煤礦工業電視監視系統的研究與設計

摘要：隨著煤礦自動化水平的提高，監視系統和集中控制技術的日益完善，煤礦大都安裝了工業電視監控系統，該文從實際出發研究了工業電視監控系統在煤礦生產中中所起到的作用，分析了系統的特點、功能和組成。

關鍵詞：煤礦；工業電視；監控

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)36-2631-02

The Research and Design of Monitoring of Industry TV in Coal Mine

GE Hong-xia

(Anhui Wanbei Coal-Electricity Co. Ltd， Suzhou 234000，China)

Abstract: With the progress of automation， surveillance systems and technology of centralized control in mine， most mine introduced Industry TV monitoring system，this passage from reality in studying the Mine Industry TV monitoring System in underground mine to play the role of the system's features， functions and composition.

Key words: coal mine;industry TV; monitoring

1 引言

能源是國民經濟的基礎，我國一次性能源70%以上來自于煤炭，95%以上的煤炭產量來自于井工開采礦井，井工開采礦井平均深度500米左右，煤礦井下采、掘工作面地質條件復雜，環境惡劣，自然災害多，嚴重影響煤礦生產和人身安全。

煤礦井下生產過程復雜，環境惡劣，自然災害多，嚴重影響生產和人身安全。調度室大屏幕投影系統的實施，對安全生產、調度指揮、科學決策提供了直觀、可靠的手段。

大屏幕投影墻是近年來隨著計算機多媒體技術的發展而出現的全新顯示模式與系統。它通過一臺或多臺投影機組合拼接，在巨型屏幕上投射全彩色視頻或VGA信號，尤如一個巨型電視或顯示器，突破了顯示空間的局限，滿足了人們對巨型顯示的需要，廣泛應用于工業監控系統。

煤礦采購的大屏幕投影墻，大多采用國際卓越的顯示技術及設備，以獲得最佳的顯示效果。方案對系統的性能、結構、技術指標、可靠性、穩定性、先進性、擴充性等方面作全面考慮，以把整套系統建設成為擁有高分辨率、高清晰度和亮度、用戶控制界面簡單、操作方法先進的大屏幕投影墻，使監控中心能高質、高效地對各種控制信息進行實時監控和集中指揮調度，充分體現企業形象和實力。

2 系統設計原則

對大屏幕系統方案的設計，堅持高起點、高標準、嚴要求，遵循科學的設計原則、設計標準和設計規范，突出先進性、適用性和經濟性，且具有一定的超前性，確保系統建成后達到國際一流水平。

1) 適用性

大屏幕信息顯示系統作為調度中心的重要組成部分，必須保證實用并切實滿足調度中心指揮調度的需要。

2) 節約性

系統建設充分利用管理中心系統的多個子系統的設備，做到少花錢多辦事，追求最合理的配置和盡可能高的性能價格比。

3) 可靠性

為了滿足用戶監控顯示系統一天24小時的連續運行，因而其設計必須遵循可靠性的原則，在系統設計時，關鍵部位選用了高可靠性設備，對于重要的控制節點采用先進的高新技術來保障。

4) 標準化

系統在選用控制技術和設備時，符合國際標準，充分利用各種產品的優勢，將它們有機地結合起來。也就是說，要求系統的通信環境、硬件環境、軟件環境相互間的依賴減至最小，充分發揮自身優勢；同時，系統的互聯為信息互通和網上控制創造有利條件。

5) 可擴充性

隨著網絡的發展，系統的擴充是必然的，因而在系統設計時充分考慮了未來系統擴充的可行性。

6) 先進性及成熟性

根據視聽系統自身發展的特點及控制技術的發展趨勢，在主機選擇、系統結構設計、設備配置、管理方式等方面采用國際上既先進又成熟可靠的技術。

7) 兼容性

監控顯示系統項目是一個龐大而復雜的系統，需要實現各種子系統的完美匯接，所以系統的兼容性就顯得十分必要。

8) 可維護性、可管理性

充分考慮到系統設備的安裝、配置、操作方便等特點，又有較強的網絡管理手段，合理配置和調整系統負載、監視系統狀態、控制系統運行。

3 設備選型依據

組合大屏幕系統的選型，需要經過反復論證，以便確定使用合理的投影技術來組合大屏幕顯示系統。為此，讓我們先比較分析一下各種投影技術的分類、發展及技術優劣。

3.1 按投影方向分類

1) 正向投影（Front Projector）——逐步淘汰

2) 背向投影（Rear Projector）——正在流行

按投影技術分類

3) CRT 方式（陰極射線管，Cathode Ray Tube）

類似于電視機的成像方式發展時間最長，技術較成熟，顯示模擬圖像有優勢有三槍和單槍兩種方式，單槍是發展趨勢色彩還原性最較好，色彩對比度、清晰度較低電子束掃描成像，分辨率提高較為困難（一般在640×480～800X600）受熒光屏壽命所限，亮度不高（一般在230ANSI流明左右）圖像線性、顏色存在非線性漂移，造成調整工作量增大，一般CRT組合顯示屏每隔半年便須經過一次較復雜的重新調整，否則圖像的接縫、色彩、屏幕之間的一致性都會嚴重影響圖像質量亮度提高，功耗提高很大，同時壽命會降低。

