基于通風需求的礦用水倉智能安全管控系統的研發

王云飛

（山西馬堡煤業有限公司， 山西 長治 046300）

引言

水倉就是在煤礦井下排水系統中起著貯存全礦井井下涌水和沉淀涌水泥沙的作用[1]。在煤礦的生產采區，必須按要求對采區水倉進行設計施工。因此在煤礦建設和生產中，水倉起著重要的作用，人員進入水倉作業，快速開啟水倉門鎖顯得尤為重要，傳統的機械門鎖鑰匙管理很麻煩，而且還需要設置專門管理鑰匙的人員崗位，鑰匙丟失和人員更換都需要更換鎖和鑰匙，如果工作人員忘記攜帶鑰匙，未能快速進入水倉工作，會耽誤工作進度，引起不必要的危險?，F如今，礦井安全己成為制約煤礦開采的重要關鍵問題。在煤炭開采過程中，一旦發生透水事故，輕則損壞機電設備，重則水淹巷道，危及工作人員生命。煤礦井下排水系統作為井下生產中一項重要系統，為確保礦井正常安全地生產，排水系統必須有足夠的排水能力和較高運行可靠性。另外，在人員進入水倉作業時，要保證作業環境的安全，如果不能及時檢測瓦斯，啟動風機進行調控，將有可能造成人員傷亡事故，由此可見，解決水倉巷道瓦斯超限、人員進入自動啟動風機等問題是很有必要的。

1 系統功能特點

1）礦用水倉門禁智能安全控制裝置集刷卡開門、自動上鎖，遠程控制于一體，同時具備視頻監控語音對講以及地面控制柵欄電動鎖的開啟關閉功能。人員開啟水倉柵欄門需刷卡，同時自動啟動風機并延時開啟柵欄門，保證人員安全進入。

2）礦用水倉門禁智能安全控制裝置可以外接瓦斯超限閉鎖斷電傳感器，同時具備控制風機起停的輸出節點。正常情況下，當電動鎖開啟時，風機啟動運行。裝置具有水倉巷道瓦斯檢測功能，當瓦斯超限時自動啟動風機，同時閉鎖柵欄門，禁止人員刷卡進入，直至瓦斯恢復正常。

3）礦用水倉門禁智能安全控制裝置具備上電自檢功能，可以自動正確處理斷電到上電過程中引起的誤上鎖或者誤開鎖運動。

4）具備水倉作業人員監測功能，水倉內有人員作業時風機一直工作，直至作業人員離開水倉并自動上鎖后，風機自動停止。

5）地面調度室設置了遠程監控平臺，遠程控制自動開閉電動鎖，工作人員需進入硐室未帶門禁卡時，可通過就地端與地面視頻對講，確認準許進入后可由地面控制中心遠程開鎖，地面實時監控井下水倉作業情況。

裝置流程圖如圖1所示。

圖1 裝置流程圖

2 設備原理

礦用水倉門禁安全控制裝置由電動鎖、電氣控制箱、門禁控制器[2]、門禁卡、LED顯示屏、紅外熱釋傳感器、瓦斯傳感器和風機組成，電動鎖安裝在水倉柵欄門上，門禁控制器安裝在電動鎖的上方或者巷道墻壁上，LED顯示屏安裝在水倉柵欄門的最上方，紅外熱釋傳感器和瓦斯傳感器安裝在水倉硐室內部上方，電氣控制箱分別與電動鎖、門禁控制器、LED顯示屏、紅外熱釋傳感器、瓦斯傳感器和風機控制連接。

礦用水倉門禁安全控制裝置采用類似樓宇小區門禁系統設計，集刷卡開門、自動上鎖，遠程控制于一體的門禁裝置，同時具備視頻監控和語音對講功能，可以實現與調度中心對講等功能，可以智能監測并自動啟停風機，有效避免水倉巷道瓦斯超限，實現水倉柵欄門的智能管理與風機聯動控制。

3 系統軟件功能的設計

根據系統實際應用環境和功能需求，提出系統的總體解決方案和軟件功能設計。按功能主要分為信號采集轉換模塊和集成控制處理模塊。首先紅外成像探測器[3]將采集的模擬視頻信號傳送到圖像采集盒中，經過AD轉換，在此過程中進行隔行傳送并內插處理，解決視頻圖像丟失問題，然后將待處理的數字視頻信號傳輸到處理器中，處理器對到達的每一幀視頻圖像進行圖像縮放處理，采用雙線性插值算法對原始視頻流進行縮放。然后對視頻的每一幀進行圖像預處理，圖像增強，目標識別算法，完成對每一幀圖像中行人目標的檢測和定位，若判斷作業人員在水倉區域，則進入軟件保護控制處理模塊中。預警保護策略為：對目標進行判斷，若水倉區域內不存在工作人員，則不采取任何措施，系統繼續保持監測；若作業人員進入水倉區域內進行工作，則發送控制指令，通過繼電器控制報警燈進行聲光報警，提示正有作業人員在水倉內作業，微處理機重新發送通訊控制指令，控制通風機持續工作，防止通風機停止工作。若檢測到目標全部離開水倉，微處理機重新發送通訊控制指令，控制報警燈停止報警，系統繼續保持監測。軟件流程圖如圖2所示。

4 門禁系統的設計

礦用水倉門禁安全控制裝置由電動鎖、電氣控制箱、門禁控制器、門禁卡、LED顯示屏等組成。其中射頻讀/發卡器[4]是整個門禁系統的核心，在系統中負責讀/發卡、向控制器發送控制信號等工作。門禁系統框圖如圖3所示。

4.1 發卡器

發卡器是一種專用的IC卡讀寫器，發卡器與卡片之間采用一對一通信方式，其作用是完成IC卡與PC機之間的信息交流。發卡器直接與PC機通過RS232串行口相連，由系統管理員操作，在PC機上設置好要寫入的數據，發出特定的寫卡命令后完成。

圖2 系統軟件流程圖

圖3 門禁系統框圖

4.2 讀卡器

讀卡器在門禁系統中是核心的工作機，讀卡方式屬非接觸式讀卡，持卡人只需將卡片在讀卡器感應區內快速晃動一次，讀卡器便通過射頻信號與IC卡通信，認證密碼，讀寫卡中的數據，并將其存入讀卡器系統的存儲器中。整個過程只要在有效的刷卡范圍內均可實現門禁管理功能。它可以獨立工作，也可以聯網工作，通過RS485或RS232串行口與主機相連。在聯網的情況下，讀卡器能應PC管理機的請求將存放在存儲器中的數據一次性地傳送給PC機。

射頻讀卡器采用單片機設計，由一臺微處理機及相應的外圍電路組成。本門禁系統采用AT89C52單片機作為射頻讀卡器的核心電路，配置射頻讀寫芯片、天線耦合電路、天線、RS232通信接口等部分。系統的工作原理是先由微處理器AT89C52控制射頻識別讀寫器讀取IC卡的信號，然后AT89C52根據所得數據輸出開關量信號，用于控制電控鎖繼電器的動作和讀取門卡的磁信號，并且與整個上位PC機之間進行通訊，獲得指令以及傳輸系統狀態等。

5 結語

基于通風需求的礦用水倉智能安全管控系統的投入運行，可以實時監測水倉狀態，確保水倉內的瓦斯濃度低于安全水平，操作方便，系統反應迅速可靠，能夠確保水倉柵欄門打開后通風機運行，有效保障作業人員安全。對預防和避免水倉安全事故、提高煤礦自動化、數字化水平具有重要意義。系統總體可靠性強、靈敏度高、安裝調試簡單，有較大的推廣價值和廣泛的應用前景。