòng)監(jiān)測(cè)員工的位置、活動(dòng)路線、區(qū)域分布等信息，自動(dòng)生成符合格式要求的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。③運(yùn)行效率高：通過(guò)減少巡檢間隔時(shí)間，系統(tǒng)可以更快捷準(zhǔn)確的獲取井下實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，高效的設(shè)計(jì)保證軟件運(yùn)行速度快，請(qǐng)求反應(yīng)及時(shí)。④健全的信息存儲(chǔ)及查詢：全部數(shù)據(jù)都可在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找，可以根據(jù)條件進(jìn)行檢索，找到想要的數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)生成報(bào)表，可進(jìn)行打印。數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)備份，提供恢復(fù)工具，保證數(shù)據(jù)安全。

3 人員定位考勤子系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介：現(xiàn)代無(wú)線通訊技術(shù)是人員定位考勤子系統(tǒng)功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，它利用現(xiàn)代通訊技術(shù)中的信令技術(shù)和無(wú)線發(fā)射接收技術(shù)，首先用井上調(diào)度室的設(shè)置中心來(lái)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，然后，利用相關(guān)位置監(jiān)控基站進(jìn)行整體的監(jiān)控。光纖、電纜或太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)是監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和控制基站之間的連接，井下作業(yè)人員及相關(guān)設(shè)備必須攜帶安裝無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)，系統(tǒng)以此來(lái)實(shí)時(shí)掌控井下作業(yè)人員的一切情況。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成：監(jiān)控主機(jī)→傳輸光纜→主節(jié)點(diǎn)→傳輸節(jié)點(diǎn)→基站。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：①實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)代無(wú)線通訊技術(shù)，可以達(dá)到井上井下實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能；②準(zhǔn)確性，可以通過(guò)系統(tǒng)準(zhǔn)確查詢當(dāng)前人員或以前某個(gè)歷史階段的區(qū)域和活動(dòng)的蹤跡；③統(tǒng)計(jì)性，對(duì)人員的情況進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，如下井次數(shù)、時(shí)間等考勤信息，必要時(shí)可以打印相關(guān)信息表；④警報(bào)性，當(dāng)出現(xiàn)問題后能及時(shí)進(jìn)行警報(bào)，如故障、超時(shí)、超員、違章等情況進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域；⑤突發(fā)性，出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)，能及時(shí)通過(guò)多種方式進(jìn)行人員疏散；⑥主動(dòng)性，當(dāng)井下人員遭遇危險(xiǎn)時(shí)，能及時(shí)主動(dòng)發(fā)出求救信號(hào)，減少危險(xiǎn)系數(shù)；⑦及時(shí)性，該系統(tǒng)在事故發(fā)生后，能為搜救人員提供準(zhǔn)確的人員具體位置，以便最快速度進(jìn)行搜救。該系統(tǒng)能及時(shí)提供有效信息，處理緊急事件后，還能把有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)部門，為指揮決策提供重要依據(jù)。

在煤礦工作中，除了利用計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用來(lái)保障礦工的生命安全以外，還能有效提高生產(chǎn)效率。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)除了提高對(duì)故障還有突發(fā)事件的監(jiān)視、識(shí)別、診斷和預(yù)報(bào)能力以外，還能解決現(xiàn)有的生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的一些涉及人員安全的問題。應(yīng)用計(jì)算機(jī)能拓寬故障診斷的領(lǐng)域，能可靠增加煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。井下人員定位系統(tǒng)在工人遇到危險(xiǎn)的時(shí)候，能夠及時(shí)全面了解井下的分布結(jié)構(gòu)和人員人數(shù)，以便搜救人員能及時(shí)救助。為了提高工作效率又能減輕調(diào)度人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視產(chǎn)生的勞累度，而計(jì)算機(jī)技術(shù)的現(xiàn)代化手段對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)具有重大意義，與此同時(shí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用也是政府各部門在實(shí)行煤炭安全生產(chǎn)過(guò)程中所邁出的一大步。目前，因?yàn)橛嘘P(guān)生產(chǎn)、管理的自動(dòng)化與信息化水平比較低，各運(yùn)營(yíng)商都是自己協(xié)議商定傳輸接口的標(biāo)準(zhǔn)，但是由于沒有明確的行業(yè)目標(biāo)，所以煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間不能互相兼容，就出現(xiàn)信息資源共享難，系統(tǒng)之間就導(dǎo)致“信息孤島”的現(xiàn)象存在；現(xiàn)如今，煤礦安全各方面比較落后，生產(chǎn)軟件和服務(wù)保障制度一定程度上比較落后，一定程度上造成研發(fā)力量薄弱，為了尋找適合煤礦特點(diǎn)和需求的軟件，以此來(lái)滿足煤礦技術(shù)升級(jí)需要。

因此，為了提高信息化水平，就要推進(jìn)我們煤礦行業(yè)信息技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)。煤炭生產(chǎn)安全信息化任重道遠(yuǎn)，這是今后擺在我們面前的重要任務(wù)。

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