基于ARM可配置內核的煤礦瓦斯預警系統

吳曉明

【摘要】 煤礦開采是一個高風險的工作，因此煤礦安全問題一直是人們高度關注的事。但是每年因煤礦開采而死亡的人數雖略有下降，但一直是很高的。其中煤礦瓦斯爆炸又是引起煤礦事故的重要原因，所以煤礦瓦斯預警系統是保障煤礦安全開采比不可少的一項措施。

【關鍵詞】 煤礦安全 光纖以太網+CAN總線 模糊數據融合 瓦斯預警

隨著時代的發展，能源較以前而言變得多樣化，比如現在非常熱的對于太陽能、風能、潮汐能、生物質能等可再生能源的研究。

雖然對以上新能源的研究確實取得了一定的成績，且在未來可再生能源肯定是能源的主要的選擇方向，但在目前新能源在世界能源總量中所占比例依舊很低。

一、系統方案概述

雖然最近幾年我國的煤礦瓦斯監控技術發展的很快，但是還存在一些關鍵技術問題沒有解決，例如各種環境監測傳感器精度和可靠性不高，大部分的廠家都是專用的通信協議，互不兼容，改進和擴充系統時必須找對應的廠家，在缺乏技術支持的情況下不得不改換整套的系統，而且信息處理技術還不夠先進導致結果不夠精確也不夠及時，只能實現直接的傳輸、存儲、顯示和打印等功能，分析、挖掘的深度不夠。

二、系統的總體結構和工作原理

系統主要由地面主站、以太網通信系統、CAN 總線通信系統、井下監控分站、本安電源、各種傳感器、變頻器和通風機構成，系統的總體結構。監控分站采集來自傳感器的數據，經過處理和判決之后，生成對應的狀態供現場顯示和報警，同時可以根據得出的正常、輕微和危險這三個融合結果對變頻器輸出的頻率進行控制，從而實現對通風機轉速的控制。

監控分站中的數據通過 CAN 總線將數據送到以太網——CAN 網關來接入光纖以太網，以太網采用環形網絡結構，保證了數據傳輸的安全性和可靠性，地面的主機對傳送上來的信息進行分析和處理，實時顯示動態的文字、曲線等信息。

2.1地面主站

地面主站由 PC 主機、以太網轉 RS232 模塊、打印機和投影儀組成。分站的監測數據經過地面主交換機轉換成RS232 信號后傳送給 PC 主機，由支持 DDE 技術的 VB 來編寫驅動程序以實現通過 MSComm 控件對串口數據的收發，然后組態王通過 DDE 技術和 VB 進行通信，從而實現上位機數據采集的功能。

以太網轉RS232 模塊采用 ETH232 GH 微型以太網/串口轉換器，它是一款帶光電隔離的以太網/串口轉換器，可以實現以太網、電源、串口的三方隔離。

2.2 以太網通信系統

以太網通信系統包括地面主交換機、光纖收發器和井下的防爆網絡交換機。井下的防爆網絡交換機采用 KJ127 礦用隔爆型以太環網交換機，它采用高性能的千兆工業級以太網交換機，有 2 對 1000M 的冗余光纖接口和 2 對的 100M 下聯冗余光纖或 RJ45 接口，能構建 1000M 的高速冗余雙環網和下聯 100M 的冗余雙環網，擁有強大的網管控制的功能，當鏈路故障或斷裂時能快速的重構網絡鏈路，最大的重構自愈時間小于 300ms，擁有 6 路的可選接口，可以是 100M 光纖以太網接口或 CAN/RS485 總線接口，這樣交換機輸出的總線上就可以直接掛載具有 CAN總線和 RS485 總線接口的設備，構成多主式或者主從式的總線局域監控網，一臺交換機最多可掛載 6 臺監控分站。

2.3井下監控分站

井下監控分站主要包括主控芯片 S3C2440A、外擴存儲器、信號采集模塊、LCD顯示、RS485 接口和 CAN 通信模塊等。信號采集模塊共有 16 路傳感器測量通道，其中八路是模擬量通道，八路是頻率和開關量復用輸入通道。

2.4通風機

通風機變頻器選擇 FR-E500 系列變頻器，它體積較小，性價比較高，能支持 RS485 通信，擁有獨立的 RS485 接口，PU 口也可用于 RS485 的通信，支持 3 點的模擬量輸入，起動頻率可以在 0-60Hz 范圍內設置，輸出范圍是 0.2-400Hz，支持最大為 15 種的多段速度選擇，可以設置為 30Hz， 60Hz和 90Hz 三段式速度控制，分別對應多傳感器模糊融合中融合結果為正常、輕微和危險時的輸出頻率。

2.5系統模塊化設計

針對煤礦井下環境極其惡劣、復雜，而不同煤礦又千差萬別的特點，項目軟硬件各層次擬采用模塊化結構設計，將各個環節在可靠的前提下設計成最小系統，可配置性強，使其靈活地組成系統以適應不同規模、不同工程環境要求的安裝、配置、調試等。

同時，可以很方便的遷移應用到森林防火、水下環境監測等領域中。

三、結論

本著以人為本、加強安全生產的想法，本人在原有的煤礦瓦斯預警的系統上，進行了改進。本系統降低了事故發生的概率，保障了開采人員的生命安全。

參 考 文 獻

[1]李景魁.基于無線傳感網的煤礦瓦斯監控系統研究與設計[J].煤炭技術，2013，（11）

[2]徐士敏.煤礦監測監控分站平臺的研究[J].山東煤炭科技，2016，（2）

[3]晏勇，周相兵.基于物聯網礦井瓦斯動態監測與預警系統設計[J].實驗室研究與探索，2016，（1）