礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

喬 俊

（西山煤電西銘礦， 山西 太原 030053）

1 現(xiàn)有的礦井監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1.1 監(jiān)測(cè)傳輸綜合通信漏泄系統(tǒng)

當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)應(yīng)用的監(jiān)控監(jiān)測(cè)通信漏泄系統(tǒng)屬于通信模擬復(fù)用頻分系統(tǒng)，視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)將調(diào)制在某載頻段并送入到系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，見圖1。因?yàn)槊總€(gè)通道都被定位于特定的設(shè)備，所以，各頻道使用的頻率不是很高[1]。

由于使用電纜進(jìn)行礦井通信傳輸必然要應(yīng)用很多中繼器，這樣既增加了設(shè)備的成本，也降低了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性能，所以必須設(shè)計(jì)、開發(fā)出利用光線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡V井監(jiān)控監(jiān)測(cè)安全系統(tǒng)以及配套的相關(guān)設(shè)備。

圖1 監(jiān)測(cè)傳輸綜合通信漏泄系統(tǒng)

1.2 光纖煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)

KJ95 是80 年代末研制的以光纖作為傳輸介質(zhì)的自動(dòng)化煤礦研究所開發(fā)研制的煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)，它代表了當(dāng)時(shí)我國(guó)監(jiān)控監(jiān)測(cè)礦井設(shè)備最高水平。圖2 是KJ95 監(jiān)控綜合系統(tǒng)原理圖。通信與監(jiān)測(cè)是兩套獨(dú)立系統(tǒng)，干線傳輸使用光纖，監(jiān)測(cè)的通信與數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到礦井上的光控機(jī)，通過(guò)光端機(jī)將信號(hào)轉(zhuǎn)變成光并將其在光纖中傳送，礦井里的光端機(jī)把光的信號(hào)轉(zhuǎn)變成普通電信號(hào)，并將語(yǔ)音和數(shù)據(jù)進(jìn)行分離。

圖2 KJ95 監(jiān)控綜合系統(tǒng)原理圖

KJ95 監(jiān)控綜合煤炭系統(tǒng)主網(wǎng)絡(luò)使用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)提供傳輸信息的高速通道。但該KJ95 系統(tǒng)使用專門的協(xié)議進(jìn)行通信和別的系統(tǒng)在聯(lián)網(wǎng)時(shí)很難達(dá)到共享數(shù)據(jù)，系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展也受到不同程度的限制[2]。因此，需要利用現(xiàn)代化先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)更有利于數(shù)據(jù)共享的、以光纖作為介質(zhì)的井下監(jiān)控綜合系統(tǒng)。

2 新型井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需功能

1）遠(yuǎn)程和本地網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控雙重模式的訪問(wèn)功能。設(shè)計(jì)系統(tǒng)是依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)礦井系統(tǒng)，打破了過(guò)去中心監(jiān)控C/S 模式，通過(guò)便捷、高速的互聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)監(jiān)控。所以，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具備本地中心監(jiān)控C/S 模式和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控B/S 模式的雙重結(jié)合訪問(wèn)監(jiān)控模式。

2）全面數(shù)據(jù)采集功能。本設(shè)計(jì)是依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)礦井系統(tǒng)，將礦井相關(guān)數(shù)據(jù)采集，并依據(jù)實(shí)際需要將采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)客戶端需要將需要數(shù)據(jù)取出并進(jìn)行處理。

3）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻功能。監(jiān)控視頻能夠提供真實(shí)與直觀的情況，能夠利用畫面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制，在發(fā)生礦難時(shí)進(jìn)行人員搜救可為工作人員提供定位。

4）保障安全功能。保障安全功能是系統(tǒng)中一定要重視的問(wèn)題。保障安全功能系統(tǒng)可保障其關(guān)鍵重要數(shù)據(jù)和機(jī)密核心數(shù)據(jù)安全性，使系統(tǒng)避免破壞，數(shù)據(jù)核心以防泄露[3]。

5）模擬量重要顯示曲線的功能。重要信息模擬量，如瓦斯的含有量要能夠進(jìn)行歷史、實(shí)施顯示曲線，另外兩曲線能夠平移在一個(gè)坐標(biāo)里同時(shí)顯示，用不同顏色將最小值、平均值、最大值的曲線顯示出來(lái)。

