試論煤礦井下瓦斯遠程監控系統的功能及設計要求

李成祥

（遼寧東煤基本建設有限責任公司，遼寧 沈陽 110112）

作為一種新型的計算機遠程監控技術，聯網監視系統主要應用于煤礦井下作業的安全監測。聯網系統主要有三部分組成，即煤炭井下作業采集系統、采集傳輸系統、煤炭井上處理系統。當前，隨著國內科學技術的快速發展，計算機技術在煤炭行業的應用越來越廣泛，通過多種參數對井下作業的實際情況進行分析，能夠快速有效的處理井下安全事故，保障地下施工作業人員的安全。

1 瓦斯遠程聯網監控系統的構建

1.1 瓦斯監控系統的組成要素

瓦斯煤炭監控系統主要有四個部分組成，主要有：傳輸器系統，瓦斯井下數據分析系統，信息傳輸系統，地上瓦斯信息控制機處理系統。每部分在系統中都起到了關鍵性的作用。對于地上系統而言，主要包括打印機，顯示器，主機等基礎設備。井下設備作為收集數據的終端，其主要設備為89C51 型單片機。此類設備內安裝有隔爆和本質安全電源，在低濃度瓦斯的條件下也可以施行正常化供電。傳感器類型為KG9701 型，此種傳感器在第一時間內監測到瓦斯的含量。將實際的瓦斯濃度以數字的形式進行顯示，隨后將其大小傳輸至整個模塊中。此類瓦斯傳感器功能較多。除了一些基本功能外，可以將現場的斷電信號進行輸出，增強了數據傳輸的有效性。

瓦斯監控系統的結構為樹形，以便在井下安裝。同時，在需要的情況下，可以將這種樹形結構進行拓展，即將瓦斯系統轉換為一種多級分布系統。地上模塊與地下模塊的連接只是通過一根電纜就可以完成，將地下各個模塊以并聯的方式聯接至電纜中，以此來實現正常化的傳輸。

1.2 瓦斯遠程監控系統的要求

1.2.1 保證數據傳輸的安全性與保真性

在數據傳輸的過程中，要將安全性與保真性放在首要位置。信息安全在網絡中凸顯出了十分重要的作用，同樣對井下作業的安全生產中也具有十分重要的作用。根據井下作業的具體情況，建立一套完善的瓦斯監控傳輸網絡。同時，考慮到實際的系統運行成本，一般采用專線接入的方式，使用SHD 傳輸平臺來使相關信息能夠得到有效的控制。

1.2.2 保證數據在傳輸過程中的穩定性

除了上述安全性與保證性之外，要使用E1 線路以此保證各個節點間能夠實現互聯，同時傳輸線路中的各項誤碼率較小，使數據能夠在系統內穩定的傳輸。利用DSH 數據傳輸平臺，可以提升數據的傳輸速度。如果第一傳輸平臺出現故障，那么系統將會啟動第二傳輸平臺。

1.2.3 發揮B2112 傳輸平臺的作用

對于遠程數據傳輸，B2112 傳輸平臺能發揮非常好的功能。此種平臺的主要特點為模塊化。如果某個板卡或端口出現故障，系統可以使用另一模塊進行替代，這樣就可以提升了整個系統的安全與穩定性。在電源系統中，可以使用雙電源模塊進行系統性的混插。如果整個模塊出現問題，但是系統仍然可以正常化運行。

1.2.4 實現傳輸系統數據的延展化

對于計算機遠程聯網傳輸系統來說，需要應用一些基本的模塊對數據監控系統進行設計，組建多種配置口延展方式，保證數據傳輸模塊與網絡巧妙結合，進而使整個瓦斯監控系統與網絡聯系有效的聯系在一起。

1.2.5 保證監控系統網管的集中統一

對于井下數據采集系統而言，主要應采用集中統一的網管。如果網管與整個傳輸監控系統聯系在一起，就能實現遠程設備帶動內網管，提高數據傳輸的安全性。此外，應用計算機網絡系統可降低整個煤礦企業在安全管理方面的資金投入。

2 瓦斯遠程監控系統的功能介紹

當前，隨著國內科學技術的快速發展，計算機技術等在煤炭行業的應用越來越廣泛。對于瓦斯遠程監控系統而言，主要有以下幾方面的功能：

2.1 全面有效的收集煤炭井下作業的相關瓦斯數據

對于煤炭井下監控系統，計算機可以利用瓦斯傳感器將井下出現的不同瓦斯情況進行分類。隨后根據收集的相關數據，進行數據間的相互轉換，將這些數據進行處理，進而制定相關的解決措施。在數據傳輸過程中，瓦斯傳感器獲取的數據可作為一種物理參數，結合井下工作的實際特點，計算出實際瓦斯傳感器數量。

