自動化監(jiān)控中心的研制及應用

羅建平

摘 要：工作面監(jiān)控中心的設(shè)計與應用有助于實現(xiàn)井下開采的無人化、自動化，做到對井下工作面生產(chǎn)全過程的動態(tài)監(jiān)控，推動井下綜采作業(yè)的開展朝著自動化、智能化的方向持續(xù)發(fā)展。本文以自動化監(jiān)控中心設(shè)計的分析為切入點，進一步提出自動化監(jiān)控中心在實踐綜采工作面生產(chǎn)作業(yè)中的應用。

關(guān)鍵詞：自動化;監(jiān)控中心;應用

自動化開采作業(yè)已然成為我國采礦事業(yè)發(fā)展的必然趨勢，并且當前國內(nèi)外對自動化技術(shù)在綜采工作面中的應用已經(jīng)加大研究力度。但是相較于國外發(fā)達國家，我國在自動監(jiān)控中心方面的研究與應用相對滯后。鑒于此，需立足于國內(nèi)外自動化監(jiān)控中心的發(fā)展與應用進行分析，集成姿態(tài)定位、視頻圖像處理、傳感、計算機等技術(shù)的應用，進行自動化綜采工作面監(jiān)控中心的研制與應用，以此為自動化綜采作業(yè)的開展提供安全保障。

1 監(jiān)控中心組成

作為采礦自動控制系統(tǒng)中的核心組成，監(jiān)控中心擔當著“大腦”的角色，涉及到對綜采工作面海量數(shù)據(jù)信息的收集、分析以及處理。為確保監(jiān)控中心功能的科學劃分，采用模塊化設(shè)計，具體組成包括網(wǎng)絡(luò)交換機、顯示器、隔爆計算機、控制臺等。依據(jù)對綜采工作面實際情況的分析，進行架構(gòu)中心主體的架設(shè)，主體采用長方體鋼架構(gòu)，設(shè)置時按照功能需求區(qū)分成設(shè)備艙、操作艙，操作艙內(nèi)設(shè)置顯示器、控制臺等設(shè)備，按照人機工程學進行合理布置;設(shè)備艙布設(shè)隔爆計算機、交換機等設(shè)備，操作艙內(nèi)預留2～3人的操作空間，具體監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)如圖一所示[1]。

2 監(jiān)控中心具體設(shè)計

2.1 隔爆計算機設(shè)計

隔爆計算機的設(shè)置需做到對顯示器集中布置，具體設(shè)計中，需進行主板電路與顯示屏的分離設(shè)置，顯示屏采用低耗技術(shù)，并采用隔爆方式進行主板的設(shè)置，盡可能減少計算機的質(zhì)量與外形尺寸面積（如圖2）。針對隔爆計算機不同構(gòu)件的設(shè)計，具體為：①主板選型。以及對主板運行環(huán)境的分析，選用AMD的Fusion APU主板，具有性能強、穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，該主板可支持DX11圖形的運行，并為監(jiān)控中心進行高清視頻的呈現(xiàn)提供保證[2];②隔離模塊設(shè)計。依據(jù)相關(guān)標準要求的分析，進行隔爆主機接口的本安化設(shè)計。分析其設(shè)計原理，主要是利用電氣隔離耦合的方式進行隔爆電路信號的隔離，確保隔爆電路的能量被有效限制在隔爆腔內(nèi);③不間斷電源設(shè)計。若監(jiān)控中心運行期間出現(xiàn)掉電、斷電現(xiàn)象，極易影響到監(jiān)控中心作用的發(fā)揮，甚至造成系統(tǒng)資源、文件的大量損壞。對此，需重視對電源進行掉電保護功能的設(shè)計，將鋰電池設(shè)置于12V后端，當系統(tǒng)發(fā)生掉電現(xiàn)象時，鋰電池會當做備用電源維持正常供電。

