基于ARM可配置内核的煤矿瓦斯预警系统

吴晓明

【摘要】 煤矿开采是一个高风险的工作，因此煤矿安全问题一直是人们高度关注的事。但是每年因煤矿开采而死亡的人数虽略有下降，但一直是很高的。其中煤矿瓦斯爆炸又是引起煤矿事故的重要原因，所以煤矿瓦斯预警系统是保障煤矿安全开采比不可少的一项措施。

【关键词】 煤矿安全 光纤以太网+CAN总线 模糊数据融合 瓦斯预警

随着时代的发展，能源较以前而言变得多样化，比如现在非常热的对于太阳能、风能、潮汐能、生物质能等可再生能源的研究。

虽然对以上新能源的研究确实取得了一定的成绩，且在未来可再生能源肯定是能源的主要的选择方向，但在目前新能源在世界能源总量中所占比例依旧很低。

一、系统方案概述

虽然最近几年我国的煤矿瓦斯监控技术发展的很快，但是还存在一些关键技术问题没有解决，例如各种环境监测传感器精度和可靠性不高，大部分的厂家都是专用的通信协议，互不兼容，改进和扩充系统时必须找对应的厂家，在缺乏技术支持的情况下不得不改换整套的系统，而且信息处理技术还不够先进导致结果不够精确也不够及时，只能实现直接的传输、存储、显示和打印等功能，分析、挖掘的深度不够。

二、系统的总体结构和工作原理

系统主要由地面主站、以太网通信系统、CAN 总线通信系统、井下监控分站、本安电源、各种传感器、变频器和通风机构成，系统的总体结构。监控分站采集来自传感器的数据，经过处理和判决之后，生成对应的状态供现场显示和报警，同时可以根据得出的正常、轻微和危险这三个融合结果对变频器输出的频率进行控制，从而实现对通风机转速的控制。

监控分站中的数据通过 CAN 总线将数据送到以太网——CAN 网关来接入光纤以太网，以太网采用环形网络结构，保证了数据传输的安全性和可靠性，地面的主机对传送上来的信息进行分析和处理，实时显示动态的文字、曲线等信息。

2.1地面主站

地面主站由 PC 主机、以太网转 RS232 模块、打印机和投影仪组成。分站的监测数据经过地面主交换机转换成RS232 信号后传送给 PC 主机，由支持 DDE 技术的 VB 来编写驱动程序以实现通过 MSComm 控件对串口数据的收发，然后组态王通过 DDE 技术和 VB 进行通信，从而实现上位机数据采集的功能。

以太网转RS232 模块采用 ETH232 GH 微型以太网/串口转换器，它是一款带光电隔离的以太网/串口转换器，可以实现以太网、电源、串口的三方隔离。

2.2 以太网通信系统

以太网通信系统包括地面主交换机、光纤收发器和井下的防爆网络交换机。井下的防爆网络交换机采用 KJ127 矿用隔爆型以太环网交换机，它采用高性能的千兆工业级以太网交换机，有 2 对 1000M 的冗余光纤接口和 2 对的 100M 下联冗余光纤或 RJ45 接口，能构建 1000M 的高速冗余双环网和下联 100M 的冗余双环网，拥有强大的网管控制的功能，当链路故障或断裂时能快速的重构网络链路，最大的重构自愈时间小于 300ms，拥有 6 路的可选接口，可以是 100M 光纤以太网接口或 CAN/RS485 总线接口，这样交换机输出的总线上就可以直接挂载具有 CAN总线和 RS485 总线接口的设备，构成多主式或者主从式的总线局域监控网，一台交换机最多可挂载 6 台监控分站。

2.3井下监控分站

井下监控分站主要包括主控芯片 S3C2440A、外扩存储器、信号采集模块、LCD显示、RS485 接口和 CAN 通信模块等。信号采集模块共有 16 路传感器测量通道，其中八路是模拟量通道，八路是频率和开关量复用输入通道。

2.4通风机

通风机变频器选择 FR-E500 系列变频器，它体积较小，性价比较高，能支持 RS485 通信，拥有独立的 RS485 接口，PU 口也可用于 RS485 的通信，支持 3 点的模拟量输入，起动频率可以在 0-60Hz 范围内设置，输出范围是 0.2-400Hz，支持最大为 15 种的多段速度选择，可以设置为 30Hz， 60Hz和 90Hz 三段式速度控制，分别对应多传感器模糊融合中融合结果为正常、轻微和危险时的输出频率。

2.5系统模块化设计

针对煤矿井下环境极其恶劣、复杂，而不同煤矿又千差万别的特点，项目软硬件各层次拟采用模块化结构设计，将各个环节在可靠的前提下设计成最小系统，可配置性强，使其灵活地组成系统以适应不同规模、不同工程环境要求的安装、配置、调试等。

同时，可以很方便的迁移应用到森林防火、水下环境监测等领域中。

三、结论

本着以人为本、加强安全生产的想法，本人在原有的煤矿瓦斯预警的系统上，进行了改进。本系统降低了事故发生的概率，保障了开采人员的生命安全。

参 考 文 献

[1]李景魁.基于无线传感网的煤矿瓦斯监控系统研究与设计[J].煤炭技术，2013，（11）

[2]徐士敏.煤矿监测监控分站平台的研究[J].山东煤炭科技，2016，（2）

[3]晏勇，周相兵.基于物联网矿井瓦斯动态监测与预警系统设计[J].实验室研究与探索，2016，（1）