淺談煤礦計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用

高世琴

【摘 要】為了保證煤炭開采中的安全，除了進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的安全管理意識，還應(yīng)該建立起完善的監(jiān)控系統(tǒng)，這則需要電子計(jì)算機(jī)的協(xié)助，來構(gòu)建信息化與電子化的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。在文中，筆者將就當(dāng)今煤礦生產(chǎn)中監(jiān)控系統(tǒng)存在的瑕疵和監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦開采運(yùn)輸中的應(yīng)用進(jìn)行簡要闡述。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；煤礦生產(chǎn)；運(yùn)輸

煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜、多變、條件惡劣，煤礦井下生產(chǎn)過程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)一直是煤礦安全、高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)。隨著通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢已日趨明顯。煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化和管理控制一體化的方向演變是控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然，也同時(shí)滿足煤礦生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過程特點(diǎn)的需要。

1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使許多傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置等現(xiàn)場設(shè)備智能化，人們便開始尋求用一根通信電纜將具有統(tǒng)一的通信協(xié)議、通信接口的現(xiàn)場設(shè)備連接起來，在設(shè)備層傳遞的不再是IP0（4～20mAP24VDC）信號，而是數(shù)字信號，這就是現(xiàn)場總線。由于它解決了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的自身可靠性和開放性問題，現(xiàn)場總線技術(shù)逐步成為了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家和跨國工業(yè)公司都紛紛推出自己的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)產(chǎn)品。

現(xiàn)場總線溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場設(shè)備之間及其與更高控制管理層之間的聯(lián)系，為徹底打破自動(dòng)化信息孤島創(chuàng)造了條件。現(xiàn)場總線導(dǎo)致了傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的變革，形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS：Fieldbus Control System）。20世紀(jì)80年代逐步形成了幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)，它們以國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI）為基本框架，根據(jù)行業(yè)的應(yīng)用需要施加某些特殊規(guī)定后形成的標(biāo)準(zhǔn)，在較大范圍內(nèi)取得了用戶與制造商的認(rèn)可。

現(xiàn)場總線的出現(xiàn)，為煤礦井下這一復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場提供了一個(gè)可靠的、分布式的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。同時(shí)也為煤礦井下和地面控制系統(tǒng)之間、煤礦生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)之間的集成提供有力的技術(shù)支持，方便地實(shí)現(xiàn)煤礦井下生產(chǎn)過程的地面實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在煤炭運(yùn)輸中的作用

煤炭運(yùn)輸中的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信來實(shí)現(xiàn)對工業(yè)集散進(jìn)行控制，其主要由上位機(jī)與下位機(jī)兩個(gè)部分構(gòu)成。下位機(jī)的傳感器將煤炭運(yùn)輸情況以光纖信號形式傳送到井上的上位機(jī)里，上位機(jī)連接的計(jì)算機(jī)通過識別解碼將其以動(dòng)畫形式在顯示屏里顯現(xiàn)出井下傳輸機(jī)的工作情況，如果出現(xiàn)故障，就會(huì)使上位機(jī)連接的報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，并根據(jù)計(jì)算機(jī)上顯示出的故障類型自主下達(dá)故障處理信號，而防止故障對生產(chǎn)進(jìn)一步延滯，有效地減少了下井作業(yè)人員的數(shù)量，提高了生產(chǎn)效率。而且也將井下生產(chǎn)線上的情況及時(shí)傳送給決策者，方便其統(tǒng)計(jì)各類故障的幾率，及時(shí)查找出傳輸工具的故障原因，并對其檢修，以確保生產(chǎn)一線一直以最低故障率進(jìn)行生產(chǎn)。

2.1上位機(jī)的監(jiān)控動(dòng)畫和工作現(xiàn)場一致

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)首先要具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，以保證監(jiān)控界面上顯示的畫面和井下工作現(xiàn)場中的設(shè)備狀態(tài)相一致。為了達(dá)到這種效果，在設(shè)計(jì)程序時(shí)要利用一個(gè)二維數(shù)組，來作為聯(lián)接井下設(shè)備和監(jiān)控界面畫面之間的橋梁。

由下位機(jī)去采集現(xiàn)場信號，并將其傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中去，由上位機(jī)進(jìn)行分析整理，進(jìn)而將有特定意義的數(shù)據(jù)寫進(jìn)二維數(shù)組中去。與此同時(shí)，上位機(jī)的程序定時(shí)去讀取二維數(shù)組里的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)的特定含義去控制監(jiān)控界面上的顯示內(nèi)容。

