計算機智能監控系統在現代煤礦生產中的應用

◆李強 閆飛

計算機智能監控系統在現代煤礦生產中的應用

◆李強 閆飛

（陜西省榆林市榆能集團榆神煤電有限公司 陜西 719000）

在煤礦生產中應用計算機智能監控系統不僅能夠提升煤礦生產管理效率，還能減少煤礦傷亡事故，是現代煤礦生產行業的發展趨勢。本文首先介紹傳統煤礦生產監控系統中存在的問題，然后分析計算機智能監控系統的工作原理、通信設計特點和用于煤礦生產的優勢，最后對計算機智能監控系統在現代煤礦生產中的具體應用進行探討，希望能為有關企業提供一定參考。

計算機智能監控系統；煤礦生產；應用

近年來，隨著各種先進技術和機械設備的應用，我國煤礦行業已經基本實現現代化生產作業，但同時煤礦生產的管理問題和安全問題也日益突顯。計算機智能監控系統是綜合利用計算機技術、信息傳輸技術以及傳感器技術等最新技術進行遠程監視控制的系統，該系統的應用為現代化煤礦生產提供了全新的管理技術手段。

1 傳統煤礦生產監控系統中存在的問題

傳統煤礦生產基本依靠人工來完成，輸送機大多為帶式輸送機，其控制方法比較單一，啟動和停止都需要工人手動控制。由于煤礦生產工作環境比較惡劣，輸送機極易發生故障，常見的有輸送帶斷裂、輸送帶打滑、輸送帶運輸方向偏移等，如果輸送機工作過程中發生故障沒有被及時發現和處理，可能會影響整個生產鏈的有序運行，給煤礦生產帶來經濟損失甚至發生重大安全事故。

為了解決人工控制的缺陷，煤礦生產企業逐步推進監控系統的應用，但傳統的監控系統也存在一些不足。比如早期的模擬視頻監控系統，也稱為閉路電視監視系統，監控范圍只有100米左右，雖然可保存視頻、音頻和圖像，但存儲的內容只能在監控中心才能看到。再后來的數字視頻監控系統，其監控范圍擴大，可以進行遠程視頻傳輸與回放，還具備了自動異常檢測與報警、結構化的視頻數據存儲等功能[1]，但大多用的是局域網，不能通過互聯網實現信息共享，不利于上層管理者對煤礦系統的現代化統一管理和統一調度。

2 計算機智能監控系統的工作原理和優點

2.1 工作原理

計算機智能監控系統是依托于計算機技術、信息傳輸技術以及傳感器技術等多種現代化技術手段，對煤礦生產鏈進行綜合監測和控制的系統。該系統由中心站、信息傳輸裝置和傳感器執行裝置三大部分構成，工作原理是：布置在煤礦生產現場的傳感器對監控范圍內的工作環境、機械設備的運行情況進行監測，并將監測到的圖像、聲音、視頻等信息通過傳輸設備傳遞給中心站，然后系統中心對接收到的信息進行分析處理，并根據分析結果發出相應指令，以此來實現對煤礦生產的遠程智能監測與控制。計算機智能監控系統結構如圖1所示。

2.2 通信設計特點

計算機智能監控系統利用計算機進行串行通信來實現對煤礦生產的監視和控制。從通信設計角度來講，該系統由上位機與下位機兩個部分構成。下位機包括工業用單片機、傳感器及其連接件、電源電路和放大電路、A/D轉換電路、報警輸出電路等硬件。下位機將采集到的煤礦生產情況轉換為光纖信號后傳送到上位機中，上位機連接的計算機對光纖信號進行識別解碼，并將解讀結果以圖像、聲音、視頻等形式展現在顯示屏上，如果計算機分析發現下位機傳送的信息包含故障信號，就會控制上位機連接的報警器發出相應警報，同時根據診斷出的故障類型自主下達處理指令。

圖1 計算機智能監控系統結構示意圖

在計算機智能監控系統中，大多采用“一對多”的通信形式，即利用一臺上位機通過多個下位機對煤礦生產現場的多個生產環境和機械設備實施監視和控制。為了保證系統通信有序進行，避免因上位機、下位機之間發生通信沖突影響監控效果，在實際應用中需要采用2級通信形式，在上位機和下位機之間增加控制中心一環。下位機采集到的現場信息要先發送給控制中心，然后控制中心再傳送給上位機，同樣的，上位機發送的控制指令也要經過控制中心再到達下位機的智能終端，這樣將控制中心作為上、下位機之間的緩沖環節，可以有效提升上位機和下位機之間的通信穩定性與可靠性。

2.3 計算機智能監控系統的優點

相比于人工控制和之前的模擬視頻監控系統、數字視頻監控系統，計算機智能監控系統具有以下優點：

（1）智能監控系統代替了傳統的人工手動控制，利用多個傳感器和傳輸設備實現了對煤礦生產鏈的全面監測和控制，監控效果大大提升，既優化了人力資源配置，又能避免人工控制發生安全事故。

