時間：2022-04-07 09:43:00
導語：在煤礦監(jiān)測系統(tǒng)論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優(yōu)秀范文，愿這些內容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領您探索更多的創(chuàng)作可能。
[摘 要] 煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的重要內容是加強煤礦安全生產管理，以防止煤礦事故的發(fā)生。所以，在煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)工作中務必提高應對各種突發(fā)事故的能力，因此加強煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)建設的專業(yè)素質至關重要，此外，還應加強制度上的規(guī)范管理，不斷的提高煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)設計水平，加強對現(xiàn)場的巡視和設備維護等都是必不可少的環(huán)節(jié)。筆者結合煤礦開采環(huán)境，對瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)在煤礦安全生產監(jiān)督中的應用進行了分析。
[關鍵詞] 瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)； 煤礦； 安全生產
作為煤礦安全生產監(jiān)控工作的關鍵性內容，信息的獲得無疑至關重要，而獲得信息的主要手段就是監(jiān)測技術。一般而言，通過煤礦安全生產現(xiàn)有的客觀資料，我們可以初步確定監(jiān)控的初始方案，進而在煤礦工程運營過程中根據(jù)監(jiān)測數(shù)值、經(jīng)驗方法等內容，開展反饋分析等工作，修正初步方案與施工網(wǎng)絡計劃，以保證工程按照最優(yōu)的設計與施工方案進行。因此，監(jiān)控工作的重要性也就顯而易見了。針對我國煤礦工程質量中的一些不安全因素，監(jiān)測技術在監(jiān)控中的應用能夠很好的解決此類問題，它不但可以很好地掌握工程的工作運營狀態(tài)，利用監(jiān)控數(shù)據(jù)對流量方案進行整改，并指導開采質量作業(yè)；還可以預見事故風險，采取一系列的事前措施，給建筑的安全管理提供信息，將事故突發(fā)率降至最低，保證了煤礦安全生產的穩(wěn)定性。通過太陽能光伏技術，我們可以很好地將太陽能轉換為電能，并廣泛應用在瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)當中，太陽能供電部分監(jiān)控結合了煤礦開采的相關特點，對煤礦地點的自然環(huán)境等因素進行分析，確定了系統(tǒng)設計相關參數(shù)，優(yōu)化了供電系統(tǒng)的相關參數(shù)，對煤礦領域的網(wǎng)絡瓦斯監(jiān)控起到了一定的作用。
1 煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的準備工作
1.1 規(guī)范制度，端正思想
一個良好的組織機構，除具備較好的運行機制和管理制度之外，還應該具有健全的崗位制度而且能夠將之貫徹執(zhí)行。因此，在煤礦安全生產網(wǎng)絡瓦斯監(jiān)控過程中，我們需要一個合適的監(jiān)控管理結構，以便于明確各個工作人員的職權問題，保證個人任務到位，避免權力交叉和責任推諉的現(xiàn)象發(fā)生，這些問題都可以通過建立健全的崗位責任制度得以解決。此外，工作人員不但要對網(wǎng)絡瓦斯監(jiān)控知識有一定了解，思想上時刻保持著“安全第一”意識，保證將綜合自動化安全意識滲透到工作的每一個層面，全面提升安全作業(yè)人員的工作責任心與使命感。
1.2 加強瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的設備管理
加強設備巡視管理是網(wǎng)絡瓦斯監(jiān)控的重點，預防設備異常的發(fā)生是監(jiān)控運行管理的主要內容。為了保障監(jiān)控儀器的準確性，應該建立完善的設備定檢制度，儀器設備需要進行定期的檢測，對于一些使用頻率高的儀器，更是要依據(jù)規(guī)定檢測并建立相應的維護記錄以隨時了解其運轉狀態(tài)，保證其正常的運行和及時的維護。
1.3 提高瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的技術管理
由于煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)存在很大程度上的特殊性，而作為貫徹于瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)整個流程的重要要素，技術管理在中的作用不容小覷。因此，加強設備的絕緣監(jiān)督工作，利用聲波檢測、光譜分析等監(jiān)督手段，及時地發(fā)現(xiàn)并排除故障無疑勢在必行。煤礦安全工作一旦脫離了技術的支持，就難以稱作是有效的工作。對于系統(tǒng)運行工作的異常情況，及時采取跟蹤測溫，利用圖譜庫進行分析對比，并提出檢測修改的建議，以此來加強設備的有效運行。
2 煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的設計
2.1 聯(lián)網(wǎng)設計
為達到網(wǎng)絡帶寬的預定要求，在瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的設計中采取分層瓦斯轉發(fā)、本地局域網(wǎng)組播的設計方案，也就是在每個網(wǎng)絡層構設瓦斯轉發(fā)服務端口，并且在煤礦現(xiàn)場、區(qū)縣市局成立監(jiān)控管理中心，完善各部門瓦斯解碼器、電視播放墻等設施。具體的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)設計如圖1所示。由于煤礦施工長期通常都較為偏遠，帶寬并不充裕，這種聯(lián)網(wǎng)設計則可以很好地應用于廣域瓦斯聯(lián)網(wǎng)，若考慮到以后省級平臺瓦斯聯(lián)網(wǎng)模式，這種設計方案無疑當前2 Mb帶寬的最佳選擇，不然很容易致使監(jiān)控網(wǎng)絡不穩(wěn)定甚至不能使用。該聯(lián)網(wǎng)設計借助已知煤炭網(wǎng)的部分節(jié)點，經(jīng)上級授權之后連接并登錄瓦斯流管理服務端口，就可以輕松觀看該服務器監(jiān)控礦區(qū)的生產工作瓦斯，且不會增加前端帶寬負荷，可同時向多個用戶共享圖像信息。
2.2 安全系統(tǒng)體系結構設計
在圖2中，我們可以清楚地看到安全系統(tǒng)體系結構的設計方案。通過4個監(jiān)控工作站或D1單畫面輪巡，將畫面進行分割并上傳到瓦斯流管理服務端口，然后統(tǒng)一由瓦斯流管理服務端口對瓦斯信號進行存儲和，這樣有效地避免工作人員直接訪問客戶端而導致網(wǎng)絡擁塞現(xiàn)象。開展瓦斯監(jiān)控工作時，前端攝像機瓦斯線依次對前端畫面處理器、瓦斯服務器和光端機實施連接，通過光纜把接受到的瓦斯信號傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。在這個時候，其他用戶很容易不會根據(jù)已經(jīng)規(guī)定好的操作流程來對系統(tǒng)進行操作和數(shù)據(jù)處理，而且由于不受時間、地域的限制，他們還可能會通過輸入地址直接對數(shù)據(jù)庫實施訪問。如此一來，就很容易造成客戶肆意操作，最終致使后臺數(shù)據(jù)庫隨時都有崩潰的威脅。所以說，我們應該采取一些可運用的技術對系統(tǒng)進行盡可能全面的安全防范，比如說系統(tǒng)加密、防火墻、真實身份認證、授權控制技術等等。監(jiān)控中心在接收瓦斯信息后，第一時間想遠端的瓦斯服務器發(fā)出云臺控制信號，最終傳輸?shù)綌z像機云臺控制線，并直接上傳到系統(tǒng)客戶端。
2.3 瓦斯控制系統(tǒng)
在煤礦保護層上的回收期，我們可以將高抽巷側上方的石板巷回風巷段封閉采空區(qū)瓦斯抽放管，同時與上隅角采空區(qū)瓦斯抽采。抽巷形成的采空區(qū)瓦斯的頂板裂隙排水渠，對下部采空區(qū)瓦斯發(fā)揮作拉動用，減少采空區(qū)氣體排涌向工作面和的上隅角。通過分段砌筑封閉墻，在封閉墻中鋪設管路進行瓦斯抽采，抽采管路為240mm的鐵管，抽采流量為91 m3/min，封閉墻間距為110m。封閉墻的組成由砌筑兩道墻體，并在其內部充填黃泥，墻體厚度800mm，墻與墻之間的距離不小于4m，這樣可以很好地起到密閉和防爆的作用。每個封閉墻內鋪設兩道管路，在新的封閉墻砌筑充填完成時，根據(jù)瓦斯抽采量適時關閉里段抽采閥門，保障了高抽巷瓦斯抽采的連續(xù)性。
2.4 瓦斯流管理服務器設計
在瓦斯監(jiān)控設計中，瓦斯流管理服務器無疑是IP瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的精神內容。建立瓦斯流管理服務端口，不但可支持瓦斯管理系統(tǒng)同時被多名用戶訪問，而且還很好地解決了前端瓦斯受網(wǎng)絡帶寬限制的問題，從而保證了各部門及領導可以直接通過桌面計算機對瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進行訪問，隨時可瀏覽監(jiān)控現(xiàn)場圖像和瓦斯。服務器端擁有通過查詢數(shù)據(jù)庫，進而實現(xiàn)對煤炭安全生產信息化的作用，可以為計算機提供很多實用服務。瓦斯流管理服務器與空間數(shù)據(jù)庫建立連接，可提供大量查詢服務，例如屬性查詢服務、矢量和柵格地圖服務等。在網(wǎng)絡瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)組成部分中瓦斯流管理緩存服務器模塊是相當重要的，服務器端緩存模塊主要分為緩存管理組件和索引管理組件。兩部分組件分工合作，緩存管理組件是根據(jù)索引分析所得出的結果，在緩存中處理請求數(shù)據(jù)然后向客戶端發(fā)送，或者利用數(shù)據(jù)庫中已存數(shù)據(jù)，而索引管理組件先索引分析客戶端請求，制作出瓦片空間待處理數(shù)據(jù)列表。若能發(fā)展好緩存數(shù)據(jù)的利用，數(shù)據(jù)庫交互即可免去，同時數(shù)據(jù)的響應速度也會大大提高。總的來說，瓦斯流管理服務端為煤礦的安全生產提供了有效的圖像監(jiān)視選擇和瓦斯存儲的功能，可以徹底實現(xiàn)用戶權限管理、自動報警與生產安全建議。
2.5 KJ95安全監(jiān)控系統(tǒng)
KJ95煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)是由煤科總院常州自動化研究所開發(fā)的。該系統(tǒng)通過井下通信和工業(yè)電視監(jiān)視設備，對煤礦井下作業(yè)進行全程生產監(jiān)控。這一過程中的工業(yè)電視監(jiān)視和井下通信不但可以任意搭配組合，還可以單獨利用，能夠很好地滿足不同條件的礦井需求。在KJ95綜合監(jiān)控系統(tǒng)配置框架中，監(jiān)測系統(tǒng)與通信系統(tǒng)兩者之間相互獨立，主線采用光纖為材料，以確保通信系統(tǒng)所發(fā)出的語音信號和監(jiān)測系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)可以同時被地面的電端機所接收，為方便光纖傳輸，光端機會將混合后的電信號轉變成光信號，再通過礦井下的光端機把光信號轉換成電信號傳送至井下工作面，最終將數(shù)據(jù)和語音徹底分開。通過井下的電端機RS232口可以將數(shù)據(jù)信號傳送到礦井下的傳輸接口，然后由傳輸接口將之輸出帶到各個分站。通過分線盒可以把語音信號分送到各個話機，這一系列過程中語音信號與監(jiān)測數(shù)據(jù)都是雙向傳遞的。
3 實現(xiàn)效果
計算機網(wǎng)絡瓦斯監(jiān)控技術應用到煤礦安全生產來，根據(jù)所監(jiān)控出來的瓦斯數(shù)據(jù)，對煤礦生產過程實施自發(fā)監(jiān)控，并且數(shù)據(jù)處理敏捷準確，而且它可以直接對煤礦生產中必要的地物進行自動標注，并將標注數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，避免不必要的人為抄寫錯誤。最后在監(jiān)控成果表輸出以后，表格格式規(guī)范、信息完整，并能直接進行打印實現(xiàn)了導線點計算、展點、制表一體化。系統(tǒng)界面可視化、操作性強，監(jiān)控人員不必進行專門的學習或培訓，操作使用十分簡便。通過面板中輸出的原始瓦斯監(jiān)控畫面，可以切實地反映煤礦生產的真實狀況，它對煤礦監(jiān)控系統(tǒng)全過程進行瓦斯拍攝，在瓦斯監(jiān)控工作開展前掌握了煤礦各節(jié)點在實際結構中的相對位置及相互關系，很簡單地就可以完成固定環(huán)境輪廓的拍攝，提高了煤礦安全生產監(jiān)控的工作效率。計算機網(wǎng)絡瓦斯監(jiān)控管理不但簡單迅速，而且通過數(shù)據(jù)維護自動更新、表格目錄與導線名稱檢索等方法實施管理，煤礦安全生產監(jiān)控的效率明顯獲得了提高。
4 結論
煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)建設涉及到煤礦生產工作的數(shù)百個指標，需要調用大量的數(shù)據(jù)和信息，并要綜合平衡煤礦生產同勞動力之間、供求需要同可開采煤礦之間、煤礦企業(yè)自身效益同社會效益之間的各種關系，要求很高，業(yè)務性和技術性很強，煤礦煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)建設過程實際上是一個多目標動態(tài)決策過程。因此，順應技術進步的潮流，以計算機網(wǎng)絡技術為手段，輔助設計煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機對煤礦安全生產管理是非常必要的。
[摘 要] 應用物聯(lián)網(wǎng)技術對平頂山煤礦產區(qū)白龜山水庫水環(huán)境指標進行遠程自動、實時監(jiān)測，搭建相應的云計算平臺，實現(xiàn)海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時有效處理及數(shù)據(jù)共享，為實現(xiàn)白龜山水庫水資源可持續(xù)利用和用水安全提供保障。
[關鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng)； 云計算平臺； 水環(huán)境； 監(jiān)測； 白龜山水庫
水環(huán)境監(jiān)測是水資源管理和安全供水的重要前提。目前，我國各主要湖泊水庫的水環(huán)境監(jiān)測尚未實現(xiàn)無人值守和動態(tài)監(jiān)測，多采取監(jiān)測人員留駐湖泊水庫現(xiàn)場以人工方式采集水質數(shù)據(jù)，采集點和采樣頻次受到限制，獲取的信息量較小，且耗費大量人力物力，另外很多水質指標還需要帶回實驗室進行測定，導致數(shù)據(jù)信息無法及時進行時空對比分析。即使部分湖泊水庫采用較為先進的監(jiān)測技術，但由于獲得的時空數(shù)據(jù)量龐大，處理過程復雜度高，籌建所需的大量高性能計算服務器資金消耗巨大，很難實現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時、有效處理及合理快捷共享[1-3]。
