试论煤矿井下瓦斯远程监控系统的功能及设计要求

2015-08-15李成祥

科技视界 2015年1期

李成祥

（辽宁东煤基本建设有限责任公司，辽宁沈阳 110112）

作为一种新型的计算机远程监控技术，联网监视系统主要应用于煤矿井下作业的安全监测。联网系统主要有三部分组成，即煤炭井下作业采集系统、采集传输系统、煤炭井上处理系统。当前，随着国内科学技术的快速发展，计算机技术在煤炭行业的应用越来越广泛，通过多种参数对井下作业的实际情况进行分析，能够快速有效的处理井下安全事故，保障地下施工作业人员的安全。

1 瓦斯远程联网监控系统的构建

1.1 瓦斯监控系统的组成要素

瓦斯煤炭监控系统主要有四个部分组成，主要有：传输器系统，瓦斯井下数据分析系统，信息传输系统，地上瓦斯信息控制机处理系统。每部分在系统中都起到了关键性的作用。对于地上系统而言，主要包括打印机，显示器，主机等基础设备。井下设备作为收集数据的终端，其主要设备为89C51 型单片机。此类设备内安装有隔爆和本质安全电源，在低浓度瓦斯的条件下也可以施行正常化供电。传感器类型为KG9701 型，此种传感器在第一时间内监测到瓦斯的含量。将实际的瓦斯浓度以数字的形式进行显示，随后将其大小传输至整个模块中。此类瓦斯传感器功能较多。除了一些基本功能外，可以将现场的断电信号进行输出，增强了数据传输的有效性。

瓦斯监控系统的结构为树形，以便在井下安装。同时，在需要的情况下，可以将这种树形结构进行拓展，即将瓦斯系统转换为一种多级分布系统。地上模块与地下模块的连接只是通过一根电缆就可以完成，将地下各个模块以并联的方式联接至电缆中，以此来实现正常化的传输。

1.2 瓦斯远程监控系统的要求

1.2.1 保证数据传输的安全性与保真性

在数据传输的过程中，要将安全性与保真性放在首要位置。信息安全在网络中凸显出了十分重要的作用，同样对井下作业的安全生产中也具有十分重要的作用。根据井下作业的具体情况，建立一套完善的瓦斯监控传输网络。同时，考虑到实际的系统运行成本，一般采用专线接入的方式，使用SHD 传输平台来使相关信息能够得到有效的控制。

1.2.2 保证数据在传输过程中的稳定性

除了上述安全性与保证性之外，要使用E1 线路以此保证各个节点间能够实现互联，同时传输线路中的各项误码率较小，使数据能够在系统内稳定的传输。利用DSH 数据传输平台，可以提升数据的传输速度。如果第一传输平台出现故障，那么系统将会启动第二传输平台。

1.2.3 发挥B2112 传输平台的作用

对于远程数据传输，B2112 传输平台能发挥非常好的功能。此种平台的主要特点为模块化。如果某个板卡或端口出现故障，系统可以使用另一模块进行替代，这样就可以提升了整个系统的安全与稳定性。在电源系统中，可以使用双电源模块进行系统性的混插。如果整个模块出现问题，但是系统仍然可以正常化运行。

1.2.4 实现传输系统数据的延展化

对于计算机远程联网传输系统来说，需要应用一些基本的模块对数据监控系统进行设计，组建多种配置口延展方式，保证数据传输模块与网络巧妙结合，进而使整个瓦斯监控系统与网络联系有效的联系在一起。

1.2.5 保证监控系统网管的集中统一

对于井下数据采集系统而言，主要应采用集中统一的网管。如果网管与整个传输监控系统联系在一起，就能实现远程设备带动内网管，提高数据传输的安全性。此外，应用计算机网络系统可降低整个煤矿企业在安全管理方面的资金投入。

