煤矿智能监控系统在生产的应用

前言：本站为你精心整理了煤矿智能监控系统在生产的应用范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

摘要:近年来，我国煤矿井下安全事故频率不断增加，国家对防范煤矿开采安全事故高度重视，对煤矿的生产安全性提出了更严格的要求。传统煤矿开采管理大多依靠人工模式。随着现代科技的迅猛发展，利用现代计算机技术对煤矿进行跟踪性生产控制和管理已经成为新的发展方向。智能监控系统在煤矿安全生产管理工作中不仅具有效率较高、成本较低的优势，也能有效排查煤矿生产过程中存在的各类隐患。本文主要分析了煤矿智能监控系统硬件的设计方法，就煤矿智能监控系统在煤矿生产中的实践应用进行了探讨。

关键词:煤矿智能监控;硬件设计;生产管理;实践应用

现代计算机技术和互联网技术融入我国煤矿安全管理，进一步推动了我国煤矿信息化，随着我国智能管理技术趋于成熟，为煤矿的安全发展提供了巨大动力。例如，五一单片机就是煤矿智能监控系统核心零部件，能够在管理过程中兼容英特尔8031的所有管理指令，也是目前我国煤矿安全生产管理和智能管理应用最广泛的八位单片机之一。目前，该单片机被广泛应用在我国工业监测管理系统中，很多公司在推出该系列的兼容性管理机器之后，迅速在市场上占据了一席之地。五一单片机属于入门级别的单片机，也是目前我国智能化矿山管理工作中应用最广泛的硬件设备。简单地说，现代的智能化监控和管理系统在煤矿的应用大致可分为前期的调研阶段、概念模型的设计和抽取阶段、企业模型的构建阶段、数值的计算及结果评估阶段这四个阶段。而煤矿监控子系统对数据信息的分析结果也是监控系统进行自动化操作的主要判断依据，需要将数据监测的结果与标准值进行对比后，再将数据监测结果传输到后台监控中心。因此，本文对五一单片机的智能监控系统在煤矿安全生产监督上的应用全方位分析。

1智能监控系统的主要功能

1．1数据实时上传功能智能监控系统能够实现对井下测量传感器数据的实时测收，为提高数据信息的传递效率和精确性，新型监控系统通常采用事件方式对数据信息进行上传。可以对上传事件进行阈值的前期设定，一旦超过了阈值的额定范围，就被定义为事件发生。如果在煤矿生产过程中发生事件，数据信息会被传递到后台的管理中心。例如，某一区域的瓦斯浓度超过了警报值，就已经进入了事件的阈值，会被传感器判定为事件发生状态，在这种情况下，数据将会实时上传到后台的监控中心，为确保煤矿的安全生产提供数据支撑。

1．2故障诊断功能智能监控系统具有分析设备故障信息的功能。上位机可以读取此设备寄存器中提前设置好的命令，了解煤矿生产设备存在的故障。例如，瓦斯传感器在发生催化元件脱落或进水等故障问题时，可能会出现探头短路、内部数据比例失衡等现象，采集的数据信息也会超过正常范围。在这种情况下，传感器会自动存入故障信息，而上位机可以通过读取子系统的寄存故障信息了解设备的故障。

1．3异地控制功能智能监控系统具有异地控制功能。该异地控制不是单纯地依靠上位机及自动监控系统的巡检周期实现的，而是当异地断电事故爆发时，监控分站快速将该事件通过一种特殊的命令方式传递给后台控制中心，异地断电的受控分站会接收到特殊的命令，并立刻执行断电的命令。1．4传感器的即插即用功能传感器的即插即用意味着上位机不需要对传感器类型和总线传递类型进行分别，可以根据接入的传感器自动判断识别其种类。井下的工作安装人员将传感器接入到分站的端口上，也可以根据传感器发布的数据信息自动识别传感器的类型，并根据不同的数据类型生成相应的数据测量范围、报警阈值等配置信息，分站将识别到的类型数据通过总线模拟形式发送给上位机，上位机接收数据信息后，就会在软件的操控界面提醒后台管理人员有新的传感器接入，提醒信息中包括了传感器的设备类型及监测点。当监测人员确认新的传感器接入之后，上位机会自动判别传感器类型，并将传感器分配到相应的传感端口之下。