自2009年以來，“物聯(lián)網(wǎng)”概念頻頻出現(xiàn)在人們的視野中。物聯(lián)網(wǎng)是指把所有物品通過射頻識別、傳感器等信息采集和識別設備與通信網(wǎng)絡（如Internet、GPRS、3G網(wǎng)絡等）連接起來，實現(xiàn)智能化管理和應用。日本、韓國、美國、歐洲一些國家基于物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術有效運用在生產生活中，通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)人類社會與物質世界的整合，從而提高了資源利用率和生產力水平[4-9]。物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展也為水環(huán)境的監(jiān)測提供了一個全新的方法和有效途徑，但同時物物相連的必然產生大量的數(shù)據(jù)信息，若將這些信息有機的聯(lián)合起來，就需要建立一個性能穩(wěn)定的云計算平臺，以解決物聯(lián)網(wǎng)海量水環(huán)境監(jiān)測信息的存儲和處理問題。因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術和云計算平臺結合，構建水環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)，搭建相應的云計算平臺，實現(xiàn)水環(huán)境信息的實時動態(tài)監(jiān)測和監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時有效處理及數(shù)據(jù)共享，為實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和確保用水安全提供重要依據(jù)[10-14]。
1 系統(tǒng)工程構建
1.1 系統(tǒng)體系架構
整個系統(tǒng)主要由水質監(jiān)測傳感子系統(tǒng)、多層次通信網(wǎng)絡子系統(tǒng)、云計算平臺和太陽能供電子系統(tǒng)構成，其體系結構如圖1所示。
水質監(jiān)測傳感子系統(tǒng)的下位機軟件采用中心對多點通訊方式，波特率為9600，采用心跳包實現(xiàn)保活機制，通訊信令采用ASCII碼信令。上位機軟件與數(shù)據(jù)中心之間擬通過TCP/IP協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；通過對系統(tǒng)層Socket的封裝，以及從數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層到應用層的集成融合通信方式，來實現(xiàn)用戶編程接口的統(tǒng)一。云計算平臺數(shù)據(jù)存儲中心基于Oracle數(shù)據(jù)庫來構建，事務處理采用并發(fā)機制和觸發(fā)器機制，最后通過作業(yè)調度來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的聯(lián)機事務處理（On-Line Transaction Processing， OLTP）。利用Oracle DWB來建立數(shù)據(jù)倉庫，提供分析型環(huán)境。所有的分析產品和用戶接口（User interface， UI）均采用B/S架構來實現(xiàn)。系統(tǒng)擬采用目前比較流行的開源框架SSH（Spring、Struts、Hibernate）來搭建。
1.2 各子系統(tǒng)架構
① 數(shù)據(jù)中心及采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)中心體系結構如圖2所示，數(shù)據(jù)流處理包括接收處理數(shù)據(jù)流和發(fā)送數(shù)據(jù)流。
接受及處理數(shù)據(jù)流
a） 通過由水質參數(shù)傳感器、濾波器、A/D轉化器組成的采集系統(tǒng)，獲得現(xiàn)場實時水質參數(shù)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)按照采樣頻率傳送至數(shù)據(jù)中心；
b） 數(shù)據(jù)中心接收到實時數(shù)據(jù)后，進行邏輯分析，剔除臟數(shù)據(jù)，將正確的數(shù)據(jù)存儲到瞬時數(shù)據(jù)庫；
c） 利用ETL（extract， transform and load）工具，結合企業(yè)數(shù)據(jù)庫的作業(yè)/調度以及觸發(fā)器等功能，利用瞬時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)生成適合分析、統(tǒng)計的水質分析型數(shù)據(jù)庫或者數(shù)據(jù)倉庫；
d） 利用數(shù)據(jù)倉庫分析產品或者BI（business intelligence）報表引擎，對分析數(shù)據(jù)庫或者數(shù)據(jù)倉庫進行數(shù)據(jù)分析處理，生成用戶需要的各種分析產品。
發(fā)送數(shù)據(jù)流
a） 用戶可通過移動終端設備（比如手機、PDA等）或固定終端的水質數(shù)據(jù)查看器登錄到數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)中心發(fā)送信令給采集系統(tǒng)，設定采集系統(tǒng)的采樣周期等參數(shù)信息；
b） 用戶還可以通過數(shù)據(jù)中心向供電系統(tǒng)發(fā)送控制信息，開啟或者關閉供電系統(tǒng)，或者對供電系統(tǒng)進行遠程調控。
② 多層次通信網(wǎng)絡子系統(tǒng)
多層次通信網(wǎng)絡系統(tǒng)架構如圖3所示，采取分層混合網(wǎng)絡體系架構，分為業(yè)務層、核心層、接入層、終端層四個層次。
③ 供電系統(tǒng)
太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池組件、太陽能控制器和蓄電池（組）構成。其中，太陽能電池板是將太陽輻射能轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作，是該系統(tǒng)的核心組件。
太陽能控制器控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并起到對蓄電池過充電保護和過放電保護的作用。蓄電池作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，當遇到陰雨天氣的時候或者光照不夠充足的條件下，特別是采集系統(tǒng)發(fā)生異常時，需要大功率高負荷的實時手動采集時，通過蓄電池來釋放能量。
1.3 相關算法
① 數(shù)據(jù)ETL算法
傳感器水質參數(shù)數(shù)據(jù)通過以下五個流程過程，實現(xiàn)提取、轉化和裝載，最終建立WSDW數(shù)據(jù)倉庫，算法實現(xiàn)流程圖如圖4所示。
② 分類預測算法
基于LSM模型的聚類算法，是一種無教師自動分類算法，針對待聚類的目標數(shù)據(jù)，隨機選取任意一個數(shù)據(jù)作為標兵數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)作為候選數(shù)據(jù)進行聚類。該算法具有敏感度低，數(shù)據(jù)選取次序無關等良好特性，非常適合傳感器數(shù)據(jù)的分析處理，本工程采用基于LSM模型的聚類算法進行水質業(yè)務數(shù)據(jù)分析。
2 系統(tǒng)在白龜山水庫應用
白龜山水庫位于淮河流域沙河干流上， 大壩位于河南省平頂山市西南郊，東經(jīng)112°50′至113°15′及北緯33°40′至33°50′之間。東西長15. 5 km，南北寬4. 2 km，占地近70 km2。水庫控制流域面積2 740 km2，水庫多年平均降雨量900 mm， 多年平均徑流量4. 23 億m3，總庫容達9. 22 億m3，是一座以防洪為主，兼顧農業(yè)灌溉、工業(yè)和城市供水的大型綜合水庫[10]。同時白龜山水庫也是南水北調飲水工程的重要調節(jié)庫。
以白龜山水庫作為實驗站點，建立基于物聯(lián)網(wǎng)（無線傳感網(wǎng)絡）技術的水環(huán)境自動監(jiān)測與分析系統(tǒng)，解決白龜山水庫當前人工水質參數(shù)采集存在的諸多問題，構建白龜山水庫水環(huán)境監(jiān)測云計算中心，實現(xiàn)水資源持續(xù)有效利用和確保用水安全。
2.1 云計算平臺的數(shù)據(jù)采集
① 水環(huán)境系統(tǒng)主控因子數(shù)據(jù)采集
湖泊水庫水環(huán)境監(jiān)測指標包括諸多主控因子。白龜山水庫主要選取水溫、PH、濁度、ORP、溶解氧、總磷、總氮等主控因子。各主控因子數(shù)據(jù)采集通過搭建無線傳感器自動數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)來完成。
自動數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括6個無線傳感器自動采集站。利用各類在線水質傳感器，在白龜山水庫入水口、1號監(jiān)測點、2號區(qū)監(jiān)測點以及白龜山水庫出水口等地設立6個實驗示范性無線傳感器自動監(jiān)測站。自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按照業(yè)務需要來設定數(shù)據(jù)采集頻率，對監(jiān)測點水質進行無人值守實時采集。利用數(shù)據(jù)采集器進行濾波、A/D轉化，最終為無線傳輸系統(tǒng)提供可靠的原始信號數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)獲得的信號數(shù)據(jù)為4-20mA的電流信號，將通過無線網(wǎng)絡傳送至數(shù)據(jù)中心，然后轉化為實際的水質參數(shù)數(shù)據(jù)，不同參數(shù)轉化算法不同。轉化后的水質參數(shù)數(shù)據(jù)，為準確地掌握水質狀況和動態(tài)變化趨勢提供基礎數(shù)據(jù)，將持久存儲在數(shù)據(jù)中心。
② 視頻數(shù)據(jù)采集
為現(xiàn)場設備、水域環(huán)境及生物活動提供視頻采集功能，并通過無線方式按照定頻和手動采集方式發(fā)回數(shù)據(jù)中心。依此實現(xiàn)對各個采樣點非法入侵、設備破壞、特種保護動物活動提供實時監(jiān)控。
2.2 云計算平臺的數(shù)據(jù)傳輸
數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)用于將獲得的實時信號數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心以便對此數(shù)據(jù)進行轉化、分析、處理和存儲。數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)包括傳輸控制節(jié)點、通信網(wǎng)絡及數(shù)據(jù)中心。
傳輸控制節(jié)點負責接收數(shù)據(jù)采集器獲得原數(shù)據(jù)，并通過RS485網(wǎng)絡，將獲得的實時水質參數(shù)信號數(shù)據(jù)傳送到GPRS無線混合通訊系統(tǒng)，經(jīng)由GPRS以及3G無線網(wǎng)絡傳送到有固定IP地址的數(shù)據(jù)中心。通訊傳輸采用“中心對多點”的TCP模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠透明傳輸。各傳輸控制節(jié)點間也可相互通信，與有固定IP的數(shù)據(jù)中心超級節(jié)點之間形成多層重疊混合網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心對整個無線傳感器網(wǎng)絡的管理。各用戶終端設備通過該子系統(tǒng)完成登入、退出及異常處理，建立穩(wěn)定網(wǎng)絡，為傳輸信號數(shù)據(jù)和控制信令建立雙向數(shù)據(jù)傳輸通道和通訊鏈路。
2.3 云計算平臺的數(shù)據(jù)處理中心
數(shù)據(jù)中心是整個云計算平臺服務體系的核心，其主要功能是對數(shù)據(jù)的計算和存儲。通過數(shù)據(jù)中心，一方面，實現(xiàn)水質數(shù)字信號信息的接受、分析處理、預警及存儲，另一方面，還可以通過遠程無線控制進行隨機監(jiān)控和采樣周期設定及視頻監(jiān)控等工作。
2.4 云計算平臺的實時監(jiān)控預警
實時監(jiān)控預警子系統(tǒng)提供監(jiān)控和預警兩項功能。監(jiān)控模塊主要完成兩個方面的工作：一方面，提供實時數(shù)據(jù)的查看，在線分析和報表下載功能；另一方面，對無線視頻采集系統(tǒng)獲得的現(xiàn)場圖像進行分析、比對，對異常現(xiàn)場狀況采取措施；預警模塊也主要完成兩方面工作：一方面，當數(shù)據(jù)中心發(fā)現(xiàn)異常數(shù)字信號后，傳送異常類別給實時監(jiān)控預警子系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成對實時數(shù)字信號的預警處理任務；另一方，為授權用戶和決策人員提供自動預警處理結果。
2.5 野外太陽能供電系統(tǒng)
由于無法通過交流電對白龜山水庫水質監(jiān)測系統(tǒng)供電，因此必須選擇適合當?shù)丨h(huán)境的可靠的供電方案來解決此問題。根據(jù)白龜山水庫的氣候特點，本著綠色、節(jié)能、環(huán)保和低碳的原則，采用太陽能供電系統(tǒng)作為供電方案。
3 結語
應用物聯(lián)網(wǎng)技術構建的監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了白龜山水庫水環(huán)境指標的實時動態(tài)監(jiān)測，云計算平臺對監(jiān)測信息進行及時快捷有效地處理并能實現(xiàn)信息共享，為加強水資源管理和提高用水安全提供了有力保障。
[摘 要] 煤礦安全已經(jīng)成為社會非常重視和關注的問題。針對當前基于有線網(wǎng)絡和固定傳感器技術的監(jiān)測系統(tǒng)存在監(jiān)測盲區(qū)的問題，設計了一套基于Zigbee技術的無線傳感器網(wǎng)絡煤礦監(jiān)測系統(tǒng)方案。分析了煤礦監(jiān)測系統(tǒng)的結構，對系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡部分進行了詳細設計，包括硬件設計和軟件設計。系統(tǒng)對預防煤炭安全事故有著重要的意義。
[關鍵詞] 煤礦安全； 監(jiān)測系統(tǒng)； 無線傳感器網(wǎng)絡； Zigbee協(xié)議； 節(jié)點
引言
我國煤礦開采方式只要是以礦工開采為主，多數(shù)礦井都有瓦斯、煤塵、火災等隱患。我國煤礦生產形勢一直十分嚴峻，煤礦頻繁發(fā)生事故，給國家和人民都造成了巨大的損失。安全問題一直困擾著我國煤礦生產，是制約我國煤礦行業(yè)發(fā)展的主要障礙。但是目前我國使用的安全監(jiān)測系統(tǒng)主要還是以現(xiàn)場總線為主，通過有線方式進行信息數(shù)據(jù)的采集和傳輸，這在礦井特殊環(huán)境下存在許多的弊端。如井下監(jiān)測點數(shù)量有限，存在監(jiān)控盲區(qū)；隨著挖掘的深入，傳感器無法實現(xiàn)快速跟進；一旦網(wǎng)絡發(fā)生故障，系統(tǒng)就會癱瘓等。
無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡自組織、結構靈活、以數(shù)據(jù)為中心的特點很適合礦井環(huán)境安全監(jiān)測的應用，無線通信技術ZigBee的低功耗、低成本、覆蓋范圍大、高可靠性等都符合系統(tǒng)的要求，很好的解決了上述的弊端。本文設計的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，是通過無線傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)對煤礦監(jiān)控區(qū)域瓦斯?jié)舛群蜏貪穸鹊刃盘柕牟杉瘻y量，同時將所采集的信息在地面控制中心 PC 機上實時地顯示出來，對煤礦井下環(huán)境數(shù)據(jù)進行全方位實時監(jiān)測和智能預警，對煤礦的安全生產具有重大的意義。
1 總體結構
整個系統(tǒng)分為井上及井下兩大部分，由協(xié)調器、終端節(jié)點、路由節(jié)點、監(jiān)控計算機和監(jiān)控中心管理系統(tǒng)組成。在主巷道的入口處架設協(xié)調器，在煤礦井下主巷道和采掘工作面中每隔幾十米布設一個路由節(jié)點，礦井工作人員佩戴移動的終端節(jié)點，每個采掘區(qū)形成一個無線傳感器網(wǎng)絡，它通過協(xié)調器采用總線與地面監(jiān)控計算機相連。其中協(xié)調器、終端節(jié)點、路由節(jié)點構成基于zigbee的無線傳感器網(wǎng)絡，三種節(jié)點相互配合，共同完成對瓦斯?jié)舛取貪穸葦?shù)據(jù)的采集、傳輸和對網(wǎng)絡的管理。系統(tǒng)的總體結構如圖1所示。