2 瓦斯远程监控系统的功能介绍

当前，随着国内科学技术的快速发展，计算机技术等在煤炭行业的应用越来越广泛。对于瓦斯远程监控系统而言，主要有以下几方面的功能：

2.1 全面有效的收集煤炭井下作业的相关瓦斯数据

对于煤炭井下监控系统，计算机可以利用瓦斯传感器将井下出现的不同瓦斯情况进行分类。随后根据收集的相关数据，进行数据间的相互转换，将这些数据进行处理，进而制定相关的解决措施。在数据传输过程中，瓦斯传感器获取的数据可作为一种物理参数，结合井下工作的实际特点，计算出实际瓦斯传感器数量。

2.2 完成瓦斯数据的预处理

进行此项工作的主要目的是降低数据传输的噪音，以此来获取更为有效的信息。预处理同样也属于信息净处理。它可以根据实际情况将多余，冗杂的信息及时地进行清除，以此来保证整个数据传输的过程中高效性。在此项处理过程中，可能会出现一些退化现象。如果出现瓦斯事故，系统就会出现较多的干扰因素，各种数据在单位中得到进一步显示。所以，如果影响因素确定，在应用模式识别前需将数据进行预处理。

2.3 判断瓦斯的阀值，测算数字量信号

此功能也是监控系统的核心功能。在一般情况下，通过空气中分布的瓦斯就可以确定瓦斯的阈值。通常，空气中瓦斯的含量在5%-12%时，就可能会引起爆炸。所以，瓦斯的最大值应为5%。应根据计算机远程瓦斯监控系统，对不同类型的数据进行处理，并将多种数值作出比较，以此来保持数据间的畅通。另一方面，将瓦斯传感器获取的数据与最大阈值进行对比，得出一些基本的数字量信号，增强对象的识别能力。

2.4 归类识别对象，方便进行分析决策

在监控系统中，有一部分可以利用人工神经网络技术将识别的对象进行归类，并根据神经网络进行训练得到实际的决策规则。随后，将决策规则中的一些被识破的对象作出进一步分类，将实际瓦斯的最大值与数字信号进一步的分析处理。这样就可以获得实际的井下瓦斯是否超出标准，一旦确立超出标准的情况，就应当立刻采取相关措施，保障煤炭井下作业的安全。

3 瓦斯远程监控的数字化要求

3.1 瓦斯监控系统传感器的节点设计

系统传感器主要分布在井下，不同的构成部分能够分别进行有效、合理化的控制。从内容上来说，系统传感器主要有控制及通信传输系统、瓦斯传感器系统、电源系统。此类传感器为KG9701 型，即便在3V 的电压下也能判断井下的环境，确定瓦斯的阀值，同时还具备自动化调节功能。控制以及通信监控系统为JENNIC－5139 模块，此模块在待机状态下的电流可以达到30uA，并应用嵌入式的模块，将多种模式结合在一起，把瓦斯含量的模拟信号可以转换为数字信号。而系统传感器可以准确地监测出井下温度，如果超出预定设定的最大温度，系统将会自动报警。同时，地面模块中的UART 将CAN 联系在一起，同时也具备其他多种的功能。

3.2 瓦斯监控系统模拟量输入通道设计

模拟量转换是在应用多选一方式进行操作模式，进而可以完成整个模拟样的采用。根据CD4067 多路转换器的原理，将多路模拟进行转换操作。此种模拟器应用的电流较小，这样就将电导阻控制在规定的范围内，保持一种稳定的状态。对于瓦斯监控系统，系统模拟器信号为SHA1144。此种转换器主要包括两部分，即数字芯片与模拟芯片。对于数字芯片而言，它们分别为逻辑控制电路、逐次比较逻辑寄存器等。对于模拟芯片而言，其原理主要是应用12 位单品而组成一种数字信息转换器。

3.3 瓦斯远程监控系统中数据库设计

在对远程数据库进行设计时，应充分考虑到井下作业的实际情况，同时也要考虑到实际运行情况。只有这样才能保证数据库设计合理性与安全性。对于煤矿数据设计，应将动态化作为首要考虑的因素，将模拟量作为一种实际的参考数据。通过现代化设计软件，应用SQL程序语句建立动态管理数据库。同时也要注意，在正式运行前，要进行数据库运行预先测试，以此来在正常运行时各个部分都能正常化运行。连接测试是整个正式运行前最为重要的测试环节，要每隔12s 进行一次测试，以此来数据在传输过程中的保真性。