現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

劉 杰

（四川川煤華榮能源有限責(zé)任公司綠水洞煤礦，四川 廣安 638601）

煤礦作為國家的重點(diǎn)能源資源，是我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)重要組成部分，但是，由于我國煤炭企業(yè)的區(qū)域經(jīng)營相對分散、施工環(huán)節(jié)復(fù)雜、技術(shù)信息源豐富等特點(diǎn)，目前我國的煤炭企業(yè)管理和技能水平都比較落后。而本文中所闡述的通過與計(jì)算機(jī)之間串行的通訊技術(shù)完成了對帶式傳送機(jī)的穩(wěn)定安全協(xié)調(diào)工作，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了增加煤礦企業(yè)煤炭生產(chǎn)、提高產(chǎn)業(yè)效益的目的。

1 我國煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)所存在的問題

目前用來收集以及采取數(shù)據(jù)等各種傳感器的類型比較多，并且都具有相應(yīng)的時間滯后性，不容易做到網(wǎng)絡(luò)的互連以及信息的資源共享，這也使得煤礦監(jiān)測信息系統(tǒng)中存在“信息的孤島”，無法做好管理與決策；同時由于目前的監(jiān)測信息系統(tǒng)多是以局域網(wǎng)形式，信息系統(tǒng)的集成與網(wǎng)絡(luò)化水平并不高，且儀器儀表所支持的通信協(xié)議也不統(tǒng)一，系統(tǒng)并不整合，因此無法直接或全部進(jìn)行信息資源共享。

1.1 系統(tǒng)失敗問題

應(yīng)用串口的通信控件主要是MSComm，其能夠?qū)崿F(xiàn)智能監(jiān)控功能，還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通信核心，采取相應(yīng)的控件OnComm 事件做好激發(fā)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的捕獲。這樣對應(yīng)用Flash 動畫，容易發(fā)生過度的系統(tǒng)資源消耗，從而造成未被激活的OnComm 事件的情況，進(jìn)而影響上、下位機(jī)的通信終端，致使系統(tǒng)失敗。

鑒于這一問題的存在，目前針對現(xiàn)代的煤礦生產(chǎn)過程中，且避免針對不同的監(jiān)控界面會在不同的工作區(qū)域之間體現(xiàn)，從而進(jìn)一步保障計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)自身通信的穩(wěn)定性，更好地發(fā)揮其在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中的監(jiān)控作用。

1.2 信號不穩(wěn)定問題

在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，有時會存在上機(jī)以及下機(jī)位之間的命令容易發(fā)生傳輸丟失，由于當(dāng)前存在干擾信號，非常容易導(dǎo)致整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)大幅度的衰減，在信號的衰減過程中，不但容易導(dǎo)致通信出現(xiàn)失敗的情況，還容易發(fā)生特定狀態(tài)之下的通信失敗。所以要求整個系統(tǒng)之間的硬件，能夠保證將外界的干擾信號盡量地降低，保證能夠?qū)⒅欣^器加在總線位置上[1]。同時，系統(tǒng)程序中也可以考慮對每個指令分三次傳輸，以便使系統(tǒng)通訊故障的概率盡量地降低，使計(jì)算機(jī)智能監(jiān)測控制系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用更具有保障性。

2 我國煤礦監(jiān)控系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢

除了進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，信息系統(tǒng)還應(yīng)該具備可以針對被測現(xiàn)場的參數(shù)，做出風(fēng)險(xiǎn)分類、危險(xiǎn)評估和給出一個簡單的決策方法，并且操作系統(tǒng)和所安裝的應(yīng)用軟件一定要具有高度一致性，并朝著高度聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展，所檢測的數(shù)據(jù)信息也應(yīng)該按統(tǒng)一的格式發(fā)送過去；克服整個監(jiān)控系統(tǒng)之中存在于各個子系統(tǒng)之間“信息孤島”問題，可采取由我國政府共同統(tǒng)一出臺相關(guān)的專業(yè)規(guī)范進(jìn)行信息統(tǒng)一整合，通過共同統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的資源共享與傳送；要建立比較科學(xué)、有效的政策法規(guī)，目前有很多的數(shù)據(jù)都是儲存于一身的多個任務(wù)做好信息的處理，以及幾個不同的智能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控以及管理系統(tǒng)[2]。