系統(tǒng)井下部分為路由節(jié)點和終端節(jié)點構成的ZigBee網(wǎng)絡。終端節(jié)點上使用瓦斯傳感器、溫濕度傳感器等對井下環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集，并通過路由節(jié)點的轉發(fā)送給井上協(xié)調器節(jié)點。協(xié)調器節(jié)點與監(jiān)控計算機通過串行接口將數(shù)據(jù)傳給監(jiān)控計算機。監(jiān)控計算機收集數(shù)據(jù)信息，對數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，并能夠通過以太網(wǎng)或Internet將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心。
2 節(jié)點硬件設計
協(xié)調器節(jié)點、路由節(jié)點和終端節(jié)點采用相同的硬件設計。考慮到系統(tǒng)具有低功耗和可靠性高等要求， PIC18F4620單片機具有低功耗、性能穩(wěn)定的特點；CC2420射頻芯片只需簡單外圍電路設計，且支持ZigBee協(xié)議。傳感器節(jié)點采用PIC18F4620單片機和CC2420射頻芯片。節(jié)點的硬件結構如圖2所示。
節(jié)點硬件平臺以PIC18F4620單片機和CC2420射頻芯片為核心，在單片機上擴展出SPI接口與CC2420進行連接，它們之間采用主從模式進行通信，同時還在外圍擴展了RS232和RS485接口電路。針對影響礦井安全環(huán)境的因素，系統(tǒng)采用瓦斯傳感器和溫濕度傳感器對礦井環(huán)境相關數(shù)據(jù)信息進行采集，傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號放大、A/D轉換等處理后傳輸給控制器。然后節(jié)點利用CC2420射頻收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送給中心節(jié)點，當數(shù)據(jù)值超標，產生安全隱患時啟動報警裝置發(fā)出警報。瓦斯傳感器采用LXK-3，可以實現(xiàn)瓦斯?jié)舛?%以內的檢測，且當持續(xù)半分鐘檢測到瓦斯?jié)舛雀哂?%時，蜂鳴器發(fā)出報警信號。溫濕度傳感器采用SHT11，根據(jù)煤礦的溫濕度參數(shù)自動對瓦斯傳感器校零，從而提高瓦斯?jié)舛葓缶鞯臏蚀_性。節(jié)點采用9V電池供電，通過穩(wěn)壓器將電壓輸出轉換為系統(tǒng)可用電壓。
3 軟件開發(fā)環(huán)境
MPLAB IDE是Microchip公司用于PIC 系列單片機的基于Windows 操作系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境，采用匯編語言或C語言使用內置編輯器創(chuàng)建和編輯源代碼。MPLAB ICD 2 在線調試器實時調試可執(zhí)行邏輯，使用 MPLAB ICD 2 器件編程器向單片機中燒寫。
ZigBee協(xié)議棧由Microchip協(xié)議棧的3.5版本來實現(xiàn)。Microchip協(xié)議棧的3.5版本能夠在大多數(shù)PIC18系列的單片機上進行移植，并支持各種ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構，能夠實現(xiàn)全功能設備和精簡功能設備的功能。
4 節(jié)點程序設計
在本系統(tǒng)中，節(jié)點設備的功能不同。傳感器終端節(jié)點的主要功能是通過瓦斯傳感器和溫濕度傳感器對礦井環(huán)境相關數(shù)據(jù)信息進行采集，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調器節(jié)點；路由器節(jié)點的應用層程序主要功能是網(wǎng)絡路由的維護、節(jié)點的管理和數(shù)據(jù)的傳輸?shù)龋粎f(xié)調器節(jié)點的任務是創(chuàng)建整個網(wǎng)絡，并將從傳感器節(jié)點傳輸來的數(shù)據(jù)通過串口傳輸給監(jiān)控計算機，同時將控制命令發(fā)送給網(wǎng)絡中的節(jié)點。傳感器終端節(jié)點、路由器節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點均有各自的應用層程序文件：RFD.c、 Router.c、Coordinator.c，這三個文件分別是終端節(jié)點、路由器節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點的應用程序，分別實現(xiàn)了各自的功能。
終端節(jié)點、路由器節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點三種節(jié)點的應用程序都是通過調用原語，通過改變原語的狀態(tài)使ZigBee協(xié)議棧的各子層實現(xiàn)相應的操作來實現(xiàn)的。在程序的初始階段都要先對看門狗、硬件、協(xié)議棧及其它部分進行初始化操作。節(jié)點初始化后，協(xié)調器節(jié)點建立并維護網(wǎng)絡，路由器節(jié)點和終端節(jié)點在建好網(wǎng)絡后加入網(wǎng)絡，負責各自在網(wǎng)絡中的任務。
4.1 協(xié)調器節(jié)點程序設計
協(xié)調器節(jié)點作為網(wǎng)絡的中心節(jié)點，是無線傳感器網(wǎng)絡和監(jiān)控計算機的聯(lián)系紐帶。它一方面要創(chuàng)建網(wǎng)絡，對網(wǎng)絡地址進行分配，并維護網(wǎng)絡狀態(tài)；另一方面要在收到數(shù)據(jù)請求時從終端設備節(jié)點讀取數(shù)據(jù)信息，并將這些數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控計算機。在協(xié)調器節(jié)點開始運行后，要先對PIC18F4620單片機和CC2420芯片進行初始化操作，然后創(chuàng)建網(wǎng)絡并對網(wǎng)絡進行監(jiān)聽，將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控計算機。節(jié)點的程序流程圖如圖3所示。
4.2 路由節(jié)點程序設計
終端節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點之間可能因為距離等問題無法直接進行數(shù)據(jù)的傳輸，路由節(jié)點的功能主要是幫助協(xié)調器節(jié)點建立完整的網(wǎng)絡，管理其覆蓋范圍內的傳感器終端節(jié)點，對網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進行轉發(fā)，類似于一個網(wǎng)絡中繼站。當協(xié)調器節(jié)點創(chuàng)建網(wǎng)絡以后，路由節(jié)點要搜索并加入網(wǎng)絡，然后管理其覆蓋區(qū)域的傳感器終端節(jié)點加入或離開網(wǎng)絡。該節(jié)點的流程圖如圖4所示。
4.3 終端節(jié)點程序設計
系統(tǒng)的終端節(jié)點實現(xiàn)的功能是利用節(jié)點上的傳感器對環(huán)境對象的數(shù)據(jù)進行感知和采集，對采集的數(shù)據(jù)進行一定的處理，然后通過CC2420射頻芯片將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡發(fā)送給協(xié)調器節(jié)點。終端節(jié)點在收到協(xié)調器節(jié)點的數(shù)據(jù)請求命令后才會進行相關數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，在沒有數(shù)據(jù)請求的時候處于休眠狀態(tài)，以減少能量消耗。終端節(jié)點的軟件流程圖如圖5所示。
5 結束語
將無線傳感器網(wǎng)絡應用到煤礦安全監(jiān)測中，可隨意增加移除監(jiān)測節(jié)點，方便網(wǎng)絡擴展，彌補了煤礦目前的煤礦生產安全監(jiān)控系統(tǒng)的不足，具有重要的現(xiàn)實意義。
隨著無線傳感器網(wǎng)絡和煤礦監(jiān)控技術的發(fā)展，成本的不斷下降和體積的進一步減小，無線傳感器網(wǎng)絡在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的大規(guī)模應用會很快實現(xiàn)，未來的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)會更智能、更完善、更穩(wěn)定。
摘要：針對礦用膠帶鋼絲繩芯的漏磁在線檢測及X光成像技術的應用與研究，將檢測、成像及診斷系統(tǒng)的結合一體，完成對膠帶內鋼絲繩芯銹蝕、斷繩、接頭抽動、移位、鍍鋅層老化等工況的高速、在線、電磁檢測及精確定位。對重點隱患部位進行重點檢查，及時發(fā)現(xiàn)隱患，實現(xiàn)對鋼絲繩芯膠帶的在線監(jiān)測，保證設備安全運轉。
關鍵詞：在線漏磁成像監(jiān)測
一、前言
強力膠帶機由于運輸能力大，運輸距離長，所以廣泛應用于我國礦山等行業(yè)。但是由于強力膠帶機運距長、負荷大、設備老化等問題，造成皮帶接頭易損、帶身鋼絲繩斷裂，設備安全運轉存在重大隱患。如果發(fā)生事故，不但會造成重大的財產損失，而且造成更為嚴重的人員傷亡事故。
彭莊煤礦礦現(xiàn)有鋼絲繩膠帶機2部，在設備運行中發(fā)現(xiàn)膠帶接頭的完好情況是整個膠帶機安全運行的基礎，現(xiàn)在皮帶硫化接頭的檢查只憑肉眼觀測，對接頭的硫化僅憑經(jīng)驗，雖然在管理中要求司機在班中嚴格按規(guī)定巡檢，但難免監(jiān)測不到位，因此極不科學，很容易出現(xiàn)斷帶事故。
目前國內有鋼絲繩芯探傷儀，存在著只能以“心電圖”形式的記錄，不能自動判斷，需專業(yè)人員才能看懂，不便快速有效的發(fā)現(xiàn)膠帶在運行中存在的隱患。通過鋼絲繩芯皮帶電磁在線檢測及X光成像技術的應用研究，將檢測、成像及診斷結合起來，對重點隱患部位進行重點檢查檢修，及時排除隱患，保證設備安全運轉，為礦井的安全生產打下基礎。
二、綜合在線監(jiān)測裝置的工作原理及組成
1、工作原理：
首先，通過永久磁場對膠帶鋼絲繩芯進行充磁，當系統(tǒng)工作時，通過對膠帶內鋼絲繩芯磁通量的變化情況實現(xiàn)對膠帶內鋼絲繩芯的銹蝕、斷繩、接頭抽動、移位、鍍鋅層老化等工況實行高速、在線、電磁檢測。當某處損傷超標或接頭抽動超標時再啟動 X射線部分進行低速在線或定點透視，從而使用戶能更清楚、直觀地看到損傷點或接頭的透視圖像，以便采取進一步的合理修復手段，防范隱患擴大或事故發(fā)生。
2、系統(tǒng)的組成：
電磁傳感器：完成對輸送帶內鋼絲繩芯的加磁及漏磁信號的拾取與檢測；
X 光機系統(tǒng)：X光發(fā)射、接收裝置、皮帶定位裝置，完成機架內皮帶定位及其透視圖像的實時采集；
下位計算機：完成對磁信號及視頻圖像的接收、預處理、打包、發(fā)送以及電源的提供；
上位計算機：完成對信號的接收、校驗、后處理、存儲與實時顯示和報表打印。
3、系統(tǒng)的功能：
⑴完成輸送帶內鋼絲繩芯銹蝕、斷繩、接頭抽動、移位、鍍鋅層老化等工況的高速、在線、電磁檢測及精確定位； ⑵完成輸送帶內鋼繩芯損傷點或接頭的 X 射線低速在線或定點透視；⑶檢測數(shù)據(jù)及掃描圖像可通過日期、接頭號、位置等選項進行查詢、觀看和比對、分析；⑷系統(tǒng)最終出具檢測數(shù)據(jù)、曲線圖、文字報告，并具超限報警功能；⑸實現(xiàn)各檢測值的長時間存儲及報表打印；⑹系統(tǒng)可通過光纖遠距離傳輸并可進入用戶局域網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；⑺對輸送帶進行輔助定位,并進行聲音提示。
4、系統(tǒng)的特點：
⑴磁傳感器形式：數(shù)字式、密集型、單箱式傳感器；⑵磁傳感器維護：無傳感器調節(jié)窗口、溫度自適應、徹底免維護、免調試；⑶系統(tǒng)模塊化的多層單片機結構，使系統(tǒng)運行更快、更穩(wěn)定、更容易實現(xiàn)更新?lián)Q代；⑷面對用戶的人性化、模塊化、傻瓜型的軟件設計，使用戶無需懂太多計算機知識的人也可以輕松使用該系統(tǒng)；⑸系統(tǒng)可進入用戶的局域網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；⑹可大大降低工人的勞動強度，改善其勞動工作條件，縮短檢測時間；⑺人可以遠距離進行X光透視,免輻射。
三、設備的安裝與調試
1、磁傳感器的安裝：
傳感器安裝位置遵循以下原則：輸送帶抖動最小、要盡量遠離強磁場、不易受砸、安裝維護方便、信號傳輸距離盡量短等。
傳感器應放在上皮帶與底皮帶之間， 首先將L 型固定板固定在輸送帶大梁上，套上U型螺絲，用螺母擰緊；再用直桿螺絲將傳感器箱吊掛在 L 板上。傳感器箱下表面距離底皮帶上表面的高度調節(jié)為60mm+5mm，最后用螺母擰緊即可。
安裝注意事項：
⑴傳感器箱應安裝在皮帶抖動小的地方（最好安裝在機頭附近，靠近托輥的位置，但為了避免測試誤差，請不要裝在托輥正上方）；⑵用螺母固定傳感器箱時，應加裝彈墊,切記擰緊，防止長期震動導致螺母松動。
2、X光系統(tǒng)各部分的安裝(僅限綜合系統(tǒng))：
現(xiàn)場安裝期間，發(fā)現(xiàn)該裝置的固定裝置，不牢靠及X光機安裝位置在上下膠帶之間，要求上膠帶膠帶下平面與膠帶機縱梁上平面之間有不低于300的間距，我們對機架的固定方式及托輥架進行了改造。
原有X光機架為落地式，它要求安裝地點的底板必須與膠帶平行方可安裝，由于井下地理條件的不同及底板的起伏不平，造成機架安裝后，X光機縱向移動架與膠帶機縱梁交叉，影響機架前后移動距離。我們在與廠家技術人員研究后，提出將機架改造為吊掛式使用，具體方法如下：
⑴在機架前后兩端，加工四根等距吊架，將X光機機架整體吊掛在膠帶機縱梁上；⑵再在機架前后兩端，加工四根拉桿，將機架與膠帶機前后H架固定在一起；⑶原有膠帶機上托架為插板式，托輥上沿只比縱梁高出60，我們在不停產的前提下將托輥架改造為固定式，且逐漸提高托輥安裝高度，使膠帶在通過監(jiān)測裝置處形成橋型段，既滿足了監(jiān)測裝置的安裝要求，又保證了礦井生產的正常進行。
四、使用的注意事項
1、硬件設備：
⑴傳感器箱在運輸安裝時，應避免強烈的震動或碰撞；⑵操作該系統(tǒng)時，操作者必須經(jīng)過計算機操作培訓,并嚴格按照該使用說明書進行操作；⑶應定期檢查傳感器箱固定螺絲是否松動；⑷每次使用本產品時，應先進行設備自檢，如果發(fā)現(xiàn)有設備損壞應及時修理或與廠家聯(lián)系⑸X光機啟動時,請勿在機架附近長時逗留。
2、軟件使用：
禁止拷貝與該系統(tǒng)無關軟件到本計算機，防止病毒侵入影響，使用 U盤或移動硬盤時先進行殺毒再使用。
禁止刪除系統(tǒng)軟件中的任何文件，防止軟件無法正常運行。
五、常見問題及解答
1、實時監(jiān)測過程中或處理數(shù)據(jù)過程中，計算機經(jīng)常出現(xiàn)死機，不能正常運行：
⑴檢查計算機所在室溫是否高于35℃或低于 0℃，若是應降低或升高室溫；⑵若室溫條件滿足，故障仍未排除，請檢查計算機是否有病毒并用正版殺毒軟件進行查殺病毒。
2、報表及圖形數(shù)據(jù)打印，顏色太淺，無法看清。 更換色帶、墨盒、硒鼓。
3、計算機自檢時顯示下位機連接不上：
⑴下位機電源是否已經(jīng)打開；⑵USB 轉光纖模塊是否按操作規(guī)程（先啟動工控機,待啟動完畢,再按住 USB 轉光纖模塊按鈕 3 秒）,如果不是,請按規(guī)定操作,便可正常連接下位機；⑶光纖是否折斷(用激光筆從一側照光纖,另一側可見到光,即為完好)，若折斷則需更換；⑷下位機通訊板損壞，需更換；⑸USB轉光纖模塊損壞,需更換。
六、結語
通過對彭莊礦井下主上倉皮帶安裝KJ581型鋼絲繩芯膠帶在線監(jiān)測系統(tǒng)之后，通過該系統(tǒng)的投入使用，完成對膠帶內鋼絲繩芯銹蝕、斷繩、接頭抽動、移位、鍍鋅層老化等工況的高速、在線、電磁檢測及精確定位。提高了膠帶使用的安全性和可靠性，并針對膠帶的重點隱患部位進行重點檢查，及時發(fā)現(xiàn)隱患，實現(xiàn)對鋼絲繩芯膠帶的在線監(jiān)測，保證設備安全運轉，為礦井的安全生產奠定了基礎。
【摘要】紅外瓦斯傳感器是預防煤礦井下瓦斯災害事故，確保生產安全的重要監(jiān)測系統(tǒng)，對于煤礦生產具有重要意義。本文從目前較為典型的集中瓦斯監(jiān)測手段入手，分析了其利弊，以綜合性能優(yōu)勢較為典型的紅外瓦斯傳感器技術為例，分析了其應用優(yōu)勢，希望能為煤礦安全生產提供幫助。
