摘 要 我國煤炭生產(chǎn)的安全形勢一直以來就比較嚴(yán)峻，而制約現(xiàn)代煤炭工業(yè)發(fā)展的主要問題就是煤礦的生產(chǎn)安全問題，這需要相關(guān)部門和人員重點加強安全監(jiān)控，并從技術(shù)角度進行相關(guān)研究工作。安全監(jiān)控系統(tǒng)作為一種重要的保障措施應(yīng)該得到廣泛關(guān)注。而國外從20世紀(jì)60年代以來就已經(jīng)開始了有關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。本文也將以現(xiàn)代多系統(tǒng)融合技術(shù)為參考標(biāo)準(zhǔn)，探討如何建立更加完善的安全監(jiān)控系統(tǒng)模式。

　　關(guān)鍵詞 多系統(tǒng)融合;煤礦企業(yè);安全監(jiān)控系統(tǒng)

　　引言

　　煤礦的安全監(jiān)測系統(tǒng)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(shè)備工作狀態(tài)保持正常時，我們也可以將所獲取到的數(shù)據(jù)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(tǒng)的特點體現(xiàn)在數(shù)據(jù)信息內(nèi)容多、信號傳輸時間長和檢測環(huán)境比較復(fù)雜等幾個方面，如何通過有效的技術(shù)手段集中現(xiàn)有的系統(tǒng)監(jiān)控方案，也成為相關(guān)研究的重點內(nèi)容。

　　1 安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件功能

　　1.1 安全監(jiān)控功能

　　煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)本身在井下會設(shè)置分站，不同分站的結(jié)構(gòu)設(shè)計保持相似。硬件設(shè)計包括對電源和電路的設(shè)計、控制電路設(shè)計、信號采集電路設(shè)計與數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計等。安全監(jiān)控的主要功能是通過多網(wǎng)和多系統(tǒng)的融合方式將人員管理、電力監(jiān)控和設(shè)備監(jiān)測等方面融入監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，解決傳統(tǒng)的礦井下“信息孤島問題”。從這一角度來看井下的多網(wǎng)和多系統(tǒng)融合方案將圍繞數(shù)據(jù)融合的客觀要求，建立安全監(jiān)控系統(tǒng)與GIS融合體系。

　　1.2 人員定位

　　人員定位系統(tǒng)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(shù)據(jù)接入的方式，可以讓各種類型的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中建立多系統(tǒng)融合平臺。數(shù)據(jù)可以直接地在操作員站或是某些可視化的應(yīng)用軟件當(dāng)中進行顯示，這樣可以實現(xiàn)對人員的管理和監(jiān)控，也可以對生產(chǎn)數(shù)據(jù)和狀態(tài)進行查詢和分析，為礦井?dāng)?shù)據(jù)提供合理的平臺與防衛(wèi)接口。各類參數(shù)在經(jīng)過整合和數(shù)據(jù)處理分析后可以接收到來自于上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)，井下的一氧化碳濃度、瓦斯情況等環(huán)境信息也可以成為通信狀態(tài)的重要組成部分，并且在屏幕上顯示，相關(guān)技術(shù)人員可以查閱并分析[1]。如果井下出現(xiàn)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(shè)計

　　語音廣播設(shè)計系統(tǒng)本身要在結(jié)構(gòu)、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(huán)境的具體特點。對于井下監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)修改的方式對輸出信號做出調(diào)節(jié)，保障傳感器的適應(yīng)程度[2]。在不影響系統(tǒng)安全運行的前提下可以利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)資源、電話系統(tǒng)資源和工作面擴播資源進行組網(wǎng)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。另外，語音設(shè)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(shù)據(jù)源也包括廣播調(diào)度臺和某些用于生產(chǎn)調(diào)度指揮的多媒體終端。

　　1.4 多系統(tǒng)融合設(shè)計

　　多系統(tǒng)融合設(shè)計的主要功能體現(xiàn)在安全監(jiān)控、人員定位、語音廣播系統(tǒng)三個方面，同時其他的子系統(tǒng)融合接口也會相應(yīng)開放?？傮w設(shè)計過程中會按照子系統(tǒng)生成多網(wǎng)融合所需求的數(shù)據(jù)信息，且安全監(jiān)控系統(tǒng)生成內(nèi)容之后可以統(tǒng)一地提取和存儲。數(shù)據(jù)交換以FTP方式為主，且不同的系統(tǒng)功能體現(xiàn)在不同方面。