2.2 完成瓦斯數據的預處理

進行此項工作的主要目的是降低數據傳輸的噪音，以此來獲取更為有效的信息。預處理同樣也屬于信息凈處理。它可以根據實際情況將多余，冗雜的信息及時地進行清除，以此來保證整個數據傳輸的過程中高效性。在此項處理過程中，可能會出現一些退化現象。如果出現瓦斯事故，系統就會出現較多的干擾因素，各種數據在單位中得到進一步顯示。所以，如果影響因素確定，在應用模式識別前需將數據進行預處理。

2.3 判斷瓦斯的閥值，測算數字量信號

此功能也是監控系統的核心功能。在一般情況下，通過空氣中分布的瓦斯就可以確定瓦斯的閾值。通常，空氣中瓦斯的含量在5%-12%時，就可能會引起爆炸。所以，瓦斯的最大值應為5%。應根據計算機遠程瓦斯監控系統，對不同類型的數據進行處理，并將多種數值作出比較，以此來保持數據間的暢通。另一方面，將瓦斯傳感器獲取的數據與最大閾值進行對比，得出一些基本的數字量信號，增強對象的識別能力。

2.4 歸類識別對象，方便進行分析決策

在監控系統中，有一部分可以利用人工神經網絡技術將識別的對象進行歸類，并根據神經網絡進行訓練得到實際的決策規則。隨后，將決策規則中的一些被識破的對象作出進一步分類，將實際瓦斯的最大值與數字信號進一步的分析處理。這樣就可以獲得實際的井下瓦斯是否超出標準，一旦確立超出標準的情況，就應當立刻采取相關措施，保障煤炭井下作業的安全。

3 瓦斯遠程監控的數字化要求

3.1 瓦斯監控系統傳感器的節點設計

系統傳感器主要分布在井下，不同的構成部分能夠分別進行有效、合理化的控制。從內容上來說，系統傳感器主要有控制及通信傳輸系統、瓦斯傳感器系統、電源系統。此類傳感器為KG9701 型，即便在3V 的電壓下也能判斷井下的環境，確定瓦斯的閥值，同時還具備自動化調節功能。控制以及通信監控系統為JENNIC－5139 模塊，此模塊在待機狀態下的電流可以達到30uA，并應用嵌入式的模塊，將多種模式結合在一起，把瓦斯含量的模擬信號可以轉換為數字信號。而系統傳感器可以準確地監測出井下溫度，如果超出預定設定的最大溫度，系統將會自動報警。同時，地面模塊中的UART 將CAN 聯系在一起，同時也具備其他多種的功能。

3.2 瓦斯監控系統模擬量輸入通道設計

模擬量轉換是在應用多選一方式進行操作模式，進而可以完成整個模擬樣的采用。根據CD4067 多路轉換器的原理，將多路模擬進行轉換操作。此種模擬器應用的電流較小，這樣就將電導阻控制在規定的范圍內，保持一種穩定的狀態。對于瓦斯監控系統，系統模擬器信號為SHA1144。此種轉換器主要包括兩部分，即數字芯片與模擬芯片。對于數字芯片而言，它們分別為邏輯控制電路、逐次比較邏輯寄存器等。對于模擬芯片而言，其原理主要是應用12 位單品而組成一種數字信息轉換器。

3.3 瓦斯遠程監控系統中數據庫設計

在對遠程數據庫進行設計時，應充分考慮到井下作業的實際情況，同時也要考慮到實際運行情況。只有這樣才能保證數據庫設計合理性與安全性。對于煤礦數據設計，應將動態化作為首要考慮的因素，將模擬量作為一種實際的參考數據。通過現代化設計軟件，應用SQL程序語句建立動態管理數據庫。同時也要注意，在正式運行前，要進行數據庫運行預先測試，以此來在正常運行時各個部分都能正常化運行。連接測試是整個正式運行前最為重要的測試環節，要每隔12s 進行一次測試，以此來數據在傳輸過程中的保真性。

4 結語

當前，電子信息技術在快速發展，將這些現代化技術應用至煤炭瓦斯事故的防范工作中具有十分重要的意義。瓦斯遠程監控系統的日趨數字化，不僅能提升系統的調節周期，在最短時間內準確獲取最為有效的數據信息，還能實現煤炭企業的安全化生產，保證煤炭工人能夠在安全條件下進行正常化作業，全面帶動企業的經濟效益。

［1］倪冠華，張超.中小型煤礦瓦斯監測監控系統的設計[J].煤礦安全，2011(3).

［2］常利銘，胡淑霞，戴劍波.煤礦瓦斯監測聯網系統的設計[J].工礦自動化，2011(8).

［3］吳恂恂.煤礦瓦斯監測聯網系統[J].天津工業大學，2007(3).