【關鍵詞】煤礦；安全生產；瓦斯事故；紅外瓦斯傳感器
經(jīng)濟社會的快速發(fā)展促使人類對于能源的需求量不斷提升，煤炭作為最主要的應用能源之一，社會地位愈加重要。煤礦開開采作為向社會提供煤炭的關鍵手段，近些年來瓦斯事故頻發(fā)，引發(fā)了極大的社會關注，不僅造成了重大經(jīng)濟財產損失，同時也嚴重威脅著井下人員的生命安全，因此，煤礦安全生產的關鍵在于有效控制和預防瓦斯事故，將其危害降到最低。瓦斯作為煤礦安全第一殺手，其事故預防和處理要從形成規(guī)律、爆炸特性等入手，加強對瓦斯的監(jiān)控，目前煤礦生產中多應用紅外瓦斯傳感器來監(jiān)測，其靈敏度和可靠性對確保安全生產有著至關重要的意義，是煤礦安全生產系統(tǒng)的眼睛和重要組成部分。下面我們結合煤礦安全生產實際，分析一下紅外瓦斯傳感器在煤礦監(jiān)測系統(tǒng)中的應用，希望能為煤礦安全生產工作提供參考。
一、瓦斯檢測手段與問題
我國國內瓦斯傳感器最初主要以熱催化型、光干涉型、熱導型、氣敏半導體型和紅外氣體吸收型為主。
熱催化型雖然實現(xiàn)瓦斯監(jiān)測，但是穩(wěn)定性較差，需要頻繁校對，且使用壽命短，從安全和成本兩方面來考慮，并非最佳選擇。光干涉型監(jiān)測手段對氣體濃度的檢測較為敏感，通過空氣中光波的利用來監(jiān)測瓦斯?jié)舛龋F(xiàn)場使用較為方便，但是如果空氣中氮氧分配比例不足，就會容易出現(xiàn)誤差，無法長時間大范圍使用[1]。熱導型是利用熱導原理檢測空氣與所測氣體之間的導率差來實現(xiàn)檢測，其結構簡單，應用安全，壽命長，有眾多優(yōu)點，但是由于其受加工精度影響較大，對于低濃度瓦斯的監(jiān)測常出現(xiàn)失誤，水蒸氣、氧氣濃度也會干擾其正常工作。氣敏半導體型是近年來發(fā)展較快的一種檢測方法，具有壽命長、能耗少、靈敏度高等特點，但是由于受材料材質、溫度等因素影響，應用性較差，在準確度和精度上也有待提高，仍需加強實踐與研究[2]。
紅外氣體吸收型即是目前應用較廣的紅外瓦斯傳感技術，它利用紅外光譜對不同氣體的吸收強度來檢測氣體濃度，可靠性、靈敏度高，壽命長，與上面幾種技術相比，在各種性能上都有著較為突出的表現(xiàn)，也是目前應用性最強的一種技術[3]。這種技術傳入國內時由于受到我國礦井特殊環(huán)境影響，使用成本高，兼容性差，但是借由中國煤炭科工集團的深入研究與自主研發(fā)，終于成功推出了適合我國井下環(huán)境性能可靠的紅外瓦斯傳感器監(jiān)測技術，在國際上也達到了領先水準。
二、紅外瓦斯傳感器原理與優(yōu)勢
紅外瓦斯傳感器主要是為監(jiān)測管道內的氣體濃度而研發(fā)設計，它以紅外吸收原理為核心，采取數(shù)字式溫度補償、擴散式采樣等技術，具有高檢測精度、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢，能夠適應多種復雜環(huán)境，應用范圍廣。它能夠廣泛應用于煤礦瓦斯抽放管道、瓦斯抽放泵站、天然氣輸氣管路等管道內瓦斯氣體濃度的監(jiān)測。監(jiān)測儀在工作過程中，對環(huán)境內的瓦斯提起濃度進行實時監(jiān)測，當濃度超出系統(tǒng)預先設定的上限值時，就會立即通過聲光進行報警，報警系統(tǒng)以發(fā)光二極管和驅動蜂鳴器為主，向監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出告警信號[4]。
應用紅外吸收原理的瓦斯傳感器性能可靠，使用壽命長，調校周期>2月，其一體化水分離裝置，能夠很好的規(guī)避管道內水分、塵埃等多種物質，確保檢測精度，氣路設計的特殊形式對于各種正壓、負壓管道都有很好的應用性，濃度檢測以紅外遙控為主，應用簡單，溫度補償精確，不會因礦井下的特殊環(huán)境而出現(xiàn)改變或漂移，抗干擾能力強，對于多種雜質、氣體都有很好的抵抗作用，能夠提供多種常用的數(shù)據(jù)輸出接口，兼容性強，是目前應用優(yōu)勢最為顯著的一種礦井下瓦斯監(jiān)測技術。目前多種瓦斯傳感器實際應用中還存在著一定問題，比如功能單一、耗能較大、精確度不高等，且使用模擬電路技術，在抗干擾能力和智能化程度上都較低，是需要加強研究的重要應用課題，對于提升未來礦井下瓦斯安全監(jiān)測具有積極意義[5]。
三、紅外瓦斯傳感器的具體應用
煤礦井下的環(huán)境較為特殊，復雜多變，不可控因素較多，因而發(fā)生安全事故的幾率也較高。預防瓦斯事故的發(fā)生，確保相關人員聲明安全，降低經(jīng)濟財產損失，是井下安全工作的重要目標。紅外瓦斯傳感器在應用中通過不斷技術創(chuàng)新完善著煤礦的監(jiān)測系統(tǒng)，使用差動補償信號處理、雙敏感元件等技術突破了種種限制，為煤礦生產安全作出貢獻。
在監(jiān)測井下環(huán)境瓦斯氣體濃度時，傳感器可以通過連續(xù)自動的將井下沼氣濃度轉換為標準電信號輸送給關聯(lián)設備，并且應用差動補償信號處理技術就地顯示濃度值，在超出預設值時自動報警。它通過與各類新型監(jiān)測系統(tǒng)、斷電儀、風電瓦斯閉鎖裝置等配套使用，在煤礦采掘工作面、回風巷道等都可以固定使用。雖然熱導型、熱催化型技術上存在一定缺陷，但是可以應用兩種技術原理與紅外傳感器技術相結合測量瓦斯?jié)舛龋淖冊械膯我辉y量不穩(wěn)定現(xiàn)象，借由人工智能技術優(yōu)勢對信息進行高度精確處理和分析，將穩(wěn)定性指標再次提升，延長使用壽命[6]。這些技術的結合應用能夠加快傳感器反應速度，使結構更加堅固，便于使用和維護，同時還增加了斷電控制、遙控調校、故障自校自檢等功能，節(jié)約了維護和使用成本，對于預防煤礦重大瓦斯災害事故具有重要作用，也是煤礦生產企業(yè)更好的產生經(jīng)濟效益與社會效益的可靠保障。
以目前市場上性能較為優(yōu)越的英國E2V-IR12GJ為例，它基于非色散紅外設計原理，采用非色散紅外技術（NDIR）原理進行設計，并且傳感器的光源采用非常節(jié)能的LED光源。LED光源采用特殊的算法產生優(yōu)化的輻射光譜，并且通過特殊的光學系統(tǒng)和升級過的硒化鉛和硒化鎘底片上的光敏二極管，結合內置的溫度傳感器和微電子設備來產生信號。傳感器和上級的電子設備采用數(shù)字通信，遵循UART格式。它具有以下技術特點：可以檢測的氣體濃度范圍為0-100%或者0-100%LEL；含有溫度補償設計，并且為線性輸出；數(shù)字輸出，可以直接接入上級設備；可以保存濃度、溫度補償和線性數(shù)據(jù)；極低的能量損耗――小于5mW；防爆Ex認證。它可以連續(xù)自動地將井下甲烷濃度轉換成標準電信號輸送給配接設備，并具有就地顯示沼氣濃度值，超限聲光報警等功能。高分辨率在0-10%范圍分辨率為0.01%，在大于10%范圍分辨率為0.1%，滿足國家安全生產監(jiān)督管理局實施的《中華人民共和國安全生產行業(yè)標準AQ6211-2008-煤礦非色散紅外甲烷傳感器》要求。傳感器在設計上以緊湊、小巧、模塊化、整體化為發(fā)展趨勢，在保持傳統(tǒng)紅外傳感器高穩(wěn)定、高抗干擾、長壽命、免維護等優(yōu)點外，將傳統(tǒng)紅外原理光學部件省略，有效的降低了成本，同時還彌補了傳統(tǒng)紅外原理傳感器易受環(huán)境中灰塵覆蓋影響透光或反射的強度的問題，這對于減少傳統(tǒng)檢測儀故障報警缺陷具有積極意義。
煤礦安全生產需要依托監(jiān)測系統(tǒng)的全面運行，紅外瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)應用紅外吸收原理，實現(xiàn)對井下瓦斯氣體濃度的監(jiān)測，通過應用多種新技術，實現(xiàn)了對安全生產的維護與保障，是煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的重要構成部分。
【摘 要】近年來，國內煤礦重大安全事故不斷發(fā)生，尤其是中小煤礦情況更為突出，給國冢、人民造成了重大損失。以下介紹一種適用于中小型煤礦安全生產與監(jiān)測設備的設計方案，希望能對各礦的安全生產發(fā)揮作用。
【關鍵詞】煤礦機電；安全；監(jiān)查
1.硬件結構設計
該煤礦安檢設備的基本功能有：煤礦各工作面瓦斯?jié)舛鹊膶崟r采集記錄并顯示；瓦斯?jié)舛瘸瑯藞缶痪嘛L速采集記錄；負壓（壓力力）記錄；一氧化碳濃度采集記錄；溫度采集記錄；水泵電機工作狀態(tài)；風機工作狀態(tài)；絞車工作狀態(tài)；電源過壓報警；失流報警；缺相報警；班次產量記錄；開關量采集及設備控制；載波數(shù)據(jù)傳輸；GSM/GPRS無線通信；參數(shù)設置；數(shù)據(jù)存儲；電源自動切換管理以及系統(tǒng)自檢等功能。設備分為井下數(shù)據(jù)采集終端和地面數(shù)據(jù)集中器兩部分。
2.采集終端設計
數(shù)據(jù)采集終端是用來采集、監(jiān)測、控制井下設備狀態(tài)并將數(shù)據(jù)記錄上傳給集中器的裝置，可同時采集16路的開關量和16路模擬量，并經(jīng)A/D轉換形成數(shù)字量，安裝在井下防爆箱內。它為各類傳感器提供工作電源，并以RS485總線方式通信；與集中器間以載波通信方式進行數(shù)據(jù)交換。集中器間采用載波通信方式，集中器可定時或隨時召喚井下各設備參數(shù)并存儲。
瓦斯傳感器安裝在井下各采煤工作面及巷道上，以采集不同點的瓦斯?jié)舛取Ａ砍虨?-4%CH4，供電方式采取采集器統(tǒng)一直流l5V供電，保障其安全性。當井下瓦斯?jié)舛瘸瑯藭r，采集終端發(fā)出報警，報警燈不停閃爍的同時又通過語音報警以提示人員進行緊急撤離。同時監(jiān)控室里的集中器也發(fā)出報警，提醒地勤人員采取緊急措施。另外，在報警同時打開風門及風機進行抽風，以降低瓦斯?jié)舛取Ｍ瑯樱斁乱谎趸紳舛瘸瑯艘矔l(fā)出報警。需注意的是，由于氣敏傳感器都有一定的使用壽命，因此最好一年更換一次傳感器，以保障測量的準確性。
巷道風量的測量采用礦用智能風量傳感器，期，其測量范圍為風速0.3-15m/s；坑道斷面積小于30m2；允許誤差小于+0.3m/s；重復性誤差讀數(shù)值+1%；輸出信號為200-1000Hz/5-15Hz或4-20mA/1-5mA；工作電壓為Dcl5v；工作電流小于60mA；換能器工作頻率為l40-150kHz。經(jīng)A/D轉換（或v/F轉換）后，可測得其通風量的大小，以了解井下空氣質量等。
由于井下到處都是易燃的煤，因此，當溫度過高時極易發(fā)生自燃的情況；由于井下燃燒為不完全燃燒，因此會產生大量的一氧化碳。上述情況會導致井下人員的一氧化碳中毒，當遇到明火時還會產生爆炸。因此井下溫度的測量很重要，尤其對于那些井下較干燥的礦井顯得更加必要。根據(jù)現(xiàn)場情況可安裝多個溫度測量點以監(jiān)控井下溫度的變化。
井下巷道均由鋼架或木架支撐，為防止冒頂、坍塌等危險情況造成人員重大傷亡和財產損失，井下需要實時巡檢巷道壓力情況，并及時整修。因此，在承重架下安裝壓力傳感器實現(xiàn)壓力應變的實時監(jiān)測，可及時檢測到出現(xiàn)的險情，從而能夠避免重大事故的發(fā)生。
井下設備大多為防爆型沒備，因此價格較一般同類型非防爆設備高許多。當出現(xiàn)過壓、失流、缺相或三相不平衡等情況時，常會燒壞電機造成停產，從而造成重大的損失。為盡量杜絕或減少出現(xiàn)此類狀況后造成損失。在電機進線上安裝精密的電壓、電流互感器，實時監(jiān)測電壓電流的變化。當出現(xiàn)非正常變化時及時報警，超出預定值時自動斷開電源以保障沒備的安全。
井下設備的工作狀態(tài)是否正常對安全生產：非常重要，因此對風機、水泵、絞車等重大沒備工作狀態(tài)的監(jiān)測是采集終端的另一重要功能。實時監(jiān)測這些設備的二次觸點等開關量，然后經(jīng)光電隔離、整形、限流電路接到單片機端門，單片機可根據(jù)這些開關狀態(tài)來判定設備的工作狀態(tài)。另外，主控室還可通過集中器向采集終端下發(fā)某設備工作狀態(tài)命令。
3.數(shù)據(jù)集中器設計
數(shù)據(jù)集中器是放置在主控室用來匯集、監(jiān)測井下設備運行狀況、對異常情況進行報警及顯示，并能上傳的設備。同時，它還具有對地面絞車運行狀況實時監(jiān)控、計量提升煤罐次數(shù)并計算生產量的功能。數(shù)據(jù)集中器可同時管理多個井礦下的采集終端設備，采用大容量掉電非遺失數(shù)據(jù)存儲器NVRAM，對井下各測量點數(shù)據(jù)可進行定間隔（1-60mim可設）存儲一個月的數(shù)據(jù)；可根據(jù)礦上生產情況設定班次及上下班交接時間，同時采集、計算并保存當前班、上一班、上上一班的生產量作為工人工作量核算的依據(jù)。采集方法是：在罐籠提升絞車電機進線上安裝電壓、電流互感器，利用絞車檔位控制開關的空觸點進行上下、檔位的辨別，根據(jù)罐籠提升重量的變化導致電機輸出功率的變化來判別出是空罐、上下人員還是煤罐。需注意的一點是：由于廠礦電壓晝夜變化都較大，因此根據(jù)公式P=U×I可看出當電壓變化時電流也隨著變化.電流互感器感應電流也會隨著變化，另外還會出現(xiàn)提升過程中罐籠撞綁導致感應電流瞬時過大的情況，也會有為防止罐籠過度搖擺出現(xiàn)危險而在提升過程中暫停（也叫穩(wěn)繩）的情況。所以，在實際應用中對提升過程采集的信號經(jīng)A/D轉換后，還需要進行求平均值以及設置穩(wěn)繩時間、空罐重量參數(shù)、正常罐重參數(shù)、超重報警參數(shù)等參數(shù)的沒置。根據(jù)提升有效罐次乘以標準罐煤重量計算出當前班次的產量，到換班時間沒備自動進行換班存儲，將當前班次產量轉存為上一班次，上一班次轉存為上上班次，依次循環(huán)。對于小型煤礦，這樣的產量統(tǒng)計方式可以避免因錯計、漏計、少計的人為因素而導致矛盾的發(fā)生。
為便于進行參數(shù)的設置，集中器還具有人機接口。液晶顯示采用清華蓬遠公司內藏T6963C控制器的液晶模塊，分辨率為128×64點陣，能顯示漢字和圖形，可當?shù)赝ㄟ^鍵盤進行參數(shù)設置、遠動控制操作等。實時刷新顯示井下各采樣點的數(shù)據(jù)及各設備開關狀態(tài)，當井下瓦斯?jié)舛取囟取⒇搲骸⒁谎趸紳舛鹊瘸瑯藭r，集中器面板上各對應報警LED進行閃爍報警、并顯示出報警點所在位置，同時伴有語音報警。
集中器與采集終端之間通過低壓電力線進行載波通信，可實時召喚、存儲各采集終端下屬設備當前狀態(tài)字及數(shù)據(jù).并講行顯示。用戶可通過RS232串口、紅外或RS485接口實現(xiàn)本地計算機與集中器的數(shù)據(jù)交換，也可通過計算機經(jīng)集中器對各設備進行開、停控制。本方案中還增加了GSM/GPRS通信方式，當設備出現(xiàn)重大報警時，集中器自動將報警內容通過短消息的形式發(fā)給預定義好的手機，或者通過GPRS式將各數(shù)據(jù)記錄及報警記錄上傳到主管部門的計算機。這樣做可以實現(xiàn)無人值守的要求。
4.軟件設計
本方案所涉及到的軟件設計包括三部分：運行于數(shù)據(jù)采集終端中的數(shù)據(jù)采集、報警、控制及通信程序；運行于數(shù)據(jù)集中器中的數(shù)據(jù)采集、通信、報警及人機接口程序；運行于PC機上的后臺監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫等程序。
數(shù)據(jù)采集終端中的程序采用C51語言編寫，數(shù)據(jù)集中器中的程序也采用C51語言編寫，PC機上的后臺監(jiān)控程序即圖形界面用戶應用程序，是通過Vistlal C++開發(fā)環(huán)境編寫的，采用串行口中斷的異步通信方式實現(xiàn)與無線MODEM通信；后臺數(shù)據(jù)庫程序采用Microsoft SQL Server2000編寫。
5.結論
隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對能源的需求越來越大，在加大生產量的同時決不能忽視安全生產、嚴格管理的重要性。相對較落后的安檢設備已不再適應新形式的需要，也滿足不了現(xiàn)代化的管理要求。本設計方案采用上述思路和結構，既避免了布線、維修帶來的不便，又提高了管理的現(xiàn)代化水平，滿足了用戶對井下生產狀況的實時監(jiān)控和對險情及時發(fā)現(xiàn)和排除的要求，能有效杜絕多數(shù)礦難事故的發(fā)生，為中小型煤礦提供了一種新穎的監(jiān)測方法和手段。
【摘 要】煤礦安全監(jiān)控是煤礦生產中保證安全生產的重要手段。文章首先對我國煤礦安全監(jiān)控技術的發(fā)展進行了回顧，對CAN 總線技術及其應用狀況進行了概述。然后設計了一種基于CAN 總線技術的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，并對其進行了測試。測試連續(xù)進行了10天，共計240 h，傳輸數(shù)據(jù)5.6×108個，誤碼率為0。