4) LCD方式（液晶顯示，Liquid Crystal Display）

偏振光經過光學晶體透射成像，數字方式成像分辨率較高（1024×768）由于采用多晶硅透射成像技術，光利用效率較高，亮度較高（2000ANSI左右）分辨率和亮度成反比，即分辨率越高，亮度越低由于采用偏振光技術，有很強的方向性，視角小，水平視角只有140°（一般為160°）

5) LCV方式（液晶光閥，Liquid Crystal Valve）

LCD方式的改進版本，通過光閥（Valve）器件提高亮度受熱后會降低圖像質量，因此需要設計較復雜的冷卻系統體積較大，適于單投影方式，很不適合用于連續工作場合，每次工作時間僅有幾個小時亮度提高，功耗提高很大，同時壽命會降低。

6) DLP方式（數字光處理，Digital Light Processing）

DMD芯片（Digital Micro mirror Device）反射成像，全數字化方式成像由于采用反射鏡反射成像，光利用效率較高（85%以上），所以有很高的亮度，而且提高亮度，功耗提高并不很大分辨率提高較易，僅相當于集成電路工藝水平，目前已有800×600、1024×768和1280×1024三個檔次，并且發展了單片（主要應用于單投影和多媒體組合顯示）、兩片（主要應用于多媒體組合顯示）和三片（主要應用于電影院、演唱會等極高亮度、極高分辨率要求下的單投影顯示）分辨率越高，有效反射面積越大，亮度也越高色彩純正，精確（16M色），高對比度（350：1）亮度、色彩的一致性最佳。邊緣與中心相比可達90%—95%（CRT僅為75%）。

7) PDP（等離子顯示器，Plasma Display Panel）

等離子顯示器是一種全新的顯示系統，利用氣體放電來顯示，這種屏幕采用了等離子管作為發光元件。大量的等離子管排列在一起構成屏幕。每個等離子對應的每個小室內部充有氖氙氣體。在等離子管電極間加上高壓后，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會產生紫外光，從而激勵平板顯示器上的紅綠藍三基色熒光粉發出可見光。

顯著特點：① 高亮度、高對比度；② 純平面圖像無扭曲；③ 超薄設計、超寬視角；④ 具有齊全的輸入接口，可接駁市面上幾乎所有的信號源；⑤ 具有良好的防電磁干擾功能；⑥ 環保無輻射；⑦ 散熱性能好，無噪音困擾。

3.2 按用途分類

1) 單機單屏

由一臺投影機、一塊背投屏和反射系統以及框架結構組成的單機單屏投影系統，是最普遍采用的方式。投影機多為LCD和DLP方式。

2) 多機多屏

將多個獨立的投影系統放在一起，各個屏幕之間互相獨立，不使用圖像處理器。將所有輸入信號進行同步后輸出到每臺投影機上，每個畫面僅在自己的區域顯示，不跨屏邊界，對屏之間的連接沒有要求。投影機多為LCD、DLP和PDP方式。

3) 組合投影

由多臺投影機、多個投影屏及圖像處理器組成，一般用于一個畫面的超大屏幕顯示以及多個畫面的多窗口顯示。

所有輸入信號全部通過圖像控制器處理后分配到每臺投影機上，每個顯示畫面可以跨越投影屏邊界，通常應保證每個投影單元之間最小的間隙。投影機多為DLP、PDP和LCD方式。

4 系統結構

投影機從技術實現方式主要可分為CRT三管投影、LCD液晶投影、DLP數字光源處理投影機及新近出現的PDP等離子顯示等。

目前，CRT方式由于其亮度低、體積大等缺陷，在技術上已經落后，已逐步淘汰。LCD方式（包括單晶硅、多晶硅、AP/LCD等）因其亮度高、體積小等特點，目前使用最廣泛，但由于LCD的核心部件——液晶板的壽命受溫度和濕度的影響較大，因而長時間連續使用容易使液晶板老化，出現畫面色彩失真、暗塊等現象。

DLP技術采用全數字化處理方式，其核心部件為DMD（數字微鏡器件），具有高可靠性、高對比度和亮度、色彩還原性好、畫面清晰、無燒壞死現象、免維護等特點，一天24小時長期連續使用不會對投影機任何損壞，對顯示效果沒有任何影響。從安裝調試完的顯示到數年后的顯示都能保持相同的顯示效果，達到同樣的清晰度、分辨率、精度。作為投影機技術的發展方向，該技術已迅速在國內外廣泛應用，目前已成為大屏幕拼接墻顯示系統的主流產品，尤其是普遍應用于需要長時間不間斷工作的控制室顯示系統。

LCD、DLP投影機都是使用投影燈炮作為光源，投影燈炮有一定的使用壽命，而且在使用中易損壞。

等離子顯示器是一種全新的顯示系統，利用氣體放電來顯示，這種屏幕采用了等離子管作為發光元件。具有高亮度、高對比度；純平面圖像無扭曲；超薄設計、超寬視角；具有齊全的輸入接口，可接駁市面上幾乎所有的信號源；具有良好的防電磁干擾功能；環保無輻射、散熱性能好，無噪音困優等特點。但目前的技術只能做到2×2拼接。

5 結束語

隨著煤礦自動化水平、信息化的提高， 煤礦調度室或集控室工業電視監控系統在煤礦生產中發揮著越來越大的作用，提高了員工工作效率，降低了工作難度、強度；達到了安全、高效、可靠生產的目的，節省了大量人力資源，具有顯著的經濟效益。

參考文獻：

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