3 現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中使用計(jì)算機(jī)智能監(jiān)測控制系統(tǒng)的重要性

計(jì)算機(jī)智能監(jiān)測管理系統(tǒng)，是在電子計(jì)算機(jī)串行通訊技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一個工業(yè)信息集散與管理系統(tǒng)，其工作的基本原理是利用對有無煤感應(yīng)器、井下煤位感應(yīng)器、溫度傳感器以及各種傳感器的綜合應(yīng)用，完成對地帶式物料運(yùn)輸工作狀況的信息收集，并將工作狀態(tài)信息利用光纖向地面調(diào)度室的上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行傳送，再由上位機(jī)以動畫形式將所接受的信號作出實(shí)時顯示[3]。

4 煤礦遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

隨著我國煤礦企業(yè)所使用的監(jiān)控系統(tǒng)增多，監(jiān)控系統(tǒng)的問題也逐漸凸顯出來。

1.主要是因?yàn)樵谶M(jìn)行系統(tǒng)的制造流程中缺少規(guī)范，因此，這種情況下，就發(fā)生了不同的生產(chǎn)廠家對于整個監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備在應(yīng)用上的可靠性非常差。加上所研發(fā)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一般都帶有很強(qiáng)的針對性，所以，礦井公司在對礦山環(huán)境實(shí)施監(jiān)測時會受一定的限制。

2.在遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議并不相同。傳輸?shù)姆椒ㄌ^于簡單，并且整個系統(tǒng)之中在實(shí)用性上比較缺乏，安全性不高，沒有辦法形成完善的體系，因此，不容易實(shí)現(xiàn)煤礦在實(shí)時以及遠(yuǎn)程的綜合監(jiān)測方面的需要。

3.在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用二維數(shù)組實(shí)現(xiàn)將監(jiān)控界面畫面與生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備連接起來。這樣，下位機(jī)器可以將所收集的現(xiàn)場信息及時傳到上位機(jī)，再由上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的匯總和分類，并在二維數(shù)組中寫入帶有一定含義的數(shù)值[4]。同時，通過系統(tǒng)程序可以對二維數(shù)組內(nèi)數(shù)據(jù)定時讀取，并以數(shù)據(jù)含義為基礎(chǔ)對監(jiān)控界面的顯示實(shí)施管理。采用這一方式，保障對二維數(shù)組數(shù)據(jù)的寫入與讀取過程的彼此獨(dú)立性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)對生產(chǎn)一線工作現(xiàn)場情況的實(shí)時顯示與監(jiān)控。

4.計(jì)算機(jī)技術(shù)智慧監(jiān)測信息系統(tǒng)自動控制的技術(shù)實(shí)現(xiàn)下位機(jī)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)智慧監(jiān)測信息系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集，其重要硬件部分組成應(yīng)該包含：感應(yīng)器、工業(yè)單片微機(jī)、電源電路、感應(yīng)器接口件、變換集成電路、擴(kuò)展集成電路、數(shù)字處理電路、話音集成電路、人機(jī)對話用戶界面、告警輸出電路及通訊電路等。其中，由各傳感器承擔(dān)對各種數(shù)據(jù)的信息收集。以對輸送帶緊張感的自動控制為例，首先利用張力傳感器將輸送帶張力轉(zhuǎn)換成電訊號，經(jīng)放大集成電路做過放大濾波處理之后再利用變換集成電路實(shí)現(xiàn)對數(shù)值量的變換，此時，當(dāng)將上、下限設(shè)備數(shù)和經(jīng)過電子計(jì)算機(jī)整理的數(shù)值量加以比較后，就可得出對應(yīng)的接點(diǎn)信息和報(bào)警信號，其中，接點(diǎn)信息既可以作為對傳送帶上電動機(jī)正反轉(zhuǎn)方向的控制信息，也可以作為對電動機(jī)的開關(guān)信息而存在。

5 煤礦自動化和智能化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)

5.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展出來的，指計(jì)算機(jī)中能夠根據(jù)一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)定，把離散的電氣設(shè)備連接起來，從而組成一種綜合系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，人們可以在辦公室內(nèi)對生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)施全面監(jiān)視，也可以調(diào)閱生產(chǎn)數(shù)據(jù)，大大推動了生產(chǎn)的智能化發(fā)展。