（2）智能監控系統對煤礦生產設備工作情況信息的監測和傳輸更加清晰、及時，在設備發生故障后能夠迅速發出反饋指令，防止故障造成的損失進一步擴大。

（3）智能監控系統實現了遠程操控，同時利用互聯網技術實現了監控信息共享，有利于對煤礦系統的現代化統一管理和調度。

3 計算機智能監控系統在現代煤礦生產中的具體應用

3.1 實時顯示現場工作情況

實時顯示監測信息是計算機智能監控系統的基本功能。煤礦生產企業可以將下位機設置于主井口與副井口、各個出入口、掘進區、監控室、采煤區與井下通道、機房等地點，全方位覆蓋煤礦生產作業的各個環節，下位機將采集到的音視頻信息經過初步處理傳遞給上位機，上位機對收到的信息進行特殊處理后以音視頻的形式顯示在屏幕上。這個過程保證了信息采集、傳輸和顯示的可靠性，且在屏幕上顯示的礦井環境情況和設備工作狀態與現場實際情況保持一致，使監控人員通過系統能夠實時、準確地了解到煤礦現場的作業情況。

3.2 智能判別設備運行故障

帶式輸送機是現代煤礦生產的主要設備，其故障的監測和防治對于煤礦生產企業的正常運行具有重要意義[2]。煤礦企業可以利用計算機智能監控系統對輸送機故障進行智能化判斷，從而提升故障處理效率。具體方法是：將輸送機常見故障如打滑、斷帶、縱撕、跑偏、堆煤等，通過程序的編輯對應到相應的字節上，當輸送機發生故障時，監控系統根據相應的字節來判別故障類型，進而對故障進行智能的分析判斷，同時提出應對策略，為工作人員提供參考。

3.3 輸送機的自動化控制

智能控制是計算機智能監控系統另一基礎功能，煤礦企業利用這一功能可以實現對煤礦生產鏈上各設備工作狀態的自動化控制。以輸送帶張力的自動化控制為例，下位機將輸送帶張力值轉換成數字量并傳遞給上位機，上位機將獲取到的數字量與預設的上、下限數字量進行對比，當發現張力超限時迅速給出相應的報警信號與觸點信號，而觸點信號既可用于輸送帶電機正反轉的控制，也可用作輸送帶電機的開關信號，完成對輸送帶張力的自動化控制。

3.4 在井下環境控制中的應用

針對計算機智能監控系統具有的遠程控制設備運行的功能，可以將該系統用于井下環境智能控制的工作中。下面以智能控制礦井中粉塵濃度為例進行說明。

在煤礦開采區的主要回風大巷中安裝粉塵濃度傳感器、電磁閥供電開關、防爆電磁閥和噴霧灑水裝置，計算機接收到粉塵濃度傳感器傳送的信號后進行數據分析，以圖表等形式展現出來，同時根據井下巷道內的實時粉塵濃度來確定是否需要噴霧灑水以及何時停止噴霧灑水，并下達相關指令。當粉塵濃度達到一定上限時，井下分站對電磁閥供電開關執行斷電動作，電磁閥供電開關選用常閉狀態供電，隨即防爆電磁閥在供電狀態下打開供水管道通路，噴霧灑水裝置開始工作；當粉塵濃度回落到某一數值后，井下分站對電磁閥供電開關執行復電操作，電磁閥供電開關控制電路轉換為開路狀態，防爆電磁閥失電，其控制的供水管路被切斷，噴霧灑水裝置停止工作[3]。

3.5 應用注意事項

在計算機智能監控系統的應用過程中，有兩點需要特別注意。其一，系統的上位機大多采用的是微軟通信控件，因此上位機的設計中應盡量減少Flash動畫的使用，否則，監控界面使用較多的Flash動畫設計會影響系統的通信穩定性，造成上位機與下位機的連接中斷。其二，在智能監控系統應用過程中有時會發生信號缺失，導致上位機傳遞的指令不能全面、準確的傳遞給下位機，因此在選擇下位機硬件設備時，應充分考慮設備是否有較強的排除干擾信號的能力，從而保證下位機對上位機指令的有效執行。

綜上所述，計算機智能監控系統相比于傳統人工控制和模擬視頻監控系統、數字視頻監控系統，監測和控制效果更佳，將其應用于現代煤礦生產中能夠實現現場工作情況的實時顯示、設備運行故障的智能判別、輸送機工作狀態的自動化控制以及礦井開采區環境的智能控制，既優化了人力資源配置，又能避免人工控制發生安全事故，值得廣泛推廣和深入研究。

[1]田永強.智能視頻監控技術研究及應用[J].科技資訊，2019，017（005）：6，8.

[2]武林海.帶式輸送機常見故障檢測及防治系統研究[J].煤礦機械，2019，40（02）：145-147.

[3]陳國永.智能監控在煤礦設備安全運行中的應用[J].數字技術與應用，2017（7）：121，123.