礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術探討

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摘 要：礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是保證礦井安全的重要手段。隨著現(xiàn)代傳感、電子、移動互聯(lián)、自動控制、信息處理等技術的逐步成熟及新技術、新材料的廣泛應用，礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)將朝著智能監(jiān)測監(jiān)控方向發(fā)展。本文對礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術進行了闡述。

關鍵詞：礦井通風;安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng);關鍵技術

煤炭是我國經(jīng)濟發(fā)展過程中重要的基礎能源，其作用不容忽視。然而，我國大多數(shù)煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)工作十分嚴峻，瓦斯事故、煤塵事故、煤層自然等現(xiàn)象時有發(fā)生，從而影響煤礦的安全生產(chǎn)。而礦井通風系統(tǒng)有效地改善了上述問題，進而更好地提高了礦井的抗災能力，保障了礦井安全生產(chǎn)的順利進行。

一、礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)概述

1、組成結(jié)構(gòu)。礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控技術是集通信技術、控制技術、計算機技術和電子技術于一體的綜合性學科，它是信息產(chǎn)業(yè)及工業(yè)領域的一種領先技術。“監(jiān)測”是指對煤礦環(huán)境和生產(chǎn)參數(shù)的自動監(jiān)測。“監(jiān)控”是指根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行分析，并根據(jù)結(jié)果對生產(chǎn)進行反饋控制。通常由四部分組成：

1）傳感器和執(zhí)行器：負責收集現(xiàn)場環(huán)境和工況參數(shù)，最終執(zhí)行地面監(jiān)控中心或分站下達的控制指令。

2）智能分站：以微處理器為核心的智能可編程設備，負責傳感器的集中供電、完成實時信息采集和預處理、與監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)通信。

3）監(jiān)控中心：系統(tǒng)的信息處理中心，由工控機、打印機、電源、智能終端等組成。監(jiān)控中心完成系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集、分析處理、存儲顯示、查詢打印、控制、維護等功能。

4）信息傳輸：由傳輸電纜（光纜）、通信控制器、互聯(lián)網(wǎng)及相應的傳輸協(xié)議組成，負責將監(jiān)測信息傳輸至上級監(jiān)察部門。

2、發(fā)展歷程與趨勢。對礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)而言，其自身通訊制式經(jīng)歷了五次發(fā)展換代，即空分制、頻分制、時分制、分布式網(wǎng)絡技術、人工智能和數(shù)據(jù)庫技術。而隨著人工智能和數(shù)據(jù)庫技術在礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的應用，礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)開始具有遠程監(jiān)測監(jiān)控和動態(tài)預警功能。

結(jié)合國內(nèi)外礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，從綜合化、智能化、網(wǎng)絡化三方面確定了礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。其中，綜合化發(fā)展趨勢是指通過具有多種監(jiān)測參數(shù)的大容量系統(tǒng)來實現(xiàn)綜合化管理;而智能化發(fā)展趨勢是指注重信息分析及事故預測功能;網(wǎng)絡化發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在政府網(wǎng)絡化，提高有害信息變化的透明度。

3、整體結(jié)構(gòu)。對礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)而言，通信鏈路、中央控制室及監(jiān)控單元是其具體組成部分，監(jiān)控單元在本系統(tǒng)中起著實時數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場設備的實時控制、數(shù)據(jù)采集、管理、接收和傳輸?shù)裙δ?，這些功能的實現(xiàn)需要有自身構(gòu)成的支持，CPU、上位機通信部分、各監(jiān)控點的通信部分、輸入/輸出部分、人機接口部分等是其具體組成部分。

二、總線技術

在了解礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上，可進一步研究礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術。以礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)總線技術為研究對象。

1、概述?？偩€技術全稱現(xiàn)場總線技術，是工業(yè)監(jiān)控領域的一場技術革命。它以總線為核心，集計算機技術、控制技術和通信技術于一體是總線技術具備的基本特征。在我國礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，可很好地應用局域操作網(wǎng)絡LONWORKS、現(xiàn)場總線基金會FF、RS-485標準協(xié)議現(xiàn)場總線和控制器局域網(wǎng)絡CAN等四種總線技術。本文選擇對傳輸介質(zhì)無特殊要求、可靠性和靈活性高、廣播方式可接受“濾波”等特點的控制器局域網(wǎng)絡CAN總線作為研究對象。

