煤矿监控系统方案介绍

维普资讯 http://www.cqvip.com 煤炭工程　２００７年第１Ｏ期　煤矿监控系统方案介绍　杨　菲　（珠海城市职业技术学院，广东珠海５１９０９０）　摘要：文章从我国煤矿安全的现状，以及煤矿安全监控系统的重要性出发，介绍了煤矿监　控系统监测矿井状态、通断电控制等各项主要功能，同时介绍了系统的硬件组成和软件组成。文　章在最后对系统的软件功能、硬件功能的实现，以及系统工程实施涉及的联接、备份等进行了介　绍。　关键词：煤矿；安全；检测；监控　中图分类号：ＴＰ２７４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０９５９（２００７）１０－０１００－０３　Ｔｈｅ　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｉｎｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ＹＡＮＧ　Ｆｅｉ　（Ｚｈｕｈａｉ　Ｃｉｔｙ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｚｈｕｈａｉ，５　１９０９０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｉｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｗｅｌｌ，ｐｏｗｅｒ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｅｔｃ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｉｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｌｉｎｋ，ｂａｃｋｕｐ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈａｔ　ａｒｅ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｉｎ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏｊｅｃｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ；Ｓａｆｉｙ；Ｔｅｓｔ；Ｍｏｎｉｔｏｒ　１概述　少ｒ井下有关的检查和值班人员。在主要变电所安装电力　参数变送器后，可以及时了解井下各点的供电状况，发现　近年来我国经常发生煤矿意外事故，每次事故都造成　了不同程度的人员伤亡和财产损失。发生这些事故的原因，　是多方面的，例如利益、技术、管理等。技术方面的原因　主要是矿井环境条件的变化没能正确、及时的得到检测评　估，并反映到相关人员那里。以至于当环境条件转变为危　险状况时，相关人员没能及时采取相应的预防措施，最终　造成灾难的发生。　故障时可及时通知有关人员进行处理，减少设备的停机时　间。因此整个系统在保障安全，提高生产效率等方面都将　发挥重要作用。　２系统功能　２．１监测矿井状态　对整个矿井系统中的各种状态参数进行检测。例如检　测甲烷、风速、烟雾、温度、煤尘等环境参数；煤仓煤位、　水仓水位、各种机电设备开停等生产参数；电压、电流、　为了能减少、避免灾难的发生，我们开发了这套煤矿　监控系统。该系统能对煤矿里的各类环境参数和主要生产　参数进行实时的检测，并及时把检测到的情况反映给相关　的部门和人员。也可以对以往某段时间采集的数据进行统　计分析。这样相关人员既可以通过系统了解当前矿井的情　功率等电力系统参数；带速、轴承温度等设备的工作状态。　２．２环境参数超限报警和自动控制功能　当某些环境参数超限时会报警，并进行诸如断电等一　况，也可以通过系统统计分析以往数据，总结出矿井环境　情况的变化趋势，从而采取相应的安全防护措施，避免可　能发生的事故。同时系统也能提高矿井现代化管理水平，　进而达到安全高效。在一些重要的地点安装传感器后，一　些安全操作。为防止系统主机和电缆发生故障时，无法实　现环境参数超限报警、断电等操作，断电等控制功能由现　场设备完成。所以即使主机和现场设备没能正常通讯，现　场设备仍保证能正确实现上述全部的控制功能。　