2智能监控系统的硬件设计和软件设计

2．1单片机的选择单片机是煤矿安全智能监控系统构建过程中最核心的单元，在煤矿生产过程中，所有系统功能的基础都来源于对井下实践操作数据的收集，因此单片机必须能完成对井下工作数据的收集和抓取任务，还需要对采集的数据信息进行综合性处理和整合，之后才能接通外部的沟通设备和显示设备，将数据信息呈现到后台管理人员面前。例如，在井下瓦斯数据的监测过程中，如果收集的瓦斯浓度数据已经超过额定标准值，智能监控系统会自动发出声光警报信号，并支持驱动继电器对现场的瓦斯浓度分析和处理。目前，考虑到煤矿安全生产监控系统必须具备稳定性较强、性价比较高的特性，大多数安全监控系统都会选择由美国英特尔公司生产的8751单片机。8751单片机内部的中央处理器可以作为煤矿安全智能监控系统的核心运算部分及操作执行部分，还包含了128byte级别的用户数据存储容量，基本上能满足矿山企业生产过程中的数据存储需求。该单片机还含有4096程序控制器及双16位的计数器，基本能与井外的后台通信系统相互对接，满足了井内外数据通信需求。

2．2安全生产监控系统的联网硬件设计在安全生产监控系统的联网设计构架中，单片机通常占据较为核心的地位。监控系统的整体网络构架都由虚拟网络技术完成，主要是为了满足井内外数据信息的快速衔接和传递要求，在智能化监控系统的任意两个计算机网络点之间，都不存在传统的物理连接链路，信息传递是构建在共用网络服务商提供的网络平台之上的。例如，我们熟知的Internet、Atm步传输模式等技术之上构建的逻辑网络，井下管理传感器收集到的数据信息会自动在逻辑链路中实现传输，不需要借助传统的物理链路，实现了数据信息的共享。该工作模式中应用的技术涵盖了跨共享网络或公共网络的封装、加密信息传递技术与身份验证获取技术、专用网络技术的扩展。监督系统的核心构架主要采用了隧道传递技术、加密技术、解密技术、密钥管理技术、身份识别技术等。在设计虚拟专用网络的管理系统之前，应严格区分煤炭矿区资源数据的传递线路，再通过对前期数据信息进行整合和规划，设计好不同类型数据信息的存储空间［1］。

2．3安全生产监控系统的软件设计在智能监控系统网络用户的软件设计工作中，接收数据信息的用户端软件接口通常会设计成11个功能模块。这11个功能模块又可以分为多个子功能，不同子功能之间可以进行补充和延展，完全可以根据不同煤矿用户的井下开采及安全管理需求进行调整和升级。通过个性化的软件设计手段，进一步提高智能监控系统对不同煤矿的服务水平。而服务器的终端还具备数据查询功能，后台监控人员可以对煤矿开采的相关数据信息进行提取和利用，找到数据信息之间潜在的关联，为煤矿的生产和管理顶层设计提供准确的数据支撑，也能为煤矿生产虚拟网络模型的构建提供基础数据。而在由核心网络模型组成的模块中，服务器针对数据信息的缓存技术和应用是至关重要的。服务器的缓存模块大致可分为缓存管理组件、索引管理组件。两部分在运行过程中可以分工合作，缓存管理组件需要根据索引分析组件提供的数据信息，在缓存空间中对数据信息进行预处理然后再向客户端发送信息。也可以利用数据库中现存的数据信息直接向客户端发送;而索引管理组件需要先分析客户在数据查询过程中提出的请求，再为客户罗列出数据信息列表［2］。

3煤矿智能监控系统在煤矿生产中的实践应用

3．1上位机监控动画的一致性传递监控系统在工作过程中必须确保传递到中央计算机的画面信息具备高度的时效性，显示器上显示的设备工作状况应与井下开采的实际状况保持一致。为确保上位机监控动画与井下开采实际状况的一致，在智能监控系统的设计过程中应采用二维数组技术，将现场设备与计算机的人机交互界面直接沟通，下位机可以将采集的数据和图像信号直接传递到上位机的处理中心，经过快速的图像处理和特定的数据存储，形成二维数组，然后利用系统自带的程序对二维数组读取和挖掘，再将读取的结果显示出来。不同的二维数组具备较强的独立性，因此数据信息的传递方式具有较强的可靠性，能够确保井上和井下监控动画传递的一致性和实效性［3］。