【關鍵詞】CAN 總線技術；煤礦安全；監(jiān)測系統(tǒng)
1 我國煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
煤礦安全監(jiān)控技術是隨著煤炭工業(yè)和現(xiàn)代計算機和自動化技術的發(fā)展而發(fā)展起來的一門技術。煤礦安全監(jiān)控技術為煤礦的安全生產提供了良好的技術保障。我國一直是全球最大的煤炭生產國，對煤礦安全監(jiān)控也十分重視。從上世紀八十年代開始，我國開始從國外，如德國、美國、波蘭等，引進安全監(jiān)控系統(tǒng)。之后我國逐漸在消化國外技術的同時，結合我國煤礦的實際情況，自行研制了一批監(jiān)控設備，代表性的國產監(jiān)控系統(tǒng)有KJF2000、KJ66、WEBGIS，等等。這些設備為我國煤礦安全生產做出了重要貢獻。隨著安全監(jiān)控技術的進一步發(fā)展，監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸逐漸成為各國競相研究的重點領域。目前，我國在數(shù)據(jù)傳輸領域還處于比較落后的地位，主要存在的問題有以下幾點：①傳輸速率慢；②非標準化；③高速傳輸時的傳輸距離短；④無中繼連接的節(jié)點數(shù)少；⑤傳輸系統(tǒng)結構靈活性差。
2 CAN 總線技術概述及其在煤礦安全監(jiān)控中的應用
CAN的全名是ControllerAreaNetwork，屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的本行通信網(wǎng)絡。CAN總線技術最早是在1986年由德國電氣商博世公司開發(fā)的，當時主要用于汽車領域。此后不久，CAN的高性能和高可靠性獲得了全世界的認同，并迅速在工業(yè)設備、工業(yè)自動化等眾多領域得到了應用。到了上世紀九十年代末期，人們試著將其應用于煤礦安全監(jiān)控中，結果迅速取得了成功，大大改善了煤礦安全狀況。CAN具有下列主要特性：①多主站依據(jù)優(yōu)先權進行總線訪問；②無破壞性的基于優(yōu)先權的仲裁；③借助接收濾波的多地址幀傳送；④遠程數(shù)據(jù)請求；⑤配置靈活性；⑥全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性；⑦錯誤檢測和出錯信令；⑧發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發(fā)送；⑨暫時錯誤和永久性故障節(jié)點的判別以及故障節(jié)點的自動脫離。
CAN中的總線數(shù)值為兩種互補邏輯數(shù)值：“顯性”數(shù)值表示邏輯“0”，隱性表示邏輯“1”。在總線空閑或“隱性”位期間，發(fā)送“隱性”狀態(tài)，“顯性”狀態(tài)以大于最小閾值的差分電壓表示。在“隱性”狀態(tài)下，VCAN―H和VCAN-L被固定于平均電壓電平，V近似為0。在“顯性”份期間，“顯性”狀態(tài)改寫“隱性”狀態(tài)并發(fā)送。如圖l所示。
圖1 總線位的數(shù)值表示
基于CAN總線的煤礦井下安全監(jiān)測系統(tǒng)由井上通信系統(tǒng)和井下通信系統(tǒng)（監(jiān)測網(wǎng)絡）組成。CAN總線包含2層通信網(wǎng)絡：（1）數(shù)據(jù)接口和井下監(jiān)測分站之間的通信；（2）井下監(jiān)測分站與各種安全監(jiān)測傳感器之間的通信。
3 監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計
3.1 微處理器系統(tǒng)
根據(jù)煤礦井下環(huán)境的要求，這里選用了ATMEL公司的8位高性能嵌入式微處理器ATmega64作為通信管理機的CPU。首先，ATmega64的執(zhí)行速度快，采用了單循環(huán)周期指令，而且性能穩(wěn)定，完全可以滿足通信管理機的要求；CAN總線上數(shù)據(jù)收發(fā)采用中斷的方式，提高了通信管理機的實時性；ATmega64提供了2個串口，一個串口通過Max232提供RS-232串行通訊口，另一個串口備用，實現(xiàn)雙機備份功能。
3.2 CAN總線模塊接口
CAN總線模塊的CPU通過CAN控制器SJA1000及CAN收發(fā)器MCP2551連接到CAN總線上，單片機的I/O口連接SJA1000的AD0～AD7以及ALE、CS、RST、RD和WR等引腳，進行數(shù)據(jù)傳輸和總線控制。SJA1000的TX0、RX0分別接CAN收發(fā)器MCP2551的TXD和RXD引腳，進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。MCP2551是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口，提供了對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力。
4 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計
煤礦井下監(jiān)測是一項非常復雜的工作，檢測系統(tǒng)需要監(jiān)測的內容很多，有生產設備的運行狀態(tài)，有井下溫度、風速、風量、氣壓以及粉塵濃度的監(jiān)測，還有氣體成分中甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氧氣濃度的監(jiān)測。對于如此復雜的監(jiān)測系統(tǒng)，一旦通信出現(xiàn)故障，后果將非常嚴重，根據(jù)以上分析，主通信選擇CAN總線，所以，下面主要介紹一下CAN總線的工作流程，如圖2所示。
圖2 CAN總線工作流程示意圖
5 CAN總線性能測試
測試采用BER誤碼率測試軟件，上位機軟件通過RS-232串口定時1s向數(shù)據(jù)接口發(fā)送80個隨機數(shù)據(jù)，并將發(fā)送的數(shù)據(jù)顯示在窗口，同時顯示發(fā)送的數(shù)據(jù)個數(shù)。數(shù)據(jù)接口接收到數(shù)據(jù)后按CAN協(xié)議進行數(shù)據(jù)打包，然后發(fā)送給監(jiān)測分站。在數(shù)據(jù)接口與監(jiān)測分站之間連接一段長度為12 km的仿真線，監(jiān)測分站將收到的數(shù)據(jù)原樣傳送給傳感器。而后，傳感器再將收到的數(shù)據(jù)返回給監(jiān)測分站，分站將數(shù)據(jù)返回給數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)接口將收到的數(shù)據(jù)解包，通過RS-232送回上位機。上位機將收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)逐個比較，若80個數(shù)據(jù)完全吻合，則將顯示收到的數(shù)據(jù)以及正確數(shù)據(jù)個數(shù)，并根據(jù)發(fā)送與收到正確數(shù)計算誤碼率。該軟件可同時記錄測試的時間。以上測試連續(xù)進行10天，共計240 h，傳輸數(shù)據(jù)5.6×108個，誤碼率為0。由此，CAN總線性能可靠、穩(wěn)定，是一種理想的通信總線。
摘 要：針對煤礦提升機提升系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀，本文提出并設計了一種礦井提升機振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)礦井提升機的在線狀態(tài)監(jiān)測、診斷和報警。同時將有限元模態(tài)計算和模態(tài)分析結合，利用ANSYS對提升機振動進行模態(tài)分析，分析結果與提升機在實際情況下的振動相符，為后期工作提供理論指導。
關鍵詞：多繩摩擦提升機 振動測試 有限元 模態(tài)分析 ANSYS
地下采礦等行業(yè)使用較多的是一種關鍵運輸機是多多繩摩擦式提升機，此類機器也是提升機未來的發(fā)展方向，它對于礦山生產中井下生產和地表運輸紐帶之間的溝通的作用影響重大。提升機的主要承載裝置是電機主軸，其是否是正常運行狀態(tài)對生產的效率和安全有直接的影響，整個系統(tǒng)的安全與之息息相關。根據(jù)振動理論對主電機軸承和天輪軸承的監(jiān)測和分析，以達到解決提升機實際運行的振動問題對現(xiàn)實有著重大意義。
1 系統(tǒng)硬件組成
（圖1）就是多繩摩擦提升機，它是一種大型低速、重負荷旋轉機械。驅動電機、聯(lián)軸器、減速器、卷筒和軸承等構成了煤礦立井提升系統(tǒng)。振動測試有兩個特殊點：（1）整棟具有規(guī)則的周期性。（2）轉動部件是大型設備的主要振動測試對象。有三個方向是震動測試的主要測試方向，也就是水平、垂直和軸向方向，因為不同的方向不同的故障會有不同的現(xiàn)象，比方說水平方向不平衡，垂直方向松動，而軸向反映強烈的是不對稱。通常情況下會將徑向得像個測點安裝在垂直方向，而水平方向最佳高度就是軸中心的高度
本監(jiān)測系統(tǒng)采用XZD-YB一體化振動變送器，它將振動速度傳感器、精密測量電路集成在一起，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的“傳感器十變送器”模式的振動測量系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)了經(jīng)濟型高精度振動測量系統(tǒng)，該變送器可直接連接DCS、PLC或其它系統(tǒng)，是電機等設備振動測量的理想選擇。采用西門子S7-300系列PLC接收振動變送器的模擬量信號，完成數(shù)據(jù)的預處理，報警等功能。再通過PLC的以太網(wǎng)通訊模塊傳輸數(shù)據(jù)到地面監(jiān)控中心的PC機上，實現(xiàn)在線顯示、報警、故障診斷分析等。系統(tǒng)網(wǎng)絡化拓撲圖如圖2所示。
2 系統(tǒng)軟件功能
該上位機系統(tǒng)是基于中文Windows XP平臺，采用WinCC V6.0組態(tài)軟件開發(fā)而成（圖2）。
（1）顯示功能。
立體流程畫面的顯示功能；具有多種類型圖表、系統(tǒng)圖、曲線圖，用戶界面更加直觀。
（2）報警功能。
根據(jù)實際情況設定不同地點的預警值、報警級別及地理位置名稱。系統(tǒng)可以完成診斷結果的統(tǒng)計報表，供設備管理使用，包括日、周、月、年的檢測結果統(tǒng)計報表和報警診斷結果報表。
（3）上傳功能。
實時振動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上傳，輕松實現(xiàn)無人值守。按照系統(tǒng)設定的參數(shù)（通道參數(shù)、保存監(jiān)測數(shù)據(jù)間隔等）循環(huán)在線監(jiān)測：實時數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)預處理（有效值、最大值、平均值等統(tǒng)計）報警狀態(tài)判別（如果有任何測點需要報警）實時顯示數(shù)據(jù)、棒圖、趨勢圖、時間波形等定時將檢測數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)采集。
（4）圖形表格。
用戶可定制各種表格：實時數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計報表、報警一覽表、實時數(shù)據(jù)曲線和歷史數(shù)據(jù)趨勢曲線等。
（5）查詢功能。
可以在系統(tǒng)圖上直接查詢設備信息、運行情況、統(tǒng)計信息等。同時可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)報表和數(shù)據(jù)庫的連接，可以保存歷史數(shù)據(jù)以備后續(xù)的分析。
3 系統(tǒng)應用案例分析
本系統(tǒng)現(xiàn)已應用于淮南顧橋礦主副井多繩摩擦提升系統(tǒng)。立井提升機整體是一個質量和剛度分布十分不均勻的，由若干個零部件組成的大型復雜的機器系統(tǒng)，在計算分析振動時，首先要做出較為合理的力學模型，使其既有利于理論分析計算，又能夠滿足工程上的精度要求。在把提升機整體的實際結構抽象為力學模型的過程中，認為井塔提升機大廳地基為剛性支承，略去各軸承座的彈性，把提升機系統(tǒng)離散成為多質點。本文采用有限元方法和ANS
YS有限元分析軟件分析振動參數(shù)。
（1）有限元法。
一般連續(xù)問題近似求解的數(shù)值方法就是有限元。在結構的應力分析中最早使用，之后在熱傳導、電磁場、流體力學等連續(xù)問題中很快應用。有限元方法密切結合了工程應用，是為產品設計直接服務的。隨著有限元理論的不斷發(fā)展和完善，涌現(xiàn)了大量大小不一、專用的、通用的有限元結果分析程序。所以工程結構中的一般問題現(xiàn)在直接可以使用通用程序求解，不用再另編計算程序，節(jié)省了大量精力和時間。
（2）有限元三維實體動力分析步驟。
三維實體有限元動力分析的一般步驟可以表述如下。
①連續(xù)區(qū)域的離散化。
在動力分析中，因為引入了時間坐標，處理的是四維問題。在有限元分析中一般采用部分離散的方法，即只對空間域進行離散。
②構造插值函數(shù)。
由于只對空間域進行離散，所以單元內位移的插值表示是
③簡化求解方程。
利用Galerkin提出的平衡方程與力的邊界條件的等效積分形式，同時將位移空間離散后的表達式和初始條件
代入，最終得到系統(tǒng)的求解方程常微分方程組。原則上可利用求解常微分方程組的常用方法（例如Runge-Kutta方法）求解，但是在有限元動力分析中，因為矩陣階數(shù)很高，用這些常用算法一般是不經(jīng)濟的。本文主要用直接積分法和振型疊加法。
（3）有限元分析軟件ANSYS。
本文對提升機轉軸組件系統(tǒng)的模態(tài)分析使用的是美國大型ANSYS有限元分析軟件。ANSYS軟件本身融合了結構、熱、液體、電磁、聲學，有限元分析作為基礎的大型通用CAE軟件。ANSYS軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。由于ANSYS產品家族中的模態(tài)分析是一個線性分析，任何非線性特性，如塑性和接觸（間隙）單元，即使定義了也將被忽略，因此這里假設系統(tǒng)為線性系統(tǒng)，進行有限元剖分時采用了梁單元、質量單元和彈簧單元，計算了滿載時前15階模態(tài)頻率見表1，同時利用MATLAB繪制出了前4階振型圖見圖3。
4 結論
分析計算模態(tài)的結果可以看出，如果該頻率和轉軸組件系統(tǒng)的軸向、徑向和扭轉震動的模態(tài)頻率，頻率處會比較容易出現(xiàn)峰值，計算模態(tài)分析結果會等同于實測信號的分析結果，而模態(tài)頻率附近的頻帶范圍經(jīng)常出現(xiàn)譜峰，也就是轉軸組件系統(tǒng)的動態(tài)的實際情況是和建立的有限元計算模型相符的。我們將進一步對模型進行優(yōu)化改進，為今后煤礦立井提升系統(tǒng)的振動改善做出理論指導。
摘 要：文章從當前我國煤礦發(fā)展中主扇風機運行存在的監(jiān)控不全，存在巨大的通風安全隱患，選取本礦崔莊風井的風機監(jiān)測改造為實例，以TF-III型崔莊主扇風機在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝調試、運行效果等各方面的改造實施，從而實現(xiàn)老礦井主通風機的現(xiàn)代化，滿足現(xiàn)代化礦井生產的要求。
關鍵詞：礦井通風機；在線監(jiān)測；風機監(jiān)測改造
1 概述
當前，我國大多數(shù)煤礦井的主通風機并沒有實現(xiàn)在線監(jiān)測，無法實現(xiàn)對礦井通風實時監(jiān)測。現(xiàn)以峰峰集團羊東礦崔莊風機監(jiān)測改造為例簡要說明礦井主風機在線檢查系統(tǒng)的實現(xiàn)。
2 設備現(xiàn)狀
羊東礦崔莊風井
風機形式：長軸軸流風機（上海鼓風機廠） 數(shù)量：2臺
風機型號：GAF26.6-16-1.67
負壓范圍：2628～4000 Pa 流量：148～176.2m3/s
風機調風形式：停機調整風葉角度
風機潤滑形式：稀油潤滑 （配套潤滑油站2個）
配套電機：YR5601-6 異步電動機（湘潭電機廠）
額定功率：1000KW 額定電壓：6000V 額定電流：119A
額定轉速：989 r/min 功率因數(shù)：0.85
啟動方式：轉子串電抗器
風機在線監(jiān)測系統(tǒng)：無
3整體改造實施方案