2.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

監(jiān)控中心軟件架構(gòu)囊括驅(qū)動層、數(shù)據(jù)層以及數(shù)據(jù)可視化層（如圖3）。①系統(tǒng)中驅(qū)動層、數(shù)據(jù)可視化以及實時數(shù)據(jù)共同組成地下部分，雖三層之間可實現(xiàn)靈活部署，但是各層之間呈現(xiàn)出相互獨立的狀態(tài);②實時數(shù)據(jù)層是軟件系統(tǒng)架構(gòu)中的核心組成，具體功能體現(xiàn)為：a、依托于驅(qū)動層進行現(xiàn)場設(shè)備的連接與通信;b、為數(shù)據(jù)可視化構(gòu)建完善的設(shè)備模型數(shù)據(jù);c、進行數(shù)據(jù)的實時采集與記錄;d、數(shù)據(jù)可視化?？稍诠ぷ髅嫒我庖慌_計算機進行獨立服務的部署，操作人員可依托于CS模式進行人機交互操作。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在綜采設(shè)備建模中采用面對對象建模技術(shù)，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫。運行期間對監(jiān)控對象利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行歷史數(shù)據(jù)的存儲，具體體現(xiàn)為：①設(shè)備及其功能建模采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模型;②進行SQL數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的研發(fā)，并進行關(guān)系數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)化。

2.4 通信設(shè)計

采用統(tǒng)一控制接口進行系統(tǒng)軟件連接，可以在保證各軟件穩(wěn)定連接的前提下，實現(xiàn)第三方設(shè)備的靈活接入[3]。通過對通信鏈路層與協(xié)議解析進行抽象，實現(xiàn)對串口、UDP、TCP等鏈路通道組建的提供，確保通信數(shù)據(jù)可以在各個鏈路中有效獲取。同時，該監(jiān)控中心通信設(shè)計囊括S7-300等常規(guī)協(xié)議規(guī)約，為監(jiān)控中心進行綜采設(shè)備的遠程監(jiān)控提供支撐。

3 監(jiān)控中心在綜采工作面中的具體應用

將該監(jiān)控中心應用于某礦業(yè)集團工作面中，具體應用情況體現(xiàn)如下：

3.1 工作面概況分析

該工作面走向長度約為230m，運輸巷、回風巷均呈現(xiàn)為矩形斷面，長與高分別為4.5m、2.8m。該工作面設(shè)備采用包括：液壓支架為ZY6800型號，高度約為1.15～2.40m;采煤機選用MG×200型號，功率為2×200kW;刮板輸送機選用SGZ800型號，輸送產(chǎn)量為100t/h。

3.2 應用效果

綜采工作面進行自動化監(jiān)控中心的布設(shè)，采煤機作業(yè)的開展受到計算機控制;具體作業(yè)期間依托于計算機控制進行記憶截割，并以相關(guān)工藝程序為基準，進行采煤機的自動化運行;監(jiān)控中心可實現(xiàn)對采礦設(shè)備狀態(tài)信息、運行環(huán)境、機身畫面的高清顯示，幫助管理人員進行綜采情況的全面掌握，并做到在開采作業(yè)期間進行采煤機設(shè)備運行的隨時干預;進行液壓支架遠程控制，以及對監(jiān)控畫面的分析，對液壓支架移動進行遠程控制，并做到對刮板輸送機降架、升架等操作的遠程控制;監(jiān)控中心的畫面監(jiān)控覆蓋整個工作面，視頻信號共28路，攝像頭設(shè)備的設(shè)置間隔為每6個支架設(shè)置一個，達到自動化、動態(tài)化、實時化監(jiān)控綜采工作面的目的。

4 結(jié)束語

煤礦綜采作業(yè)的開展，依托于自動監(jiān)控中心的布設(shè)，可以在遠程控制采礦設(shè)備運行的同時，達到綜采工作面實際情況全面掌握的目的。所以，進行自動監(jiān)控中心的設(shè)計與應用，可以為煤礦綜采自動化、智能化的發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐。

參考文獻：

[1]姜文峰.自動化綜采工作面監(jiān)控中心的研制及應用[C]//煤炭科技創(chuàng)新高峰論壇，2014.

[2]過秉坤，王京濤，趙松.綜采工作面遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究[C]//全國煤礦自動化與信息化學術(shù)會議暨中國煤礦信息化與自動化高層論壇.

[3]閆孝妲，付華，劉南，等.綜采自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2011（10）：73-75.