多系統融合背景下煤礦企業安全監控系統研究

張興輝

摘 要 我國煤炭生產的安全形勢一直以來就比較嚴峻，而制約現代煤炭工業發展的主要問題就是煤礦的生產安全問題，這需要相關部門和人員重點加強安全監控，并從技術角度進行相關研究工作。安全監控系統作為一種重要的保障措施應該得到廣泛關注。而國外從20世紀60年代以來就已經開始了有關監控系統的設計。本文也將以現代多系統融合技術為參考標準，探討如何建立更加完善的安全監控系統模式。

關鍵詞 多系統融合;煤礦企業;安全監控系統

引言

煤礦的安全監測系統作用是用于檢測和控制煤礦井下的瓦斯、一氧化碳、排水等狀況等。在各類機電設備工作狀態保持正常時，我們也可以將所獲取到的數據進行整合，以便于進一步展開研究分析和處理。通常來說系統的特點體現在數據信息內容多、信號傳輸時間長和檢測環境比較復雜等幾個方面，如何通過有效的技術手段集中現有的系統監控方案，也成為相關研究的重點內容。

1安全監控系統的硬件功能

1.1 安全監控功能

煤礦的安全監控系統本身在井下會設置分站，不同分站的結構設計保持相似。硬件設計包括對電源和電路的設計、控制電路設計、信號采集電路設計與數據傳輸電路設計等。安全監控的主要功能是通過多網和多系統的融合方式將人員管理、電力監控和設備監測等方面融入監控系統當中，解決傳統的礦井下“信息孤島問題”。從這一角度來看井下的多網和多系統融合方案將圍繞數據融合的客觀要求，建立安全監控系統與GIS融合體系。

1.2 人員定位

人員定位系統可以圍繞人員信息管理、人員呼叫工作、定位查詢和軌跡查詢工作展開管控。通過多種數據接入的方式，可以讓各種類型的生產數據、人員數據存儲在數據庫當中建立多系統融合平臺。數據可以直接地在操作員站或是某些可視化的應用軟件當中進行顯示，這樣可以實現對人員的管理和監控，也可以對生產數據和狀態進行查詢和分析，為礦井數據提供合理的平臺與防衛接口。各類參數在經過整合和數據處理分析后可以接收到來自于上位機發送的數據，井下的一氧化碳濃度、瓦斯情況等環境信息也可以成為通信狀態的重要組成部分，并且在屏幕上顯示，相關技術人員可以查閱并分析[1]。如果井下出現某些特殊狀況，例如斷電、瓦斯超限等，也可以直接通過人員定位功能完成人員的快速撤離。

1.3 語音廣播設計

語音廣播設計系統本身要在結構、性能上滿足工作要求，然后確保信息的完整程度。例如在語言傳感器方面，在傳感器輸出信號選擇上要綜合考慮到其是否能夠有效地反映出井下環境的具體特點。對于井下監控系統來說可以選擇井下專用的智能傳感器，一方面改進原有傳感器的信息處理和通信能力，另一方面也能通過參數修改的方式對輸出信號做出調節，保障傳感器的適應程度[2]。在不影響系統安全運行的前提下可以利用現有的以太網資源、電話系統資源和工作面擴播資源進行組網，從而實現系統的穩定運行。另外，語音設備界面功能具有非常簡便和易于使用的特點，讓使用者可以隨時地查閱信息，井下廣播的數據源也包括廣播調度臺和某些用于生產調度指揮的多媒體終端。

1.4 多系統融合設計

多系統融合設計的主要功能體現在安全監控、人員定位、語音廣播系統三個方面，同時其他的子系統融合接口也會相應開放。總體設計過程中會按照子系統生成多網融合所需求的數據信息，且安全監控系統生成內容之后可以統一地提取和存儲。數據交換以FTP方式為主，且不同的系統功能體現在不同方面。

如安全監測監控功能具有數字傳感器顯示、開關量和累積量顯示、模擬量顯示、傳感器曲線顯示、模擬動畫顯示、系統功能圖顯示、數據開關狀態顯示、電源管理與自診斷功能、操作權限功能;語音系統和應激系統則圍繞信息查詢、群呼功能、定時播放功能和歷史呼叫記錄查詢功能進行工作調度，實現了安全監管。