鑒于目前崔莊風井的設備情況，按照煤礦主扇風機運行規(guī)程要求及打造數(shù)字化礦井的發(fā)展需要，均需要增加和完善主扇風機在線監(jiān)測系統(tǒng)的裝備和投入。需要將監(jiān)測信息上傳至礦調度中心，鑒于該風井的地理位置跨越村莊、道路、鐵路等設施，不宜采用光纜通訊，采用成熟的點對點無線網(wǎng)絡通訊技術，達到對風機檢測。
4 TF-III型崔莊主扇風機在線監(jiān)測系統(tǒng)介紹
TF-III型礦井主扇風機在線監(jiān)測系統(tǒng)是采用最新技術而設計的第三代主扇風機在線監(jiān)測系統(tǒng)，編程智能數(shù)據(jù)采集、工業(yè)組態(tài)監(jiān)測和控制、計算機數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡通訊等功能為一體。主要功能如下：
4.1 設備監(jiān)測核心采用西門子系列可編程控制器，結合現(xiàn)場傳感器能夠快速、準確實時對風機設備運行狀態(tài)監(jiān)測，包括溫度、壓力、流量、振動、電壓、電流、功率、電量等重要參數(shù)，對運行監(jiān)測參數(shù)進行快速分析處理，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報警提示，并且按照相關預案執(zhí)行保護停機、防止造成重大安全事故。
4.2 監(jiān)控上位機采用2臺工業(yè)級計算機（工控機），雙機冗余設計，可互為備用和同步顯示，上位機監(jiān)控軟件平臺采用功能強大、穩(wěn)定可靠的正版ForceControl工業(yè)控制組態(tài)軟件設計開發(fā)，具有高性能、高速度、高吞吐量、高可靠性、跨網(wǎng)絡系統(tǒng)的開放式數(shù)據(jù)庫，人機界面友好，操作簡單，查看方便。
4.3 提供各種運行數(shù)據(jù)的實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線，便于用戶進行數(shù)據(jù)變化分析。
4.4 具有運行報表功能，自動記錄、存儲各參數(shù)運行數(shù)據(jù)，形成班報表、日報表、月報表等，代替人工抄錄，可隨時查閱報表歷史記錄（數(shù)據(jù)存儲時間為一年）。另外提供數(shù)據(jù)報表轉存功能，可選擇存儲路徑、報表時間范圍、數(shù)據(jù)記錄間隔等功能。
4.5 自動記錄設備運行異常的報警信息和內容，包括報警發(fā)生、確認、消失的具體時間等，通過歷史報警窗口可進行查閱、瀏覽和打印。
5 系統(tǒng)基本結構和配置
監(jiān)控系統(tǒng)由上位機（監(jiān)控計算機）、PLC控制柜（數(shù)據(jù)采集和報警控制）、現(xiàn)場傳感器及網(wǎng)絡功能接口等組成。
5.1監(jiān)控上位機
監(jiān)控上位機采用知名品牌工業(yè)級計算機，可同時監(jiān)測兩臺風機，上位機人機界面采用工業(yè)控制組態(tài)軟件設計開發(fā)，接收的數(shù)據(jù)進行還原顯示、存貯、形成報表、實時和歷史曲線等，對數(shù)據(jù)進行分析判斷處理等，并聯(lián)網(wǎng)通訊滿足其它監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)訪問。
5.2 PLC控制柜
PLC控制柜核心采用西門子S7-1200系列可編程控制器，可編程控制器包括電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、以太網(wǎng)通訊模塊等，結合現(xiàn)場傳感器和其他控制設備分別對風機和附屬設備實現(xiàn)邏輯控制和運行參數(shù)實時在線監(jiān)測、報警輸出和外部通訊等功能。
5.3 現(xiàn)場傳感器
現(xiàn)場傳感器主要包括溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、位置傳感器等。
主要技術參數(shù)：
測量范圍： 0 ～ -5Kpa；輸出：4-20mADC 二線制
基本誤差： 0.25%
工作溫度：-20℃-+85℃
長期穩(wěn)定性：
過載極限：最大額定壓力的1.5倍
5.3.1 風量的測量方法
根據(jù)空氣流動的動力學理論，利用兩端面靜壓變化測定法計算風量，具有測定方法簡單、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、準確的特點，適合進行長期在線風量監(jiān)測。
5.3.2潤滑油壓、冷卻水壓力的監(jiān)測
采用壓力變送器采集潤滑油壓、冷卻水壓力，判斷供油壓力的高低和冷卻水進出水壓力高低。
6 振動傳感器
振動傳感器用于測量風機的振幅或振速信號，是監(jiān)測軸承故障的重要手段之一，一般安裝在風機內軸承座體上（或風機機體上），每臺風機裝有兩組（4只）按垂直、水平方向分布的振動傳感器。振動傳感器有專用配套變送器，將振動信號轉換為4-20mA標準信號送入PLC模擬量采集通道。
振動傳感器及變送器技術參數(shù)：
振動傳感器型號：CD-21 C（S）
測量范圍：0～500μm；
靈敏度：200mv/cm/s；
橫向靈敏度比：
工作環(huán)境：溫度： -29℃～80℃，相對濕度： 95%不冷凝；
輸出電阻：≤500Ω；
最大承受沖擊：500m/s2
7 電參數(shù)的采集
風機運行的電參數(shù)采集采用綜合電參數(shù)模塊實現(xiàn)，該模塊是一款性能優(yōu)異，功能齊全的智能型電參數(shù)測量與采集模塊，適用于工頻三相三線制或三相四線制電路中的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等信號的測量，采用RS485總線通訊方式，標準MODBUS-RTU通訊規(guī)約。
可在市場上購買EDA9033D電參數(shù)模塊，實現(xiàn)電參數(shù)采集的功能。
綜合電參數(shù)模塊主要技術參數(shù)：
輸入信號：三相交流電壓、電流，輸入頻率：45～75Hz
電壓量程： 500V，電流量程： 5A、
通訊輸出：RS-485 ，標準MODBUS-RTU通訊規(guī)約。
測量精度：電流、電壓：0.2級；其它電量：0.5級；
供電電源：DC+10～30V；功耗：
工作環(huán)境：工作溫度：-20℃～+70℃ 相對濕度：5%～95%不結露
8 系統(tǒng)主要技術參數(shù)
?工作輸入電源： AC170～250V，控制器電源： DC24V；
?工作環(huán)境：環(huán)境溫度-30℃～60℃，相對濕度：-5%～95%不結露。
?壓力信號：測量范圍0～-5kPa，0～1MPa，測量精度±0.5%，
標準4～20mA信號
?溫度信號：測量范圍-20～280℃ 測量精度：±1.0
傳感器分度號：PT100
?振動信號：測量范圍：0～500μm 測量精度：
9監(jiān)控界面
9.1運行主界面（見圖1）
9.2 查看實時變化曲線、歷史曲線和運行工況性能曲線
選擇歷史數(shù)據(jù)曲線，雙擊趨勢框，將彈出歷史趨勢設置畫面，選擇需要查詢的開始時間和結束時間和時間軸范圍（橫軸），并且可以調整數(shù)據(jù)軸（縱軸）的數(shù)據(jù)范圍，鼠標拖動游標可了解具體某一點的詳細數(shù)據(jù)。
【摘 要】本文在煤礦井下皮帶運輸?shù)睦碚撗芯糠治龌A上，設計開發(fā)礦井皮帶運輸狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，為綜合監(jiān)控技術的廣泛應用和提高煤礦礦井皮帶運輸狀態(tài)監(jiān)測與事故預警提供理論基礎和應用借鑒。
【關鍵詞】皮帶運輸機；監(jiān)測；煤礦
0 引言
皮帶運輸機是一種由電機驅動的連續(xù)運輸設備，主要用來輸送物料和成品，被廣泛應用于工業(yè)生產各領域。在皮帶運輸機連續(xù)運行過程中，皮帶運輸機經(jīng)常會出現(xiàn)打滑、斷帶、劃傷、過載、聯(lián)軸器斷開等故障，導致壓礦的嚴重后果。因此對皮帶運輸機運行狀態(tài)的監(jiān)測具有重要意義。煤礦井下皮帶運輸系統(tǒng)走向長，環(huán)節(jié)多且裝備了多種類型的皮帶運輸機。運行經(jīng)驗表明，僅靠提高皮帶運輸系統(tǒng)的質量難以滿足安全生產的要求，還須裝備功能完善、質量可靠、技術先進的皮帶運輸自動化系統(tǒng)，以實現(xiàn)對皮帶機群運行狀態(tài)檢測、控制與保護、現(xiàn)場視頻監(jiān)視。
1 煤礦井下皮帶運輸狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計
系統(tǒng)設計工作原理是：皮帶運輸機的斷帶、劃傷、橫撕、打滑、過載、聯(lián)軸器斷開等多種皮帶機運行異常狀態(tài)會給生產帶來較嚴重的后果，為避免這些現(xiàn)象的出現(xiàn)我們可以檢測皮帶速度、電機轉矩作這兩個特征參量是否異常。皮帶速度、電機轉矩成為皮帶運輸機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)比較重要信號被測參量。除此以外，當皮帶運輸機正常運行時，安裝在皮帶機上的傳感器還應檢測皮帶運輸機運行狀態(tài)的煙霧、溫度、跑偏、堆煤、縱撕等特征參量，將表示皮帶運輸機運行狀態(tài)的非電量轉變成為標準電信號，并將采集到的電信號經(jīng)過濾波、放大、整形處理后傳給主控單元進行信號分析、處理，并與設定的標準信號的閾值進行分析比較，由主控單元采取相應的控制策略，發(fā)出控制命令。例如對異常信號進行停機、預警、報警等。制策略。
礦井皮帶運輸狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要由井下控制分站與井上控制主站構成，整個系統(tǒng)采用全分布式控制結構。控制分站負責采集礦井下的各種狀態(tài)特征參量的采集和對設備做出相應的控制。每條皮帶機機頭位置安裝監(jiān)控分站一臺，監(jiān)控分站的顯示機構可實時顯示當前皮帶機的運行狀態(tài)。各監(jiān)控分站與各狀態(tài)參量傳感器之間采用距陣結構實現(xiàn)聯(lián)接，控制分站與監(jiān)控主站之間采用現(xiàn)場網(wǎng)絡總線結構接入工業(yè)以太網(wǎng)，監(jiān)控主站與監(jiān)控主機之間通過礦井環(huán)形光纖以太網(wǎng)絡聯(lián)接。監(jiān)控主機部分位于地面機電監(jiān)控中心，工業(yè)控制計算機上安裝組態(tài)軟件實現(xiàn)對各分站的每條皮帶機的運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。系統(tǒng)結構如圖a 所示。
礦井皮帶運輸狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測量有速度、電機轉矩、縱撕傳感器等，其結果如圖b所示。
GSC6-SC型速度傳感器，主要用于檢測皮帶機的運行速度，其基本工作原理為開路式磁阻傳感器。用于檢測作輸送機皮帶的運行速度和低速打滑、超速和斷帶等現(xiàn)象的監(jiān)測。速度傳感器的摩擦滾輪安裝于皮帶機機頭上皮帶的下側，根據(jù)壓縮彈簧的張力使摩擦滾輪與上皮帶緊密接觸。此種安裝方法鑒于由于上皮帶托輥較密，水和灰都不易影響摩擦滾輪，摩擦滾輪轉動較平穩(wěn)，輸出頻率可靠。
CQG電機轉矩傳感器基于數(shù)字式轉矩傳感器原理之上研制而成。這種電機轉矩傳感器采用磁電轉換原理，應用相位差原理和數(shù)字顯示的轉矩轉速測量方法，是通過磁電變換輸出具有相位差的二個電壓訊號的傳感器，可直接讀出扭矩和轉速的測量結果。
ZS01-L-Y型縱撕傳感器主要用于檢測各種規(guī)格型號的皮帶輸送機皮帶縱向撕裂。當皮帶運輸機出現(xiàn)皮帶縱撕故障時，便會出發(fā)攔索，使之產生位移變化量，通過檢測位移變化量的變化來檢測皮帶縱撕信號量。縱撕傳感器安裝于受料段皮帶下緩沖托輥之間，每個受料段設一組，從傳感器內直接輸出預警、報警停機信號。
跑偏開關主要用于檢測實際運行過程中皮帶輸送機的跑偏位移量來實現(xiàn)皮帶輸送機跑偏后自動預警、報警功能；跑偏開關具有兩級動作，一級動作用于預警，二級動作用于停機報警。當皮帶運輸機運行過程中輕微跑偏時，跑偏開關發(fā)出預警信號；當皮帶運輸機運行過程中嚴重跑偏時，跑偏開關發(fā)出停機報警信號。跑偏開關通常安裝在機頭位置，皮帶運輸機槽角傾斜安裝，開關立輥應當垂直于皮帶面，立輥高度的 1/3 處位于皮帶面，同時保證電纜出線口安裝在皮帶機內側。由于皮帶機在正常運行過程中會產生一定程度的自然跑偏，而此自然跑偏不會影響皮帶機的正常運行，所以在安裝時將立輥距帶邊留有一定的空間。
GQL0.1-Y煙霧傳感器是離子式煙霧傳感器的一種，用于環(huán)境中煙霧的檢測，能有效準確的檢測環(huán)境中煙霧的濃度信號。
堆煤傳感器主要安裝在皮帶機機頭溜煤眼和皮帶搭接處。當皮帶機頭發(fā)生堆煤或滿倉及超過限位的時候，堆煤傳感器動作一定的角度，傳感器輸出點由閉合變成斷開。控制系統(tǒng)監(jiān)測到后，進行報警和停機，已達到保護皮帶機的目的。
GWM-40-W 型號溫度傳感器是基于熱電偶原理的溫度傳感器，當被測設備或環(huán)境溫度升高到一定的時候，溫度傳感器的熱敏原件動作輸出信號。以保證安全。用于電機運行時溫度的檢測，能有效準確的檢測電機運行時溫度信號。
2 結論
運用測試技術和控制理論建立完善的皮帶運輸機的帶速、過載、打滑、劃傷、斷帶、聯(lián)軸器斷開、跑偏、煙霧、溫度、等檢測與事故預警；系統(tǒng)能實時的監(jiān)測皮帶機的運行狀態(tài)，能根據(jù)現(xiàn)場采集到數(shù)據(jù)，診斷出系統(tǒng)存在的故障，在達到一級預警預設值時，進行預警，達到二級報警預設值時，進行停機報警；狀態(tài)監(jiān)測與事故預警系統(tǒng)與調度電話系統(tǒng)、工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系在一起，共同對系統(tǒng)的監(jiān)測發(fā)揮各自的作用；系統(tǒng)具有地面遠程控制為綜合監(jiān)控技術的廣泛應用和提高煤礦礦井皮帶運輸狀態(tài)監(jiān)測與事故預警提供理論基礎和應用借鑒。
摘要：針對無人值班變電站的大力推廣，首先介紹了電力監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構，進而對電力監(jiān)控系統(tǒng)的原理及連線進行了分析，接下來就實施方案作了詳細的規(guī)劃，最后提出了電力監(jiān)控系統(tǒng)的意義。
關鍵詞：電力監(jiān)控與自動化平臺的整合 實施方案 無人值守
效益分析
1 概述
近年來，隨著電力系統(tǒng)管理體制的深化改革，變電站的無人值守、綜合管理和安全管理是電網(wǎng)現(xiàn)代化的必由之路。遠程視頻/環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)已逐步成為無人值班變電所新增的十分必要的自動化項目，通過遠程視頻/環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，安全值班人員、企業(yè)領導可以隨時對電站的重點部位進行監(jiān)控和監(jiān)視，以便能夠實時、直接地了解和掌握各變電站的安全情況，并及時對發(fā)生的情況做出反應。
為實現(xiàn)供電系統(tǒng)和設備的在線參數(shù)監(jiān)測、遠程操作控制、實時事故報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、運行安全保護、用電計量管理；實現(xiàn)了“四遙操控”，對故障監(jiān)測預警、保護、定位，上傳故障數(shù)據(jù)和信息，提供了快速解決手段，也解決了煤礦供電系統(tǒng)越級跳閘、電壓波動跳閘、漏電接地選線、突發(fā)大面積和長時間停電等困擾煤礦供電的運行難題，我礦2008年按計劃引進了KJ357礦用電力監(jiān)控系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)總體結構
系統(tǒng)分為四個層次：設備層（即高開綜合保護層）、變電層（即變電所內的當?shù)乇O(jiān)控和自動化設備――井下測控分站）、通訊平臺層（即變電所與地面間的公共通訊平臺――光纖以太網(wǎng)平臺）、地面監(jiān)控層。
設備層主要完成數(shù)據(jù)采集、計算、保護和控制執(zhí)行，并通過RS485總線接入變電所的測控分站中。測控分站一方面完成數(shù)據(jù)轉發(fā)，另一方面實現(xiàn)變電所綜合選漏、錄波存儲、時鐘同步和當?shù)乇O(jiān)控，并通過光纖以太網(wǎng)，完成與監(jiān)控主站的通訊。通訊平臺是由分站光端設備構成的光纖以太網(wǎng)或是專門的光纖以太網(wǎng)。監(jiān)控主站是一套供電系統(tǒng)專業(yè)版組態(tài)系統(tǒng)，可按照供電系統(tǒng)的規(guī)范，對供電系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制、統(tǒng)計和分析。