些环境和生产参数可以直接在地面控制中心反映出来，减　收稿日期：２００７—０６—１５　作者简介：杨菲（１９７９），女，湖南邵阳人，助教，硕士，２００５年毕业于广西师范大学计算机软件与理论专业，主要　从事计算机应用系统的研究与开发。　１００　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１０期　２．３手动遥控断电、通电功能　煤炭工程　主要有三个模块：检测模块、控制模块、通讯模块。　当瓦斯超限或者其它重要的环境指标超标时，控制中　检测模块的功能是检测传感器传送过来的状态值，并做一　些相应的处理，转换成一定形式的值。控制模块的功能是　对连接到分站的一些设备进行控制，例如打开关闭某个电　机。通讯模块的功能分为接收和发送。接收的功能是通过　串口通讯或者ＴＣＰ／ＩＰ通讯取得接口板发过来的用户命令数　据，按一定方式解读这些数据，然后调用控制模块执行相　应的操作。发送功能是把检测模块检测到的数据按一定格　式进行打包，然后通过串口通讯或者ＴＣＰ／ＩＰ通讯发送给接　心的值班人员可通过系统切断有关区域的电源，待瓦斯浓　度或者其它重要环境指标恢复正常后，控制中心的值班人　员可通过系统遥控使有关区域重新通电。　２．４　自检功能　当系统中传感器、分站、转接板、传输电缆等设备发　生故障时，能报警并记录故障发生的时间、发生故障的设　备，以供查询及打印。当系统中的主计算机出现故障不能　正常工作时，接口板会检测出来，同时启动备份计算机，　使其进入正常工作状态。　２．５数据存储功能　存储的数据分为两部分，实时数据和设置数据。　实时数据主要为各监测对象的值或状态，包括：①甲　烷、风速等重要参数的实时监测值，以及这些参数值的统　计值；②报警及解除报警时间及状态；③断电、复电时间　及状态；④设备开、停时间及状态；⑤设备故障、恢复正　常工作时间及状态等。　设置数据主要为一些相关设备的初始化数据、控制方　式等，和一些系统用户的信息。　２．６列表显示功能　对于系统中各个指标的模拟量，以及各个控制的开关　量，在主计算机的软件中，都可以用列表等显示出来。　２．７模拟量实时曲线和历史曲线显示功能　对于当前系统中的一些部件的工作状态的模拟量，会　生成实时曲线，以便于用户的实时检测。同时这些采集到　的值，也会保存起来，后面可以根据用户的要求生成某个　时段上的历史曲线。　２．８分布信息和工作状态显示　根据实际的地理分布情况，在系统中建立模拟地图，　地图中的功能点都是可以局部放大的。每个局部的放大图　有该功能区域上的名称、工作状态和模拟的运作情况。这　些功能点大可是一个执行机构，小可是一个传感器、分站　电控箱等。　２．９统计分析　系统对于各种保存的数据，可以按特定的要求进行查　询统计分析。并将结果生成报表、曲线图、柱状图、饼图　等，同时也可以将生成的这些结果打印出来。　２．１０短信报警、检测功能　当系统检测到有报警情况时，可以跟据用户的设置，　把的警情发送到相关的负责人的手机上。通过对系统的设　置用户也可以定时将某些重要的参数的实时采集值发送到　特定人员的手机上。　３系统主要模块介绍　３．１软件方面　３．１．１分站软件　口板。　３．１．２接口板软件　主要是把分站发过来的数据转换成计算机能认识的数　据，然后发送给计算机；同样的也会把计算机发送过来的　数据转换成分站能认识的数据，然后发送给分站。　３、１．３计算机软件　主要有报警模块、数据存储模块、通讯模块、统计分　析模块、设置控制模块、图表显示模块、安全管理模块，　打印模块等。报警模块的功能是当系统收到接口板传过来　的报警数据后，就会通过计算机文字提示、短信提示、声　音提示等方式，提醒相关的人员，去采取预防措施。数据　存储模块的功能是把系统检测到的实时数据和用户的一些　设置信息存储到数据库里去。通讯模块的功能是接收接口　板传过来的数据并解读其相应意义，然后交给其它模块处　理，相应的也会把其它模块需要发送的信息，按一定方式　进行打包，然后发送出去。统计分析模块的功能是把存储　到数据库里的数据按一定的方式，进行统计，例如统计一　个星期内甲烷的平均含量等，然后生成一定格式的报表。　设置模块的功能是使用户能够通过系统发送命令，去设置　某些设备的状态，或者控制某些设备的工作过程。图表显　示模块的功能是把接收到的实时数据信息或统计信息用表　格或者图形、图像等方式显示出来。安全模块的功能是通　过对系统的本地用户或者网络用户的使用权限进行不同等　级的控制，从而保证系统能处于正确、安全的工作状态中，　也增强了系统相应信息的保密性。打印模块的功能是，把　系统中的一些文本信息或者图形、表格等，通过驱动打印　机，打印到相应的纸张上。