煤礦生產中計算機嵌入式系統(tǒng)的應用

于蘭蘭?孟天星

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，計算機開發(fā)技術廣泛的應用，在煤礦的生產中有著重要的作用。雖然我國煤礦資源豐富，但是地質條件極其復雜，在采礦的過程中經常會出現(xiàn)一些安全事故，導致井下人員的傷亡。本文結合了煤礦安全生產的現(xiàn)狀，探討了計算機嵌入式系統(tǒng)在煤礦安全生產中的實現(xiàn)與應用。（本文原刊于煤礦開采2013年）

關鍵詞：計算機；軟件開發(fā)；技術；井下作業(yè)；煤礦；應用

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，在煤礦的井下生產安全監(jiān)控中起到了非常重要的作用。雖然科技水平的提升使煤礦機械化的程度提高很多，但是在長期運行中會出現(xiàn)很多問題，必然會產生安全隱患。計算機嵌入式系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對煤礦生產的遠程的監(jiān)控和運行狀態(tài)的動態(tài)跟蹤，很大程度上提高了煤礦生產的安全性。

1 計算機技術對煤礦安全生產的影響

1.1 煤礦安全生產現(xiàn)狀

隨著煤礦事業(yè)的不斷發(fā)展，在煤礦的生產中一定要保證安全質量，加強防護措施，采用先進的監(jiān)控系統(tǒng)改善當前煤礦生產中的難題。雖然煤礦生產和管理基本實現(xiàn)了自動化，但是還是存在很多的事故，這就暴露了在技術和措施上的不足。由于煤礦的生產環(huán)境比較復雜，在生產和管理的過程中難度很大，所以存在很大的安全隱患。特別實在瓦斯防治、沖擊地壓等技術處理上還有待加強，而且井下與井上之間的通信不是很緊湊，導致一些緊急的情況不能及時的處理。同時在礦井事業(yè)中缺乏專業(yè)的人才，在礦區(qū)的管理和生產中的工作人員技能水平很低，在信息化的時代，綜合型人才是企業(yè)所稀缺的，然而對于大多數(shù)的煤礦企業(yè)中，這也是面臨的難題之一。因為只有不斷加強煤礦企業(yè)的內部管理，制定基本的生產準則，在安全、技術上都要達到生產的要求，這樣才能帶到企業(yè)的快速發(fā)展。

1.2 存在的主要問題

隨著技術的不斷進步，計算機嵌入式系統(tǒng)已經廣泛的應用煤礦生產中各個環(huán)節(jié)當中，比如電牽引采煤機的自動化控制、通信系統(tǒng)以及環(huán)境的安全監(jiān)測。在煤礦的井下生產的安全問題是施工中的重點難題，目前對井下安全監(jiān)測有很多種方法，雖然種類結構不同，但是其基本原理和功能相差不大，井下的安全監(jiān)測系統(tǒng)一般包括傳感器、分站點、監(jiān)控中心和相應的傳輸設備這些組成，這些部分相互聯(lián)系，缺一不可，完成信息的采集、傳輸?shù)裙δ堋?在進行井下狀態(tài)檢查時，主要對一氧化碳體積分數(shù)、進風以及回風的速度進行實時的采集，然后傳遞給傳感器。對于傳感器包含很多種，像一氧化碳傳感器、溫度傳感器、風速傳感器等，這些都是在礦井安全生產中的重要設備。

2 計算機嵌入式系統(tǒng)功能模塊

計算機嵌入式系統(tǒng)主要包括工控計算機、數(shù)據(jù)庫模塊以及通訊模塊等，嵌入式系統(tǒng)主要在煤礦的設備當中使用，使這些設備具備高度的智能化，完善了系統(tǒng)的功能，增加了設備運行的可靠性。

2.1 通訊模塊

數(shù)據(jù)采集儀將采集到的數(shù)據(jù)存放到存儲器當中，需要通過在通訊模塊的作用下傳到上位機系統(tǒng)。通訊模塊能夠與局域網網絡聯(lián)系進行信息技術操縱。這種系統(tǒng)能夠利用在生產中所用的網絡設備，為系統(tǒng)擴展應用技術，這樣可以減少很多設備資源的使用。同時，信息傳輸?shù)倪^程中采取一般的網絡通訊協(xié)議能夠保證信息在傳輸?shù)倪^程中的及時和精準性。通訊模塊采用光纖的原料提高了信息的傳輸速度，在傳輸?shù)倪^程中誤碼低于8，而且外界因素也不會對該模塊起到任何的干擾，確保了信息通訊的可靠性。在通訊網絡中的使用權限很廣泛，一般的TCP/IP在局域網或者計算機的通訊功能中作為基礎的技術，只要滿足網絡的傳輸要求，就可以實現(xiàn)對煤礦生產信息的在線傳輸。在多數(shù)試驗裝置的數(shù)據(jù)傳輸采用逐點傳送或者批處理傳送的手段，通過數(shù)據(jù)通訊線將瞬時值傳給D/A，然后會產生相應的信號源。在國內像北京維特MRT—02B由于幅頻特性很差，對于諧波疊加和變頻試驗不能夠進行非定量的測量，所以在輸出的數(shù)據(jù)與設定的參數(shù)值有一定的誤差。國外的試驗裝置不管在任何頻率下它的點數(shù)都很固定，一般都是每周輸送256點，幅頻特性很好，所以產生的誤差就很小。因為在20次諧波的時候，其誤差值在3%一下，所以很適合做單頻率試驗。