　　如安全監(jiān)測監(jiān)控功能具有數(shù)字傳感器顯示、開關(guān)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(tǒng)功能圖顯示、數(shù)據(jù)開關(guān)狀態(tài)顯示、電源管理與自診斷功能、操作權(quán)限功能;語音系統(tǒng)和應(yīng)激系統(tǒng)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(diào)度，實現(xiàn)了安全監(jiān)管。

　　2 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要功能是將所有采集到的數(shù)據(jù)進行整合，并且在屏幕上顯示相應(yīng)的融合結(jié)果。上位機在發(fā)送數(shù)據(jù)命令之后再將執(zhí)行機構(gòu)的動作進行控制。整個系統(tǒng)軟件包括程序設(shè)計、系統(tǒng)模塊設(shè)計、環(huán)境參數(shù)設(shè)計、報警程序設(shè)計等。

　　2.1 主控芯片設(shè)計

　　主控芯片設(shè)計過程中，當(dāng)煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)啟動之后整個功能模塊會先進行初始化，讓系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以直接載入完成對模塊的初始化設(shè)計。在特殊的井下環(huán)境之下傳感器可能需要時間更長的預(yù)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(dāng)中。傳感器也可以定期地進行一次井下環(huán)境數(shù)據(jù)的研究和分析[3]。

　　2.2 CAN接口程序設(shè)計

　　CAN總線控制器可以讓內(nèi)部軟件的程序系統(tǒng)完成系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)傳遞工作。且在系統(tǒng)運行之前需要進行相應(yīng)的程序化處理，以設(shè)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(fù)位模式下完成，且初始化之前本身要預(yù)防中斷占領(lǐng)CPU情況的出現(xiàn)。通信過程中可以先將上位機數(shù)據(jù)傳輸打包成為符合CAN要求的格式與內(nèi)容，且發(fā)送時應(yīng)該選擇對應(yīng)的發(fā)送緩沖器。當(dāng)緩沖器處于非工作狀態(tài)指示就會將里面包含的內(nèi)容進行傳輸返回，將其作為相應(yīng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷某一幀的數(shù)據(jù)是否能發(fā)送成功。

　　總線接受信息本身是通過中斷而實現(xiàn)，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(yīng)的數(shù)據(jù)。每次CAN中斷后就會接收到一次完整的CAN報文數(shù)據(jù)，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(xù)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(jiān)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(dāng)后備電源能夠為系統(tǒng)進行供電時，在電壓過低的狀態(tài)也會將電路進行切斷。

　　2.4 數(shù)據(jù)采集和融合程序設(shè)計

　　數(shù)據(jù)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(xiàn)，多個脈沖量的周期可以按倍計算而獲得頻率的大小數(shù)據(jù)。而電壓量的采集則可以通過AD模塊實現(xiàn)，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后煤礦井下的子程序數(shù)據(jù)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(huán)境參數(shù)，可以通過局部融合全局的方式獲取相應(yīng)的結(jié)果。具體來看，在設(shè)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(shù)據(jù)融合的過程在融合程序之內(nèi)可以通過專家數(shù)據(jù)庫確定檢測系統(tǒng)的識別框架，對其進行概率分配，按照融合結(jié)果了解到煤礦災(zāi)害可能產(chǎn)生的情況，對應(yīng)地進行合理操作。

　　3 結(jié)束語

　　基于多系統(tǒng)融合的煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)可以從硬件和軟件方面進行優(yōu)化，避免傳統(tǒng)的信息判斷不全面問題。另外，本次研究還對硬件電路設(shè)計、內(nèi)部軟件流程設(shè)計進行了探索，以便于對井下環(huán)境進行監(jiān)控。以煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的研究和開發(fā)入手設(shè)計基于數(shù)據(jù)融合的煤礦安全體系，能夠有效地發(fā)揮高精度和可靠性的優(yōu)勢，融入多種類型的電子技術(shù)、信息通信技術(shù)，實現(xiàn)今后煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化監(jiān)控和處理。

　　參考文獻(xiàn)

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

　　[2] 齊笑笑，郭佑民，齊金平.煤礦井下安全監(jiān)控多系統(tǒng)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(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的認(rèn)識和研究[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2010(4)：196.

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

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