5.2 自動化監(jiān)控與智能管理

礦山的綜合智能化管理，是以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)而構(gòu)建出來的自動化管理統(tǒng)一平臺，將整個礦山的智能化監(jiān)管與控制采用工業(yè)以太網(wǎng)連接起來，從而建立了一個高速統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[5]。

5.3 視覺采集技術(shù)

煤礦生產(chǎn)過程實(shí)時性監(jiān)測與管控中的一個核心環(huán)節(jié)便是視頻信號采集設(shè)備，而電腦視覺科技則是視頻信號采集的核心。所說的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，即通過計(jì)算機(jī)設(shè)備和智能化裝置替代人眼對事件加以辨識，并通過對所收集來的圖形信號加以加工處理，從而使聲音信號和圖像信息逐步地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是一門通過精細(xì)的獲取圖形信號的計(jì)算機(jī)技術(shù)，視覺系統(tǒng)主要由聲音 測模型、物質(zhì)和環(huán)境模型、社會信息和組織模型等所構(gòu)成。

5.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，是把傳感器技術(shù)、電子監(jiān)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合起來的一門新興科學(xué)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的科技使用面也十分的廣闊，物聯(lián)網(wǎng)科技在采礦生產(chǎn)與安全管理過程中起到了十分關(guān)鍵的角色，能夠利用物聯(lián)網(wǎng)科技推動礦井開采質(zhì)量的提高。把智能化管理、信息化科技、數(shù)字化生產(chǎn)流程等技術(shù)集中起來，從而形成全新的模式，以達(dá)到礦山生產(chǎn)的工具、生產(chǎn)者、環(huán)境的協(xié)調(diào)性發(fā)展。

6 采用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煤礦監(jiān)測與智能管理

6.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能化生產(chǎn)監(jiān)察體系主要包括三個基礎(chǔ)層面，分別是生產(chǎn)設(shè)備層、信息系統(tǒng)層和管理層，信息系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備層使用的是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場總線，能夠有效保障生產(chǎn)現(xiàn)場各個子監(jiān)測具備一定的實(shí)時性，同時進(jìn)行對礦山的井上下排水的系統(tǒng)在通風(fēng)上的系統(tǒng)應(yīng)用，包括對于供電等系統(tǒng)的安全生產(chǎn)狀況的監(jiān)測，而現(xiàn)代礦井生產(chǎn)中計(jì)算機(jī)智能監(jiān)測系統(tǒng)的使用，采取的“一對多”的消息傳輸方法，即由一臺上位機(jī)或通過多臺下位機(jī)，對井下生產(chǎn)情況和機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測。為了能夠有效地防止相關(guān)的系統(tǒng)在通信上出現(xiàn)沖突，保障上、下位機(jī)間安全可靠、有序順暢的通信，進(jìn)行系統(tǒng)通信的設(shè)計(jì)優(yōu)化十分必要。因此，本文中使用了二層的通信方法，即上、下機(jī)間不直接進(jìn)行相連，而是通過將上飛機(jī)位相連至現(xiàn)場的控制中心，每個上飛機(jī)位以四個現(xiàn)場控制中心為上線，而每個現(xiàn)場控制中心則以八個下飛機(jī)位終端為上線，也就是說計(jì)算機(jī)智能監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦中的應(yīng)用，最多能完成對三十二臺輸送機(jī)運(yùn)行情況的監(jiān)測，這樣，就形成了上機(jī)位、現(xiàn)場控制中心、下機(jī)位的遞進(jìn)通信形式。下達(dá)的命令先從上機(jī)位傳遞至現(xiàn)場控制中心，以現(xiàn)場控制中心為中間環(huán)節(jié)，再把命令下位至機(jī)智能終端進(jìn)行傳遞，而信號的反饋流程也是這樣，從下位機(jī)、現(xiàn)場控制中心、上位機(jī)依次傳遞。這一通信優(yōu)化的中心環(huán)節(jié)是現(xiàn)場控制中心，并且將此作為重要的通信媒介，達(dá)到協(xié)調(diào)緩沖、通信穩(wěn)定的目的。同時還能夠把各種信號匯集在一起，把信號展現(xiàn)到工控機(jī)上供管理人員監(jiān)控，最終完成對礦井生產(chǎn)現(xiàn)場的全過程監(jiān)視與自動化管理工作。