通過此種方式，使現(xiàn)場編入二維數(shù)組和讀取二維數(shù)組里的數(shù)據(jù)成為兩個(gè)獨(dú)立存在的過程，互相并沒有影響，進(jìn)而保證上位機(jī)中的監(jiān)控動(dòng)畫同時(shí)顯示出了井下工作現(xiàn)場的作業(yè)情況。

2.2下位機(jī)的硬件構(gòu)成

下位機(jī)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，其硬件主要由工業(yè)級的單片微機(jī)、傳感器及傳感器連接件、電源電路和放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字處理電路、人機(jī)對話界面、語音電路、通信電路和報(bào)警輸出電路構(gòu)成。各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)被傳感器所獲取，之后進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。例如，輸送帶的張力會(huì)由張力傳感器對力值信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘枺娦盘枙?huì)被放大電路予以放大和濾波，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路去轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，該數(shù)字量再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行整理，最后與上限和下限這些預(yù)先設(shè)定好的定值進(jìn)行比較，而一旦張力值超限，計(jì)算機(jī)就會(huì)給出報(bào)警信號和發(fā)出相應(yīng)的觸點(diǎn)信號，該觸點(diǎn)信號就可以作為開關(guān)主拖動(dòng)電機(jī)的信號使用，亦可以作為拉緊絞車電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制使用，由此便可以實(shí)現(xiàn)對張力的自動(dòng)控制。

2.3通信方式設(shè)計(jì)

這里的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所采用的是兩級通信方式，讓上位機(jī)和下位機(jī)不直接連接在一起，而是分別與現(xiàn)場控制中心進(jìn)行連接，1個(gè)上位機(jī)最多能和 4個(gè)現(xiàn)場控制中心進(jìn)行連接，而一個(gè)現(xiàn)場的控制中心最多可以和8 個(gè)下位機(jī)智能終端進(jìn)行連接，所以煤炭傳輸?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)最多可以同時(shí)監(jiān)控32臺(tái)帶式輸送機(jī)的作業(yè)情況。其中上位機(jī)只和現(xiàn)場控制中心進(jìn)行直接通信，而現(xiàn)場控制中心則負(fù)責(zé)和多臺(tái)下位機(jī)進(jìn)行相互通信。

為了防止多個(gè)下位機(jī)在同一時(shí)間上傳現(xiàn)場作業(yè)信號，發(fā)生信號間的沖突問題，這里采用了上位機(jī)循環(huán)點(diǎn)名的方法，從而使上傳的數(shù)據(jù)有序。上位機(jī)將現(xiàn)場控制中心號和終端機(jī)號等信息結(jié)合到一個(gè)數(shù)據(jù)里，可以叫它“點(diǎn)名數(shù)據(jù)”，然后上位機(jī)循環(huán)發(fā)送這種數(shù)據(jù)到現(xiàn)場控制中心，再由現(xiàn)場控制中心下發(fā)。各個(gè)終端機(jī)根據(jù)這種“點(diǎn)名數(shù)據(jù)”，來判斷自己是否是接受點(diǎn)名的機(jī)器，然后接受點(diǎn)名了的終端機(jī)會(huì)將自己監(jiān)控的帶式輸送機(jī)的作業(yè)情況上傳至現(xiàn)場控制中心，進(jìn)而傳送到上位機(jī)中去?！包c(diǎn)名數(shù)據(jù)”的發(fā)送時(shí)間的間隔是100ms，這樣即使上位機(jī)要和32臺(tái)下位機(jī)進(jìn)行間接連接，也可以在3.2s內(nèi)，將“點(diǎn)名數(shù)據(jù)”。

在下位機(jī)之間循環(huán)一遍，從而保證了井下作業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)可以及時(shí)傳送到上位機(jī)，也可以對發(fā)生的故障在第一時(shí)間里發(fā)出警報(bào)和進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

3.結(jié)語

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的引入，不僅可以減少相應(yīng)作業(yè)人員的數(shù)量，還可以保證煤礦生產(chǎn)中井下作業(yè)的安全，以及煤炭產(chǎn)量的提升等。所以，我們需要在更多的方面引入計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，如對煤炭的二次加工，對礦井的深度開采等，也要在實(shí)踐的過程中對發(fā)生的問題及時(shí)研究和做出處理。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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