6）模擬量監(jiān)測(cè)顯示列表功能。檢測(cè)礦井中重要的累積量、開關(guān)量、模擬量數(shù)值顯示在一個(gè)列表里，用以進(jìn)行查詢。

7）開機(jī)、開關(guān)狀態(tài)顯示的功能。把開關(guān)量變化動(dòng)態(tài)與效率開機(jī)直觀地進(jìn)行顯示，從而方便監(jiān)測(cè)。

8）短信和聲光報(bào)警的功能。系統(tǒng)工作時(shí)，假如發(fā)生模擬量高于設(shè)定值系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行發(fā)生危險(xiǎn)故障情況，系統(tǒng)能夠隨時(shí)發(fā)出報(bào)警。

9）統(tǒng)計(jì)和查詢數(shù)據(jù)功能。依據(jù)查詢與監(jiān)測(cè)需要可隨時(shí)提供在一定時(shí)間內(nèi)各種模擬量值，如平均值、最小值、最大值、監(jiān)測(cè)值等統(tǒng)計(jì)與查詢。

10）自動(dòng)報(bào)表功能。本系統(tǒng)能隨時(shí)自動(dòng)地按需要生成報(bào)表[4]。

2.2 設(shè)計(jì)原則

監(jiān)測(cè)煤礦周期長(zhǎng)、環(huán)境差、內(nèi)容相對(duì)復(fù)雜，所以，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循如下原則：先進(jìn)性、擴(kuò)展性、靈活性、安全性、維護(hù)性、易用性、可靠性、實(shí)用性、精確性[5]。

2.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)分為四層：互聯(lián)網(wǎng)層、中心監(jiān)控層、監(jiān)測(cè)礦井層、采集數(shù)據(jù)層。

1）采集數(shù)據(jù)層。采集數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)最底層，肩負(fù)著數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的傳輸和采集，它是系統(tǒng)的主要核心。采集數(shù)據(jù)層主要包括：攝像監(jiān)控、測(cè)量水位傳感器、測(cè)量壓力傳感器、測(cè)量粉塵傳感器、測(cè)量濕度傳感器、測(cè)量溫度傳感器、測(cè)量氣體傳感器。采集數(shù)據(jù)如圖3 所示。

2）監(jiān)測(cè)礦井層。監(jiān)測(cè)礦井層主要肩負(fù)著對(duì)本煤礦進(jìn)行監(jiān)控與監(jiān)測(cè)，在這里包含數(shù)據(jù)庫(kù)、屏幕監(jiān)控、監(jiān)控機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊處理等。

3）中心監(jiān)控層。中心監(jiān)控層的主要任務(wù)是將全部煤礦總體進(jìn)行監(jiān)控與監(jiān)測(cè)的部分，它肩負(fù)著多個(gè)煤礦的監(jiān)控與監(jiān)測(cè)任務(wù)，中心監(jiān)控層包括對(duì)外工作的服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)煤礦服務(wù)器、報(bào)警礦井設(shè)備、監(jiān)控礦井設(shè)備、總的服務(wù)器等。

4）互聯(lián)網(wǎng)層。它是系統(tǒng)的最高層，它的主要任務(wù)是基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控與監(jiān)測(cè)，在這里不需要特殊設(shè)備，只要計(jì)算機(jī)能夠上網(wǎng)即可[6]。

圖3 采集數(shù)據(jù)原理圖

2.4 功能系統(tǒng)塊

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊功能主要包括：命令控制模塊、生成報(bào)表模塊、顯示數(shù)據(jù)歷史模塊、現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)模塊、報(bào)警短信模塊、抽放瓦斯模塊、解碼編碼模塊、監(jiān)控視頻模塊、通信專用模塊、參數(shù)專用模塊、用戶專用模塊等[7]，見圖4。

圖4 系統(tǒng)模塊功能圖

3 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)采用控制傳輸高速的先進(jìn)技術(shù)，可靠、快速的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視、監(jiān)控，使用開放協(xié)議的通信，能夠?qū)崿F(xiàn)第三方通信設(shè)備的連接，具有非常強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，這些將會(huì)是監(jiān)控監(jiān)測(cè)煤礦安全系統(tǒng)主要的發(fā)展方向。