6.2 煤礦監(jiān)控和智能管理系統(tǒng)組成

大部分的煤礦工業(yè)所應(yīng)用的系統(tǒng)是以太網(wǎng)的系統(tǒng)，其中有三個主要的分支，分別是傳輸通道部分、地底部分和井下部分。其中地面工程部分主要包含地面工程網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、控制裝置、數(shù)據(jù)信息服務(wù)器設(shè)備、控制設(shè)備服務(wù)器、地面工程換換機(jī)、防火墻等。傳輸管道部分主要包含光纖、網(wǎng)線和交換機(jī)相連的各類控制設(shè)備以及傳感器。井下部分包含防爆交換機(jī)、監(jiān)測設(shè)備以及對于分站的控制等。

6.3 煤礦監(jiān)控和智能管理系統(tǒng)特征

煤炭生產(chǎn)的特殊性確定了煤炭生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備和智能管理系統(tǒng)應(yīng)該可以持續(xù)二十四小時正常工作，并且產(chǎn)品系統(tǒng)工作的可靠性和準(zhǔn)確性要符合煤炭的生產(chǎn)特點(diǎn)以及安全建設(shè)要求；網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建需要沿著鏈條性架構(gòu)進(jìn)行，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浼軜?gòu)和連接修復(fù)機(jī)制，并在300ms內(nèi)修復(fù)網(wǎng)絡(luò)間的正常連接；網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建需要符合國際主流接口設(shè)計(jì)，便于子系統(tǒng)的快捷連接以及后續(xù)功能的發(fā)展；硬件模塊系統(tǒng)以及軟件模塊系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要構(gòu)建各種可靠性保障，并且需要保證系統(tǒng)工作的可靠性和產(chǎn)品系統(tǒng)的穩(wěn)定能力；信息系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)要齊全，比如對數(shù)據(jù)的查詢、管理報(bào)告的輸出、告警模板、報(bào)警記錄、故障監(jiān)測、故障管理記錄、系統(tǒng)日志等；信息系統(tǒng)還需要具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)集成管理功能，可以對礦井的現(xiàn)代化管理工作進(jìn)行基本的數(shù)據(jù)保障，以做到數(shù)據(jù)的資源共享。

6.4 自動化監(jiān)控與智能管理的使用效果

下位機(jī)在計(jì)算機(jī)的智能監(jiān)測系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時收集工作，其主要硬件構(gòu)成應(yīng)包含：感應(yīng)器、工業(yè)單片微機(jī)、電源電路、感應(yīng)器接口件、交換集成電路、擴(kuò)展電路數(shù)碼處理電路、語音集成電路、人機(jī)對話用戶界面、報(bào)警輸入輸出電路和通信集成電路等。在其中，由各感應(yīng)器承擔(dān)著對各種數(shù)據(jù)的實(shí)時收集，以對輸送帶緊張感的自動控制為例，首先采用張力傳感器將輸送帶的緊張感轉(zhuǎn)換成電訊號，經(jīng)擴(kuò)大集成電路做過放大濾波處理之后，利用變換集成電路實(shí)現(xiàn)了對數(shù)值量的變換，由此完成了對輸送帶設(shè)備緊張感的自動控制。從而提高了職工的生產(chǎn)安全意識，有效增強(qiáng)了員工責(zé)任感，提高了生產(chǎn)管理水平，適應(yīng)安全生產(chǎn)要求，并及早出現(xiàn)了交通事故隱患，故障發(fā)生與危險(xiǎn)隱患整治工作效率更高。

7 結(jié)語

綜上所述，通過建設(shè)相應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)制度，才能確保煤炭開采時的安全性，并提高了行業(yè)內(nèi)的安全意識。本文主要從當(dāng)今煤炭生產(chǎn)監(jiān)測的狀況展開研究，并對計(jì)算機(jī)智能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的具體應(yīng)用和技術(shù)展開剖析，期望為現(xiàn)代煤炭生產(chǎn)過程中計(jì)算機(jī)智能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)用提供一定的參考。