2.2 數(shù)據(jù)庫的建立

數(shù)據(jù)庫是對相關聯(lián)的數(shù)據(jù)進行集合成的資源系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)設計中主要有空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫兩方面?？臻g數(shù)據(jù)庫的特點就是容量大，能夠快速的查詢到所需要的數(shù)據(jù)，同時還能夠對數(shù)據(jù)進行修改，但是它的模型很復雜，在整個數(shù)據(jù)庫中按照不同的關系等級分為了幾個數(shù)據(jù)層。平臺數(shù)據(jù)庫中就會以數(shù)據(jù)庫格式存儲設備的運行信息，屬性信息全部存儲在數(shù)據(jù)庫中，而且有對應的空間數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫中二者是不可分割的，通過二者之間的相互聯(lián)系維持數(shù)據(jù)庫整個系統(tǒng)的運行。

2.3 瀏覽電子系統(tǒng)結構

瀏覽電子系統(tǒng)主要是接收測量的數(shù)據(jù)，然后進行動態(tài)的分析，對于礦區(qū)的管理信息可操作性強，而且具備了瀏覽器、服務器以及數(shù)據(jù)處理等系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)的作用下主要的功能包括以下三個方面：①數(shù)據(jù)庫服務層。數(shù)據(jù)庫服務層是對接收的數(shù)據(jù)進行整合，由windows NT服務引擎提供的技術支持，減少了用戶的操作時間，可以快速的瀏覽煤礦的生產管理信息，所以該服務層的安全、可靠性非常的高。②應用服務層。應用服務層主要是由WESGIS組成，實在數(shù)據(jù)服務層的下一步驟，但是所有的操作平臺以及技術都是與數(shù)據(jù)服務層是一樣的。③瀏覽器層。瀏覽層是將最后的處理信息通過顯示器顯示出來，所有的礦區(qū)信息都要經過傳送、處理最終達到瀏覽層。所以瀏覽層能夠方面用戶的查詢、瀏覽，而且操作上很簡單。

3 計算機嵌入式系統(tǒng)在煤礦生產中的功能實現(xiàn)

計算機嵌入式系統(tǒng)在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中的應用能夠達到自動化、智能化、信息化的技術水準，是我國煤礦事業(yè)中必備的重要手段，對于企業(yè)在生產中的安全防護有重要的意義，適應于各種礦井的使用。其中主要系統(tǒng)就是地面中心站，由計算機系統(tǒng)控制，主體的控制程序為由主機—各分站點—傳感器。中心站主要負責采集各分站的信息，然后在計算機系統(tǒng)中進行處理，能夠在瓦斯等爆炸性氣體中使用。監(jiān)控系統(tǒng)的主要是通過地面的監(jiān)控主機對于在礦井底下的分站點不斷的進行信息的交流，分站點將不同時間段采集的每個傳感器的數(shù)據(jù)傳到主機，然后在地面的監(jiān)控主機設定一個規(guī)定的參數(shù)作為報警的最大額度，主機對于分站點的數(shù)據(jù)進行處理，當傳到主機的數(shù)據(jù)高于設定的報警參數(shù)時，監(jiān)控主機以及傳感器就會發(fā)出報警信號，傳感器的報警的指示燈也會閃爍，提醒施工人員加以注意，在監(jiān)控主機的屏幕上會顯示礦井下報警傳感器的時間地點，然后鎖定事故的地點。對于程序而言最重要的就是接口的定義，用戶在配置文件的過程中就能夠實現(xiàn)不同的切換。系統(tǒng)的試驗測試一般都是采用二分法自動尋找動作邊界，然后得到相應的數(shù)據(jù)結果，可以將他們在屏幕上繪制測試點，利于分析處理。由于很多的試驗裝置不夠全面，不能利用智能擬合的方法測繪，所以對于動作阻抗的數(shù)值不能測定出來，導致結果的誤差不能確定。

總而言之，隨著計算機軟嵌入式系統(tǒng)的不斷應用，會給企業(yè)帶來更多的經濟效益，但是在我國礦井的安全監(jiān)測管理中還是處于發(fā)展階段，在實際的操縱過程中存在很多問題，通過在計算機嵌入式技術的基礎上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸與在線的監(jiān)控，所以在很大程度上提高了生產的安全性，給企業(yè)安全、可靠生產帶來了保障。（本文原刊于煤礦開采2013年）

參考文獻

[1]樓楊；王廣龍；陳建輝；郭曉冉；朱建峰；；基于PowerPC的嵌入式設備數(shù)據(jù)采集接口的設計與實現(xiàn)[J]；儀表技術與傳感器；2011年06期

[2]張春平；戴青云；；嵌入式系統(tǒng)及其發(fā)展前景[J]；石家莊職業(yè)技術學院學報；2006年04期

[3]王成義，薛慶軍，崔建明；基于嵌入式計算機系統(tǒng)的人防警報控制系統(tǒng)設計[J]；青島大學學報（工程技術版）；2003年04期

作者簡介

于蘭蘭（1980-），女，山東煙臺人，碩士研究生，講師，研究方向為自動控制與信號處理。

孟天星（1968-），女，河北辛集市，碩士研究生，副教授，研究方向為過程控制與電機拖動。