3．2生产期间非工作人员进入预警在智能监控系统的应用过程中，可以将设备支架挂在破碎机后端对应的顶部锚杆之上。摄像头会随着破碎机的运作逐渐移动。在井下的开采过程中，破碎机每一次移动之后，就可以将支架从原本所在的锚杆位置摘下，再挂到破碎机后端对应的顶部锚杆支架上。将监控画面中的警戒线设计在破碎机后方，这样可以快速读取煤矿人员的定位信息及准入信息。一旦煤矿开采人员触碰或超过警戒线，就需要对身份进行识别。如果超过警戒线的是非生产人员，系统将会自动发出警报信号。在破碎机正式启动时，生产控制系统也会向智能视频系统同步发送信号，此时视频中的警戒线已经生效，可以对外来人员的身份进行检测。当破碎机停止工作时，生产控制系统就会向智能识别系统发送停止识别信号，智能识别系统设置的警戒线会自动失效。在设置过程中，第一，必须确定智能视频装置的设计高度及监控破碎机的角度，然后根据警戒线的位置需求确认摄像头的具体位置，最后根据井下开采工作的进度方向重新调整或悬挂摄像头。第二，在摄像头安装完毕之后，需要对警戒线监测区域可以准入的人员进行规则设定。第三，实现生产过程中状态的关联性。一旦破碎机开始启动，生产控制系统就可以向智能识别系统发出相应的工作信号，意味着智能识别系统可以开始识别非准入人员。当破碎机停止运行时，识别系统失效［4］。

3．3泄露通信综合系统的应用泄露通信综合系统的核心是前端单元，可以从前端单元设置中延伸出四条泄露电缆，分别与井下操作的四个方向相互连接。同时，其还应该与地面的天线相互接轨，这样才能够确保地面移动通信信号接收的稳定性。地面通信信号可以通过带宽应用将数据信息解码后分别发送给监测和监控后台系统;而地下通信信号需要在规定的信息数据传输频率范围之内，将信号输送到泄露电缆的下行阶段进行传输［5］。

3．4通信方式的设计智能监控系统采用的通信方式大多数是两级通信方式，该通信方式并不是将井上的接收设备和井下的发出设备直接连接在一起，而是将井上井下两个信息传输设备分别与现场的控制中心相互衔接［6］。在衔接过程中，一台上位机最多能和现场控制中心的四个信号接收器连接，而一个现场控制中心最多可以与八个下位机智能终端信息收集系统相互衔接。也就是说，煤矿传输监控系统在生产过程中最多可以同时监控32台带式传送机操作状况。其中，上位的信息数据传递设备只会与现场的控制中心和后台中心直接联系，而现场控制中心则负责与多台下位信息传输设备进行沟通。为避免多个下位机在同一时间段内将作业信号发送到控制中心，引发信号干扰和冲突问题，在通信设计过程中还会采用上位机循环点名方式，确保下位机在传输过程中的传输有序性［7］。

4结语

综上所述，现代科学技术持续发展，很多煤矿在生产和管理的过程中开始意识到了信息化管理的优势，将智能监控系统融入煤炭生产管理。该技术的应用能够在智能化监控和调度指令下进一步提高煤炭生产的有序性和安全性。

参考文献:

［1］张洪亮．基于微服务架构的煤矿安全监管云服务平台［J］．煤矿安全，2022，53(08):129－133．

［2］陈小林．智能化矿山建设背景下的煤矿监管监察模式［J］．煤矿安全，2022，53(08):237－241．

［3］郭阳阳，赵程荣．综合管理智能化露天采矿策略分析［J］．露天采矿技术，2022，37(03):52－55．

［4］马建，黄增波，李泽芳．煤矿安全监控系统传感器在线升级技术研究［J］．煤矿安全，2022，53(04):135－139．

［5］李祥春，郭帆帆，董辰，等．基于霍尔三维理论的煤矿安全监管监察多方参与协同模型［J］．煤矿安全，2021，52(03):241－245．

［6］李强，闫飞．计算机智能监控系统在现代煤矿生产中的应用［J］．网络安全技术与应用，2021(08):133－134．［7］马新峰．安全供电监测监控系统在煤矿中的应用分析［J］．数码设计，2021(04):127.

作者:任艳 单位:中煤科工集团沈阳研究院有限公司 煤矿安全技术国家重点实验室