一個變電所裝設一臺井下監(jiān)控分站。變電所的高低壓綜合保護用雙絞線接入變電所的測控分站，監(jiān)控分站直接接入現(xiàn)有環(huán)網(wǎng)，以太網(wǎng)與地面監(jiān)控主站通訊。
系統(tǒng)后臺可以用OPC方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降V井綜合自動化平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡。
3 實施方案
3.1 系統(tǒng)原理圖（圖1） 井下各6kV變電所的高、低壓開關通過RS485通訊線接入分站，分站通過網(wǎng)線接入千兆環(huán)網(wǎng)，監(jiān)控中心服務器、監(jiān)控主機通過環(huán)網(wǎng)讀取各變電所的高、低壓開關數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)監(jiān)測和控制。
3.2 系統(tǒng)連接 電力監(jiān)控系統(tǒng)設備連接，在井下泵房和變電所各安裝一臺監(jiān)控通訊分站，各變電所的監(jiān)控攝像頭通過網(wǎng)線或光纜（根據(jù)現(xiàn)場傳輸距離情況決定）連至電力監(jiān)控分站，由電力監(jiān)控分站將電力監(jiān)控數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)由網(wǎng)線連至環(huán)網(wǎng)交換機，通過環(huán)網(wǎng)傳至監(jiān)控服務器和主機。
3.3 電力監(jiān)控中心站的建立 在調度中心建立電力監(jiān)控后臺，對地面35kV配電房和東地6kV配電房的開關柜進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和分、合閘控制，井下16個變電所的高、低壓開關進行遠程監(jiān)測、遙控、遙信、遙調和遙視。
3.4 地面配電房的接入 需將礦內地面35kV配電房和東地6kV配電房接入要建的電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)配電室的監(jiān)測、監(jiān)控。
3.5 電力監(jiān)控分站的建立 在井下共16個變電所中各安裝一臺電力監(jiān)控分站。電力監(jiān)控分站與變電所內的高、低壓開關的綜合保護器用RS485通訊方式進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)變電所的就地監(jiān)控、通訊轉發(fā)等。電力監(jiān)控分站就近接入變電所附近的千兆環(huán)網(wǎng)交換機，通過已有的工業(yè)以太網(wǎng)與地面電力調度中心后臺進行數(shù)據(jù)交換。
3.6 視頻的建設 在井下變電所安裝帶云臺隔爆攝像機，并接入變電所的測控分站，進行數(shù)據(jù)編碼和壓縮，并通過以太網(wǎng)，將視頻傳輸?shù)降孛骐娏φ{度中心，實現(xiàn)井下變電所的視頻監(jiān)視，實現(xiàn)變電所的圖像監(jiān)視即遙視，從而可以實現(xiàn)變電所的無人值班。
3.7 與綜合自動化平臺的連接 ①目前我礦已有千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)共安裝12臺環(huán)網(wǎng)交換機，地面4臺工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機，井下 8臺礦用防爆環(huán)網(wǎng)交換機。地面除了在機房安設兩臺核心交換機外，還分別在35kV變電站和洗煤廠（正在建設中）各安裝一臺交換機。井下分別在8個變電所各安裝一臺防爆環(huán)網(wǎng)交換機。地面、井下通過單模光纜構成兩個1000M高速光纖環(huán)網(wǎng)并實現(xiàn)冗余（環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)如圖2所示）。②現(xiàn)有綜合自動化集成軟件平臺主要包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、組態(tài)平臺及應用平臺。操作系統(tǒng)選用Windows2003簡體中文版，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用SQL2005簡體中文版。組態(tài)平臺作為整個系統(tǒng)組態(tài)開發(fā)平臺，采用HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件iFIX簡體中文版作為組態(tài)平臺。
綜合自動化集成軟件平臺利用標準軟件接口采集不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，進行集中處理、存儲和，以iFIX組態(tài)軟件模擬生產過程，將數(shù)據(jù)以圖形及表格的方式動態(tài)表現(xiàn)出來，并通過Web方式在網(wǎng)絡上，使信息資源有機整合到一起，得到最大限度的利用，便于企業(yè)領導及時掌握煤礦生產情況并做出合理決策。
綜合自動化集成軟件平臺使用兩臺iFIX管控服務器，一臺運行，另一臺備用；還有兩臺數(shù)據(jù)庫服務器負責對iFIX管控服務器收集的數(shù)據(jù)進行存儲備份，一主一備，一臺數(shù)據(jù)庫服務器運行時如發(fā)生故障，另一臺自動投入運行，確保對iFIX管控服務器所收集數(shù)據(jù)的正常存儲。
電力監(jiān)測系統(tǒng)通過OPC SERVER與全礦井綜合自動化平臺接口，實現(xiàn)兩者的無縫連接。
3.8 系統(tǒng)效益分析 ①使各變電站真正做到無人值班，以綜合性保護和控制增加了變電站整體安全和設備運行可靠性。②極大提高上級管理部門對下級操作部門、操作部門對所屬變電站的監(jiān)督和管理水平：a上級管理部門實時監(jiān)督操作人員的工作狀態(tài)和規(guī)范程度。b實時管理和監(jiān)控變電站有關人員、物品進出等安全防護情況。c操作部門可實時監(jiān)控變電站主要設備的運行狀態(tài)。d優(yōu)化相關操作、維護人員的派出和工作計劃，極大提高生產效率。e管理部門對變電站的突發(fā)事件能清晰看到、準確決策并在第一時間傳達指令到現(xiàn)場。③降低變電站的日常維護成本，每個變電站最少可節(jié)約兩名值班人員人工成本。
4 結束語
該系統(tǒng)還可通過智能分析，預告事故隱患，預防突發(fā)電力事故，具有應對突發(fā)安全事故時的電力預案程控操作功能，可用于高效準確處置重大安全事故；系統(tǒng)的高精度計量監(jiān)測、專業(yè)圖表分析工具、錄波分析工具和智能專家系統(tǒng)，是加強供電管理、減少事故、降低損耗、節(jié)約電能、提高運行效率和管理水平的最新現(xiàn)代化工具，運用系統(tǒng)網(wǎng)絡遠程操作控制和智能程控技術，能實現(xiàn)煤礦供電系統(tǒng)和生產設備的全面自動化監(jiān)控無人管理，很值得推廣。
【摘 要】本文針對華玫礦業(yè)井下供電系統(tǒng)現(xiàn)有的情況和特點，提出了遠程供電監(jiān)測系統(tǒng)的設計思路、實施方案，并對該礦井下變電所實施了遙測、遙控、遙調、遙信等遠程監(jiān)控，有力保障了礦井的安全生產。
【關鍵詞】監(jiān)測監(jiān)控 遙測 遙控 遙調 遙信.
1.概括
華玫礦業(yè)煤礦井下高、低壓開關、變壓器、電動機近千余臺，高、低壓供電線路幾萬米，供電設備多、線路長，再有井下地質環(huán)境復雜，巷道支護條件差，所以造成了供電線路和設備發(fā)生短路、漏電故障，從而造成越級跳閘，引起大面積停電的幾率也隨之增大，發(fā)生故障后的恢復供電時間也比較長，嚴重影響了礦井的安全生產。為了解決以上問題，煤礦對井下主要變電所和配電點設備進行了升級和優(yōu)化，建立了礦井井下供電監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)問題并加以解決，以提高礦井供電系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約的相關開支。
2.設計方案
系統(tǒng)共有三層網(wǎng)絡結構組成：地面主站調度監(jiān)控系統(tǒng)層、監(jiān)控系統(tǒng)層，RTU設備層組成。系統(tǒng)可以擴展以太網(wǎng)交換機通訊，利用光纖相連，構成基于環(huán)形光纖的現(xiàn)場總線網(wǎng)；各個分站與地面調度監(jiān)控系統(tǒng)間用光纖環(huán)網(wǎng)相連，構成光纖以太網(wǎng)。系統(tǒng)構建符合礦井條件的千兆工業(yè)以太網(wǎng)絡，做為供電監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕ǖ溃瑢⒎植加诟鱾€采區(qū)的變電所、配電點相關信息聯(lián)通到一起，直接傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，由監(jiān)控中心服務器和上位機進行數(shù)據(jù)采集和整理。
井下RTU終端采用開封測控的DSB600B（高壓）、WZB-6GT（低壓）型保護器，具備各種關鍵數(shù)據(jù)的采集功能（電壓、電流、故障、電量、狀態(tài)等）和輸出功能。利用RTU終端的RS485總線及以太網(wǎng)通訊，實現(xiàn)供電分站的數(shù)據(jù)采集、處理、統(tǒng)計、顯示、操作等功能，分站顯示屏能夠顯示相應的主要數(shù)據(jù)為巡檢人員檢修提高方便。最后供電分站就近接入環(huán)網(wǎng)交換機將數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)控中心。
3.實施方案
本著節(jié)約開支的原則，對井下高、低壓開關進行改造升級，井下電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要集中在開關的綜合保護裝置（含電力數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、監(jiān)控、通訊和各種電氣保護功能），購置主要是采購市場上比較先進的具有通訊功能的開關，以此完成設備層的實施。實現(xiàn)配電網(wǎng)及其設備正常運行及事故下的監(jiān)測、保護、控制、用電負荷配電管理的現(xiàn)代化，對RTU終端設備實現(xiàn)遙控、遙測、遙信等管理。
井下環(huán)網(wǎng)安裝西門子X408交換機3臺、X308交換機5臺，敷設48芯光纜近萬余米，能夠實現(xiàn)供電監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的就近接入；井上環(huán)網(wǎng)安裝西門子X408交換機2臺、X308交換機2臺，敷設48芯光纜兩千米；監(jiān)控中心安裝思科核心交換機2臺，分別連接井下、井上環(huán)網(wǎng)，從而實現(xiàn)環(huán)形架構。
高壓開關方面通過優(yōu)化開關內部控制線路、更換保護器裝置的方式，對井下現(xiàn)有的天津天礦、濟源礦用、中國電光等廠家的高壓開關改造；低壓開關方面通過更換整體開關、改造原低壓開關、接入有通訊功能的開關等三種方式來實現(xiàn)。
系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化設計最終確定安裝供電傳輸分站7臺，對每臺高低壓開關的RTU終端，均采用RS485通訊總線方式進行連接并就近接入供電分站。
4.遠程電力監(jiān)測系統(tǒng)組態(tài)軟件設計
井下電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是整個遠程電力系統(tǒng)的核心，能夠實現(xiàn)電力監(jiān)測的四遙功能，即遙信、遙測、遙控、遙調。通過上位機軟件能夠實現(xiàn)報表統(tǒng)計、故障錄波、快速復電等附加功能。
上位機的供電組態(tài)軟件選用力控電力版6.1，實現(xiàn)采集并記錄井下上傳的各個分站的數(shù)據(jù)，并有相應的遠程操作窗口來實現(xiàn)遠程的相應操作，最終實現(xiàn)集中管理。圖2為龍宮煤礦電力監(jiān)測的主界面。（中央變電所）
5.結束語
通過井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的實施，極大的減少了煤礦供電的故障率，提高了工人勞動效率，部分變電所和配電點實現(xiàn)了無人值守，降低了工人勞動強度，解決了傳統(tǒng)管理模式下的諸多人為因素，提高了供電系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、快速性，杜絕了部分事故的發(fā)生，有力的保證了礦井的安全生產。
作者簡介：
陳見倫，（1974～ ），畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學工業(yè)電氣自動化專業(yè)，現(xiàn)任濟南華玫礦業(yè)有限責任公司機電副主任，曾主持礦山機電設備技術升級改造項目十余項。
【摘 要】 琿春礦業(yè)集團八連城煤礦31901工作面通過采用KJ216煤礦頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn)場研究了綜采支架壓力與采場瓦斯涌出變化之間的關系，介紹了KJ216在線液壓傳送系統(tǒng)的安裝與使用，分析了周期來壓與采場瓦斯涌出的的內在聯(lián)系，準確預報周期來壓的到來，積極采取措施，從而大大減小瓦斯帶來的災害。
【關鍵詞】 周期來壓 瓦斯 液壓系統(tǒng)傳送
1 地質概況
八連城31901工作面煤厚2.1m～4.5m，平均厚度3.5m。煤層傾角2°～6°，平均4°。絕對瓦斯涌出量17.4m3/min。偽頂0.3m粉砂質泥巖，直接頂12.0m粗砂巖，老頂0.9m泥巖。煤層硬度f2～3（如表1）。
一般情況下，采場瓦斯涌出包括3部分，煤壁瓦斯涌出，落煤瓦斯涌出及采空區(qū)瓦斯涌出。對于煤壁瓦斯涌出，當采煤機不斷割煤，新鮮煤壁不斷暴露，瓦斯就沿著煤層的破壞裂隙向工作面涌出。采煤機落煤，把煤粉碎成各種塊粒狀煤，提高了煤的瓦斯解析強度，導致瓦斯涌出量增加。采空區(qū)瓦斯由采空區(qū)落煤、圍巖頂板裂隙和鄰近煤層涌出的瓦斯構成。
2 KJ216在線液壓傳送系統(tǒng)的應用原理
（1）系統(tǒng)概述。綜采支架工作阻力監(jiān)測系統(tǒng)用于煤礦綜采工作面的支護工作阻力在線監(jiān)測。系統(tǒng)現(xiàn)場總線采用標準RS485數(shù)據(jù)總線，總線可連接64臺壓力監(jiān)測分站，壓力監(jiān)測分站可現(xiàn)場實時顯示支架工作阻力、最大工作阻力。本安型分站控制巡測下位壓力監(jiān)測分站，通訊分站的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位監(jiān)測主站。（2）系統(tǒng)結構與組成。31901工作面綜采支架工作阻力監(jiān)測系統(tǒng)采用配套KDW28型隔爆兼本安電源供電。每臺供電電源可負載一臺本安型分站和8臺壓力監(jiān)測分站，以下為傳送路線，監(jiān)控分站1號通訊分站通訊主站光端機光纖環(huán)網(wǎng)地面電腦系統(tǒng)軟件礦井局域網(wǎng)。
3 周期來壓與采場瓦斯涌出量的監(jiān)測
（1）監(jiān)測方法。31901工作面共有64個綜采液壓支架，設置了8個測站，間距平均分布，每個測站連接8個綜采液壓支架，分站的主機采用通道液壓管和支架的支柱連接，主機與主機之間采用電源線連接，最后通過光纖與地面電腦連接。所觀測的數(shù)據(jù)在線傳送到八連城煤礦地面調度室、地面區(qū)隊、地面技術科、地面總工程師室。技術人員可以隨時觀測和分析數(shù)據(jù)，把異常數(shù)據(jù)隨時反饋到上級領導那里，進而有效指導生產。（2）監(jiān)測結果分析。八連城煤礦采用KJ216在線液壓傳送系統(tǒng)共連續(xù)監(jiān)測到6次周期來壓。見圖1。