监控中心软件结构如图１所示。　图１监控中心软件结构图　３．２硬件方面　系统从硬件上来分主要有四个层次：传感器、分站、　接口板、计算机。　硬件系统大体的结构如图２所示。　３．２．１传感器　１０１　维普资讯 http://www.cqvip.com 煤炭　工程　２００７年第ｌＯ期　图２煤矿安全系统硬件连接图　传感器的功能就是探测矿井中各个环境因素的具体状　况。传感器有多种，不同传感探测不同的环境因素，例如　甲烷传感器，探测甲烷的含量；瓦斯传感器探测瓦斯的含　量等。　３．２．２分站　分站的功能主要有两部分：管理传感器和控制一些其　他的设备（如电源等）。　管理传感器方面，一个分站可以接多个传感器，并把　这些传感器采集到的数据进行一些处理，然后传送到接口　板。也可以根据情况对传感器的状态进行一些设置，使其　处于正确的工作状态。其它的设备方面，主要就是根据操　作人员的指示对矿井内的一些设备，进行一些控制，例如　打开或者关闭某个电机。　３．２．３接口板　接口板的功能就是对多个分站进行管理，也相当于一　个中间人。它主要是把跟它连接的分站所发送的数据转换　成计算机能识别的数据，并转发给计算机；同时它也把计　算机发给分站的数据转换成分站能识别的数据，并转发给　分站。　４系统实现相关　本监控系统是一个分布式微计算机网络，由地面设备、　井下设备和连接它们的传输网络三大部分组成。传输采用　树状总线方式，井下和地面设备全部连接到这个树状的传　输网络上。　系统采用时分制进行传输，信息Ｅ传的过程是井下监　控设备到地面监控计算机、地面监控计算机到井下监控没　备的信息交换过程，这个过程足以呼叫和应答方式进行的。　当传感器连接到系统上工作时，信息的传输主要表现为：　信息的采集、交换、隔离、处理，此为信息上传。信息下　发是由地面主机产生的（一为键盘鼠标输入，二为系统软件　任务），它通过接口板处理，进行井上下安全隔离，传输给　井下的分站，分站再执行指定任务。　系统设计有广播式远程终端、局域网终端和互联网超　远程终端，用户可以很方便地自行扩展，也可以通过ＧＰＲＳ　１０２　或ＣＤＭＡ无线方式组网，还能够通过手机短信向相关领导　发出安全预警，和某些检测值的实时采集数据。　系统各个部分功能的实现方式，大体如下：　４．１软件方面　分站软件、接口板软件和一些传感器上的软件，主要　是单片机程序，　Ｃ５１和汇编语言结合来实现相应功能。　计算机端的软件，考虑到高级语言里跟硬件打交道能力比　较好的是ＶＣ，所以使用ＶＣ来实现计算机端的软件；同时　数据库使用ＳＱＬ　ＳＥＲＶＥＲ２０００；操作系统适用于ＷＩＮ９８／　ｗＩＮ２Ｋ／ｗＩＮｘＰ等。　４．２主要硬件方面　传感器方面，部分在保证性能的情况下，自己根据要　求设计相应电路来实现；对于自已做的达不到技术要求，　或者自己生产的话成本太高的部分则采用外购方式。分站　和接口板都＿口』根据要求自己设计电路和软件来实现功能。　这里要注意的是，在矿井内的设备都要做好防腐蚀、抗爆、　防止产生电火花等措施。而且做出来的各个安全相关的产　品，都得经过相关部门的检测认证后，才可以投入实际应　用巾。　自己设计电路时，电路设计用ＯＲＣＡＤ、电路板没计用　ＰＯＷＥＲＰＣＢ。井下设备设备用到的处理器选用ＰＩＣ单片机，　其性能比较稳定。个别数据处理黾比较大，功能比较复杂　的可选用ＡＲＭ芯片来作为主处理器。　４．３联网方面　传感器和分站用性能好的电缆进行连接。分站和接口　板用４８５总线或者光纤进行连接，通讯使用串口通讯协议　或者ＴＣＷＩＰ协议来实现。计算机和接［ｊ板之间的连接方式　和分站与接　ｊ板的连接方式一样。多矿井连接时，计算机　和计算机间的联网使用ＴＣＷＩＰ通讯，和数据库系统提供的　一些连接方式。　．　４．４计算机　在计算机方面，系统采用了双机热备份技术，当工作　计算机由于某些原因不工作时，接口板将自动检测到，并　自动唤醒备份机进入工作状态，然后自动连接到新的上作　机上，重新止常工作。　４．５　其它　系统也根据具体的情况，配备相应的防雷装置、防静　电装置、电源、打印机摄像头等相应的设备，来保证系统　能安全、正确、高效的实现指定的功能。　参考文献：　［１］　煤矿安全规程［Ｓ］．国家煤矿安全监察局，２００５：１８～４８．　［２］　国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定［Ｓ］．国务　院令（第４４６号），２０ｏ５：１～２．　（责任编辑章新敏）