對于控制器局域網(wǎng)絡 CAN 來說，其本身想要較好應用于礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，通信接口設計與總線軟件設計是這一應用的關鍵所在。對于通信接口設計來說，CAN 控制器、CAN 驅(qū)動器以及微處理器等是其具體構(gòu)成，一般來說 CAN 驅(qū)動器具備著抗電磁干擾能力強、過熱保護、短路保護、低功耗待機等特征;而對于總線軟件設計來說，通信模塊的設計是這一環(huán)節(jié)的關鍵，而 CAN 報文的發(fā)送和接收是其具體組成。

三、灰色預測理論

智能傳感器也是礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。為了保證智能傳感器更好地為礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)服務，應用灰色預測理論十分有必要。對智能傳感器而言，其自身需要自校正技術的支持，但傳統(tǒng)的查表法、曲線擬合法和神經(jīng)網(wǎng)絡法自校正技術不能更好地滿足礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的需要，這也是灰色預測理論在該領域應用的原因所在。作為灰色理論的一個重要分支，灰色預測理論本身可利用數(shù)據(jù)處理的方法找出數(shù)據(jù)間的規(guī)律，從而實現(xiàn)對灰色數(shù)的處理。

在基于灰色預測理論的礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)智能傳感器自校正中，需要對原始數(shù)據(jù)進行累積處理，以保證原始數(shù)據(jù)序列的隨機性減弱。在礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)風壓傳感器靈敏度自校正中，結(jié)合灰色預測理論，采用等壓差法對風壓傳感器進行校正，并在獲得原始數(shù)據(jù)后，結(jié)合灰色預測理論的相關算法進行具體預測。對應用灰色理論的礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)傳感器自校正而言，具有技術結(jié)構(gòu)簡單、精度高、所需原始數(shù)據(jù)少、易于實現(xiàn)等特點，這些特點的存在使灰色預測理論更好地為礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的建設服務。

四、礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)關鍵技術應用

1、注重傳感器的質(zhì)量。傳感器在礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中有著重要的作用，在整體通風安全系統(tǒng)的建設過程中，必須使其質(zhì)量符合礦井生產(chǎn)的標準，控制傳感器的質(zhì)量尤為重要，傳感器的有效控制可最大限度地減少安全事故，同時能保證礦井生產(chǎn)的時效性，從而能避免工作人員生命財產(chǎn)安全受到威脅。因此，在材料采購過程中，材料采購人員必須嚴格控制供應商的供貨質(zhì)量，同時傳感器材料在采購過程中必須遵循質(zhì)量優(yōu)先的原則，從而使傳感器質(zhì)量在源頭上達到標準。例如，礦井中的瓦斯傳感器。礦井通風安全系統(tǒng)在安全使用前，應對瓦斯傳感器的兼容性進行分析及測試，并對其各項性能進行比較，直至合格為止。在大規(guī)模生產(chǎn)中，要及時有效地處理其中可能存在的安全隱患。

2、注重技術創(chuàng)新。在新時代背景下，行業(yè)創(chuàng)新是發(fā)展的必然趨勢。為了跟上時代發(fā)展的步伐，礦井生產(chǎn)也需要全面創(chuàng)新，雖然目前時期該項目通風安全系統(tǒng)的構(gòu)建有所創(chuàng)新，但由于外部因素的影響，仍存在一些隱患。因此，在今后的構(gòu)建中，企業(yè)必須根據(jù)自身情況構(gòu)建科學合理的科研隊伍，組建一支具有較高專業(yè)水平的團隊，以此來完善及創(chuàng)新自身存在的不足，特別是在防雷方面，更要及時更新及完善。比如，在保護區(qū)與中心站間設置一個安全區(qū)域，實施有效的防雷措施，最大限度地減少雷擊事故。此外，設備的維護保養(yǎng)也相對重要。設備的日常維護對設備的使用壽命具有一定的現(xiàn)實意義，設備維護保養(yǎng)人員需要制定完善的維護保養(yǎng)方案，建立有效的維護制度，將設備日常的保養(yǎng)和維護落實到實處。同時，重要設備的維護保養(yǎng)也要縮短周期，并重點保護，進而避免安全事故的發(fā)生。

五、結(jié)語

總之，安全通風是礦井安全生產(chǎn)的命脈，礦井通風安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是礦井安全通風的重中之重。同時，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是確保礦井正常生產(chǎn)的重要系統(tǒng)，它在礦井日常生產(chǎn)中占有重要地位。因此，礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能有效降低災害事故的發(fā)生率，確保煤礦生產(chǎn)安全、有效、穩(wěn)定的運行，進而提高礦井生產(chǎn)效率。

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