從現(xiàn)場監(jiān)測到的6次周期來壓與工作面瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測的關系分析可知，該礦31901工作面的周期來壓約為5～7天左右，根據(jù)工作面推進速度推進（5.0m/d）計算，工作面周期來壓步距大約為25m～30m。周期來壓時頂板活動劇烈，有時有響聲，工作面部分片幫，支架壓力明顯增大，瓦斯?jié)舛壬杂刑岣撸咚沟臐舛仍龇淮螅咚節(jié)舛仍龃筅厔輹r間略滯后于支架壓力增大趨勢時間。
通過1個月的觀測，共發(fā)生6次周期來壓，通過來壓前后壓力的變化，瓦斯?jié)舛鹊淖兓瑤蜕疃葘Ρ龋黜椫笜嗽谥芷趤韷呵昂笥幸欢ǖ淖兓Ｔ谟^測第一個周期來壓之后，我們通過分析數(shù)據(jù)，預測了第二次周期來壓，第三次周期來壓，第四到第六次周期來壓，周期來壓步距與實際誤差僅為2m到3m。事實上，我們采用KJ216煤礦頂板監(jiān)測系統(tǒng)，我們預測周期來壓的準確程度大大的得到提高。在周期來壓之前，我們采取了預防措施，檢查好泵站到工作面的供液管路，工作面綜采支架補足壓力，全部伸好護幫板，區(qū)隊長跟班作業(yè)，現(xiàn)場觀測頂板與煤幫的壓力變化，有漏液的液壓支架隨時修補。加大本煤層瓦斯抽放，增加本煤層底板瓦斯抽放，增大煤層瓦斯高位復抽，做好上尾巷瓦斯抽放工作，調節(jié)工作面通風風量，清除回風巷、入風巷、工作面障礙物，減小通風阻力，擴大工作面底板打眼覆蓋面積，充分釋放工作面瓦斯。在周期來壓前后，加大瓦檢員檢查采煤工作面和上尾巷、回風巷的瓦斯檢查力度，有情況隨時向采煤施工隊和調度匯報，做到有隱患及時處理。在周期來壓前后，根據(jù)支架壓力顯現(xiàn)和瓦斯?jié)舛鹊淖兓m當放慢循環(huán)進度，使瓦斯得到充分釋放，等到瓦斯?jié)舛冉档皆试S施工范圍內，周期來壓過去后，采煤工作面才步入正規(guī)循環(huán)。
4 周期來壓外與瓦斯涌出量的關系
通過觀測，瓦斯的涌出量在周期來壓前后有較大的變化，平常瓦斯涌出量的變化幅度小，這與尾巷的冒落狀況、頂?shù)装鍘r性、頂板淋水情況，頂?shù)装遴徑簩拥馁x存狀態(tài)、采空區(qū)的影響、工作面的風流、循環(huán)進度的快慢、煤層瓦斯的抽放等各方面因素有一定的關系。雖然平常瓦斯的涌出量變化幅度不大，但不可疏忽。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)暴露出問題是，工作面有時有個別綜采支架漏液，綜采支架多數(shù)存在初撐力不足，綜采支架沒有頂靠工作面頂板。在綜采支架都補足壓力，同時加強在線液壓傳送系統(tǒng)的觀測，探索出支架壓力的變化與工作面瓦斯量涌出的變化之間內在更具體的聯(lián)系，才能發(fā)揮出在線液壓傳送系統(tǒng)的更大效能。
摘要：針對近些年煤礦瓦斯監(jiān)測不夠精確等問題，本文結合無線傳感器網(wǎng)絡技術，提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的設計方法。根據(jù)該設計思想將系統(tǒng)分為信息采集、傳送、監(jiān)控和路由設計等幾部分。針對現(xiàn)場實際的需求，提出固定節(jié)點和移動節(jié)點的實現(xiàn)方法并對兩類傳感器結點進行了軟硬件設計。結點硬件部分主要包括：控制模塊、傳感器模塊、無線通信模塊和電源模塊。軟件部分主要包括數(shù)據(jù)采集采集模塊與處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，并給出了各模塊的流程圖。
關鍵詞：甲烷 監(jiān)測 無線傳感器網(wǎng)絡 節(jié)點
1 引言
我國煤炭資源豐富，但是煤炭開采卻面臨諸多困難，近年全國各地煤炭瓦斯事故不斷發(fā)生，如何準確有效的監(jiān)測瓦斯?jié)舛瘸蔀槊禾堪踩a的主要問題。本文主要對當前瓦斯氣體監(jiān)測有線方式布線難，檢測效率不高、無人值守、檢測設備攜帶不方便等問題，提出了設計基于無線傳感器網(wǎng)絡煤礦瓦斯氣體監(jiān)測系統(tǒng)。
2 傳感器結點硬件電路的設計
傳感器結點電路的設計主要包括兩類結點的設計，分別是移動結點和固定結點。移動傳感器結點負責現(xiàn)場的信息感知，并將現(xiàn)場的信息通過自組網(wǎng)的方式傳送到所在簇的簇頭。移動結點是根據(jù)通信空間的關系或者地理位置的不同分成若干個簇，每個簇以固定結點為簇頭，簇頭作為路由將信息實時的傳送到地面監(jiān)控中心的網(wǎng)關服務器部分，然后網(wǎng)關服務器將再將接收到的信息傳送給瓦斯監(jiān)控平臺，經(jīng)過處理后實時顯示監(jiān)測區(qū)域的瓦斯?jié)舛取D2為節(jié)點關系圖。
2.1 移動節(jié)點與固定節(jié)點硬件組成結構
移動節(jié)點結構主要由四部分組成：傳感器模塊、無線通信模塊、控制器模塊和電源模塊。圖3為傳感器移動節(jié)點模塊結構圖。
考慮系統(tǒng)的性能要求及性價比我們選擇加密性強、運行速度快、抗干擾能力超強（高抗靜電ESD保護、EFI測試輕松過2KV/4KV快速脈沖干擾、寬電壓，不怕電源抖動、款溫度范圍、芯片電源經(jīng)過特殊處理）、超低功耗的STC12C5A60S2單片機芯片，無線通訊模塊我們這里采用射頻芯片nRF905，該芯片廣泛應用的射頻收發(fā)通訊中。
對于固定結點是傳感器結點匯聚信息的紐帶，在設計中使用了和移動節(jié)點一樣的硬件結構，唯一不同的是固定結點中的匯聚結點增加了RS-485接口通信，便于與地面進行有線通信。
3 瓦斯數(shù)據(jù)采集軟件的設計
瓦斯傳感器結點需要實時采集監(jiān)測區(qū)域瓦斯的濃度，然后將采集的數(shù)據(jù)信息進行相應的處理后，使其構成無線傳感器網(wǎng)絡，并將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控和管理系統(tǒng)。
在井下監(jiān)控區(qū)域內需要建立合適的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，按照功能可分為瓦斯數(shù)據(jù)采集和瓦斯數(shù)據(jù)傳輸兩個模塊。瓦斯數(shù)據(jù)采集模塊中又包含了瓦斯數(shù)據(jù)采集和處理。瓦斯數(shù)據(jù)采集模塊流程圖如圖5-6所示。
瓦斯信息采集后還需要瓦斯處理，瓦斯數(shù)據(jù)處理流程圖如下。
4 瓦斯數(shù)據(jù)傳輸模塊軟件的設計
瓦斯數(shù)據(jù)傳輸模塊主要負責通過控制模塊處理后進行數(shù)據(jù)通信。通信設備有兩部分組成，一部分是發(fā)射器，一部分是接收器。圖7為傳輸模塊流程圖。
5 網(wǎng)絡的建立與新結點入網(wǎng)
在自組織的無線傳感器網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡的性能主要依賴于拓撲控制。如何有效的滿足網(wǎng)絡覆蓋和連通度，去除結點不需要的通信鏈路，是傳感器網(wǎng)絡拓撲控制的主要目的，這樣可以形成一個數(shù)據(jù)轉發(fā)的優(yōu)化的網(wǎng)絡結構，最終延長網(wǎng)絡的生存周期。一個好的拓撲結構可以增加路由協(xié)議和MAC協(xié)議的傳輸效率。本設計是運用層次型無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲控制，依據(jù)分簇的方法形成一個處理并轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡。在網(wǎng)絡的形成階段，首先需要協(xié)調器建立一個網(wǎng)絡，然后固定結點和移動結點分別加入到網(wǎng)絡中，對于無線傳感器網(wǎng)絡，有許多的信道可以供使用，為了減少網(wǎng)絡的建立時間可設計監(jiān)測系統(tǒng)在一個固定的信道上，如果在一個監(jiān)測區(qū)內需要多個無線傳感器網(wǎng)絡，則可以將它們固定在不同的信道上，這樣可以減少網(wǎng)絡間的相互干擾。建網(wǎng)過程開始后，固定結點首先要對能量進行掃描，通過掃描協(xié)調器可以獲得所規(guī)定信道內無線信號的哪些能量高哪些能量低，以便查得能量峰值，如果預期設定的可接受標準低于能量峰值，協(xié)調器會繼續(xù)進行能量掃描，一直到該信道上能量峰值滿足要求為止，如果能力掃描結果可以接受，固定結點為即將建立的網(wǎng)絡選擇一個網(wǎng)絡ID作為它的唯一標識。
網(wǎng)絡建立起后，便可以接受未入網(wǎng)的新結點加入到網(wǎng)絡，新結點首先會在提前設定好的一個信道撒花姑娘進行一個固定時間的主動掃描。在掃描國產中，新結點將向網(wǎng)絡中的所有結點廣播信標請求信息，協(xié)調器和已入網(wǎng)的結點收到這個信息后會向該結點發(fā)送自己的信標幀，因此在網(wǎng)絡連通狀況良好的情況下，新結點將會收到很多個信標信息。掃描結束后，新結點將會選擇與信標中標識允許連接的網(wǎng)絡結點進行連接，如果多個網(wǎng)絡結點允許連接，那么新結點會按照所收到信標幀的順序來選擇靠前的結點連接。如果主動掃描結束后，新結點沒有收到任何一個信標幀，則新結點會重復主動掃描過程，直到發(fā)現(xiàn)可以連接的網(wǎng)絡結點為止。為了使結點可以獲取網(wǎng)絡中鄰居結點的信息，便于數(shù)據(jù)傳輸，設計每個結點都維護一個記錄了該鄰居結點信息的鄰居表，對于每一個新結點，其鄰居表初始值為空，一旦新結點進入到網(wǎng)絡，它將會把信標信息保存到鄰居表中，并將鄰居表中的做出記錄，之后新結點將會向網(wǎng)絡中結點發(fā)送請求加入信息，該信息包括了結點類型信息，網(wǎng)絡中結點收到這個信息后，如果允許該結點加入，則會為該結點分配相應的網(wǎng)絡地址，并將信息存入到鄰接表中，然后網(wǎng)絡中的結點向新加入的結點發(fā)送應答信息，包括網(wǎng)絡ID、給該結點分配的網(wǎng)絡地址等相關參數(shù)信息，新結點收到這個應答信息后，記錄其中的內容，這樣就完成了新結點入網(wǎng)的過程。
6 結語
最后通過傳感器節(jié)點的軟硬件設計，在實驗室及走廊取三個傳感器節(jié)點進行了實驗，通過數(shù)據(jù)結果分析，效果良好。為以后實時運用的煤礦生產現(xiàn)場奠定了基礎。
摘要： 徐州礦務集團三河尖煤礦是國內受沖擊礦壓危害最為嚴重的礦井之一，自1991年發(fā)生第一次沖擊地壓以來，已先后發(fā)生各類沖擊地壓事故31起，對沖擊地壓的治理已成為三河尖煤礦安全管理的重要內容。7439工作面使用的KJ550煤礦沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)，大大提高了三河尖煤礦沖擊礦壓預測預報準確性和沖擊礦壓防治水平，實現(xiàn)了安全回采，具有巨大的潛在社會效益和經(jīng)濟效益。
1 概述
7439工作面位于東四采區(qū)，運輸巷和切眼與7419工作面采空區(qū)相鄰，軌道巷與F7斷層（h=11m）相鄰，該面的對面為7429工作面采空區(qū)，其下2m為東四軌道巷，煤層頂板為粉細砂巖，厚度14.4m。7439工作面三面環(huán)采空區(qū)，一面臨采區(qū)斷層，是典型的孤島殘采綜放工作面。運用綜合指數(shù)法評定指數(shù)為0.737，為中等（偏強）沖擊危險。
2 KJ550沖擊地壓在線監(jiān)測系統(tǒng)基本原理
2.1 巖層運動、支承壓力、鉆屑量與鉆孔圍巖應力之間的內在關系。KJ550煤礦沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)是基于當量鉆屑量預報沖擊地壓的機理：發(fā)生沖擊地壓之前，采動應力存在逐步增加的過程，當應力必須達到煤體破壞極限時，就有可能發(fā)生沖擊地壓，此時鉆屑量將超過額定的安全指標，因此，應力增量的變化規(guī)律與鉆屑量存在相關性，通過監(jiān)測應力增量的變化規(guī)律，實時在線監(jiān)測工作面前方采動應力場的變化規(guī)律，找到高應力區(qū)及其變化趨勢，實現(xiàn)沖擊地壓危險區(qū)和危險程度的實時監(jiān)測預警和預報[1]。
2.2 監(jiān)測系統(tǒng)包括三個主要組成部分：①地面監(jiān)測主站；②井下監(jiān)測分站（包括一個供電電源）；③壓力傳感系統(tǒng)。另外還包括接線盒、電纜、光纜等本質安全型連接部件以及相應的軟件組成。
2.3 相對應力與絕對應力的關系。主要功能KJ550系統(tǒng)的壓力傳感器測得的是相對應力，它是支承壓力與絕對鉆孔圍巖應力綜合作用的結果。相對應力值和絕對應力值的關系如圖1所示。可見，本系統(tǒng)的壓力傳感器揭示的支承壓力峰值附近的應力變化情況，一般小于絕對應力。
由于應力增量可以實現(xiàn)實時在線監(jiān)測，因此，可以通過監(jiān)測應力增量，實現(xiàn)沖擊地壓的監(jiān)測預警。監(jiān)測系統(tǒng)具備以下功能：①根據(jù)在線監(jiān)測處理軟件，能夠實時顯示沖擊危險區(qū)及其危險程度，具有三級預警。②具有在地面監(jiān)控室遠程診斷每一個井下傳感器工作狀況的功能。③具有預報頂板來壓的分析功能和輸出沖擊危險性預警報表功能。
3 7439工作面測點布置
根據(jù)7439工作面的具體實際情況，在軌道巷布置9組測站，運輸巷布置9組測站，每組測站包含兩個測點，埋深為14m和8m，測點間距為1m，如圖2所示，圖中灰色線條表示測點，在7439兩道分別從開切眼往外每隔20m布置一組測站，測點埋在回采工作面內，一次布置完9組測站；如圖2所示7439工作面KJ550測點布置示意圖。
4 7439工作面KJ550應力在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測結果及防治情況分析
7439回采工作面是“孤島殘采”工作面，受斷層構造應力、采空區(qū)殘余應力和區(qū)段煤柱應力集中影響，回采過程中面內及兩道超前50m范圍板炮、煤炮頻繁，強度大，且軌道側巷道變形嚴重，底鼓較為明顯，尤其2012年12月23日早班在軌道側進尺點187m處進行煤粉檢測時有連續(xù)的板炮和吸鉆現(xiàn)象，且煤粉顆粒增大到3～4mm，該地段電磁監(jiān)測數(shù)據(jù)最高時達到98mV，有趨增趨勢。為預防沖擊地壓發(fā)生，在該地點及時實施煤層大孔徑卸壓，卸壓解危后，動壓顯現(xiàn)有所趨減，但在2012年12月25日軌道巷側推進142m時，第18號深孔檢測點（孔深為14m）監(jiān)測數(shù)據(jù)突然出現(xiàn)上升，由最初的8Mpa上升為15.3Mpa，然后持續(xù)上升到28.9Mpa，已超過沖擊預警值15Mpa。25日早班實施煤層大孔徑卸壓時煤粉顆粒大，鉆出的煤粉量達到10噸左右，動力顯現(xiàn)較為明顯，為進一步達到更好的卸壓效果，于26日夜班在軌道巷18號進尺點10m范圍內巷道兩側幫部布置6個卸壓孔，實施煤層深孔卸載爆破，鉆孔過程中伴有吸鉆、板炮等動壓顯現(xiàn)，孔深7m時最大煤粉量為6.9Kg，卸壓解危后，電磁輻射值和煤粉量均小于沖擊預警值。
7439運輸巷側受鄰近7419采空區(qū)殘余應力和7419遺留煤柱停產線邊界應力集中影響，加之工作面推進速度快，工作面后方采空區(qū)頂板垮落產生的壓應力達到運輸巷側超前50m處，2013年1月1日運輸巷推進172m時，運輸巷的180m處的深孔、220m處的淺孔應力持續(xù)上升，分別為16.61Mpa、23.28Mpa。2日早班在7439運輸巷應力在線監(jiān)測異常測點附近1～2m范圍實施煤粉監(jiān)測，鉆眼過程中有輕微吸鉆、煤炮現(xiàn)象，最大煤粉量為3.5kg/m，為此，于2013年1月3日早班對7439運輸巷內側幫部布置4個卸壓孔進行煤層深孔卸載爆破，降低了煤體積聚的彈性能和應力集中程度。
5 主要結論
通過利用沖擊危險性影響因素的分析，以及利用采礦地質條件確定沖擊危險綜合指數(shù)和工作面實施的卸壓解危措施，可以得到如下結論：①通過對沖擊礦壓發(fā)生的機理分析結果看，沖擊礦壓的發(fā)生是能量的積聚與釋放的過程，而且均有一定的延時性，因此7439工作面的沖擊礦壓進行動態(tài)防治是完全可行的。②從電磁輻射和煤粉量監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，對7439工作面掘進和回采期間的沖擊礦壓動態(tài)防治是成功的，既保證了生產的安全，又沒有影響生產進度。③有沖擊危險的工作面通過煤體大直徑鉆孔卸壓能夠釋放煤體中聚集的彈性能，降低其應力值，消除應力升高區(qū)，使煤體應力峰值向煤體深部轉移，從而可有效地防治和減弱沖擊礦壓的危險性，達到防治沖擊地壓的目的。④通過KJ550煤礦沖擊地壓在線監(jiān)測預警系統(tǒng)的應用，大大提高了三河尖煤礦沖擊礦壓監(jiān)測預報準確程度及沖擊礦壓防治水平，成果具有較強的普遍性和可適用性，具有相當廣泛的應用市場，具有巨大的潛在社會效益和經(jīng)濟效益。