2煤礦安全監控系統的軟件設計

煤礦安全監控系統的軟件設計主要功能是將所有采集到的數據進行整合，并且在屏幕上顯示相應的融合結果。上位機在發送數據命令之后再將執行機構的動作進行控制。整個系統軟件包括程序設計、系統模塊設計、環境參數設計、報警程序設計等。

2.1 主控芯片設計

主控芯片設計過程中，當煤礦的安全監控系統啟動之后整個功能模塊會先進行初始化，讓系統數據可以直接載入完成對模塊的初始化設計。在特殊的井下環境之下傳感器可能需要時間更長的預熱期，即分站啟動之后要等待一段時間再真正地投入到工作當中。傳感器也可以定期地進行一次井下環境數據的研究和分析[3]。

2.2 CAN接口程序設計

CAN總線控制器可以讓內部軟件的程序系統完成系統的初始化、數據接收和數據傳遞工作。且在系統運行之前需要進行相應的程序化處理，以設置寄存器的方式來選擇CAN控制器的工作方法。需要注意的是初始化本身要在CAN控制器復位模式下完成，且初始化之前本身要預防中斷占領CPU情況的出現。通信過程中可以先將上位機數據傳輸打包成為符合CAN要求的格式與內容，且發送時應該選擇對應的發送緩沖器。當緩沖器處于非工作狀態指示就會將里面包含的內容進行傳輸返回，將其作為相應的狀態數據，判斷某一幀的數據是否能發送成功。

總線接受信息本身是通過中斷而實現，中斷過程可以保護信息接收的即時性，且不會因此而丟失相應的數據。每次CAN中斷后就會接收到一次完整的CAN報文數據，且中斷程序為了縮短整個處理過程的時間，并不會對CAN的報文信息進行后續處理。

2.3 后備電源控制程序

后備電源的控制程序在充電過程中會對電壓進行監測，如果電壓等級過高，則為了對電池進行保護，會將所有的充電電路進行切斷。此時當后備電源能夠為系統進行供電時，在電壓過低的狀態也會將電路進行切斷。

2.4 數據采集和融合程序設計

數據采集主要是對頻率量和電壓量的采集，其中頻率量的采集可以通過PWM定時器來實現，多個脈沖量的周期可以按倍計算而獲得頻率的大小數據。而電壓量的采集則可以通過AD模塊實現，將模擬量轉換為數字量后煤礦井下的子程序數據都可以成為流程組成部分。通過井下多個傳感器采集到的環境參數，可以通過局部融合全局的方式獲取相應的結果。具體來看，在設定初始值和閾值之后，局部融合中心就可以對多種類型的傳感器進行融合，同時給不同類型的傳感器進行判定[4]。數據融合的過程在融合程序之內可以通過專家數據庫確定檢測系統的識別框架，對其進行概率分配，按照融合結果了解到煤礦災害可能產生的情況，對應地進行合理操作。

3結束語

基于多系統融合的煤礦井下安全監控系統可以從硬件和軟件方面進行優化，避免傳統的信息判斷不全面問題。另外，本次研究還對硬件電路設計、內部軟件流程設計進行了探索，以便于對井下環境進行監控。以煤礦監控系統的研究和開發入手設計基于數據融合的煤礦安全體系，能夠有效地發揮高精度和可靠性的優勢，融入多種類型的電子技術、信息通信技術，實現今后煤礦生產環節的自動化監控和處理。

參考文獻

[1] 謝莉萍，馮鋒.基于RFID與WSN融合的煤礦安全監控系統[J].電腦知識與技術，2012（34）：8180-8182.

[2] 齊笑笑，郭佑民，齊金平.煤礦井下安全監控多系統融合方法研究[J].工礦自動化，2018，44（12）：9-13.

[3] 安永忠.對我國煤礦安全監測監控系統的認識和研究[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2010（4）：196.

[4] 何云文.新形勢下煤礦安全監測監控系統運維托管模式探討[J].能源技術與管理，2016（3）：179-181.