基于VR技术的井下排水可视化监测系统研究

2018-10-23薛彩龙

机械管理开发 2018年10期

薛彩龙

（山西煤炭运销集团锦瑞煤业有限公司，山西吕梁 033000）

引言

为了确保煤矿井下排水系统的正常工作，各生产企业依托于数据总线技术开发了一系列的煤矿井下排水系统在线监测技术，实现了对煤矿井下排水系统工作状态的实时监测[1]，但在实际应用中，发现该监测系统对井下排水系统的监测信息主要以数据的形式进行显示，在同一时刻显示的数据类型多、信息量大，工作人员在监测时候需要不停的进行切换，工作量大、效率低，极易忽略掉重要的数据信息，因此需要对现有监测系统进行优化。

1 三维可视化监测系统的总体结构

该三维可视化监测系统主要将井下排水系统、数据通讯系统、信息处理系统、数据监测显示终端、运行故障报警等系统进行有机整合，将其划分为不同的层次，从而实现整个三维可视化监测系统的集成与模块化组合。为确保对煤矿井下排水系统各运行状态的同步监测，要求该监测系统具有多参数的同时监测和数据传输功能与实时性功能，采用CAN数据总线[2]为基础构建网络数据传输体系，采用物理层的物理介质互联互通方案，实现监测、控制、传输设备之间数据的交换，其整体结构如图1所示。

在该监测控制系统中，采用了统一标准的数据总线结构，各类数据信息在系统总线中利用统一的协议标准进行相应的数据信息交换。工作人员在监控中心的控制终端通过数据总线发出各类控制指令，设备各节点收到控制指令后调整完成相应的动作，并将控制指令反馈给各监测终端，确保每个节点均能独立完成各类信息的发送和接收，并根据信息完成相应的控制动作和调整。该监测系统的应用层是网络传输与监测应用端进行数据信息访问与交互的端点，其结构可分为数据储存、显示，信息采集及处理，功能任务分配及结果暂存等部分，控制人员可利用系统应用层实现对各类监测资源的实时访问。设备监测层主要用于对系统中所有设备的管理，控制人员可以通过设备监测层对系统内的各个设备进行监测与实时控制。数据通讯层是该监测系统用于数据信息交换的区域。

图1 三维可视化监控系统层级结构

2 可视化数据采集系统

该可视化监测系统的数据采集系统主要是由各类传感器设备组成，用于在排水设备工作时对各排水设备的工作状态、运行参数及整个监测系统的控制参数的实时采集与储存，是监测系统对整个排水系统运行情况进行判断的“耳目”，该可视化监测系统的数据采集系统主要包括温度信号采集、速度信号采集、压力信号采集、电流信号采集、排水流量信号采集及各单元开关量的信号采集，如下页图2所示。

3 可视化监测系统的三维建模

为确保控制终端对排水设备工作状况观察的直观性，对三维可视化建模的要求较高，综合评估后利用3Ds MAX三维建模工具软件[3]对煤矿井下排水系统及其结构排布进行三维可视化建模，在建模时可只针对排水设备外观及需要观察的部分进行分开建模，其他部分则直接对外观按照1∶1的比例进行建模即可，该三维可视化运行的画面采用CPU及高端显卡进行控制显示，避免在运行时出现卡阻，根据计算机的图形学原理及实际的建模工作经验，在对该排水系统进行三维可视化建模时应遵循以下原则：模型画面尽量简化，只针对需要观察的地方进行细致建模，避免运行画面太多造成CPU运行速度降低，出现运行画面卡阻现象；三维建模时尽量减少锯齿及纹理模糊，避免影响模型的渲染；尽量降低模型数量，避免影响系统运行速度；对模型密度进行合理排布，避免分布不均造成系统运行时的卡阻。

该三维可视化监测系统的三维建模如图3所示。

图2 三维可视化监控系统数据采集系统框图

4 三维可视化监测系统的网络结构设计

排水系统三维可视化监测系统利用CAN数据总线网络实现对各监测数据和控制信号的采集及控制，并实现与下位机和上位机的实时数据联通与通信[4]，该可视化监测系统的网络结构如图4所示。

该监测网络系统主要由煤矿井下前端的现场总线监测系统和监测数据传输网络构成。煤矿井下前端的现场总线监测系统利用总线网络将位于不同区域的多个排水设备平台进行连接，现场数据服务器通过网络结构对各排水设备及积水区域积水情况的数据信息进行不间断监测和收集，并将数据汇总进入网络数据库。数据储存服务器和各监控点之间利用数据总线进行连接，在系统开始运行时，各监控分站返回与服务器之间的通讯连接情况，上位机系统利用TCP/IP通讯协议与服务器相连接，控制程序的网络通讯模块通过服务器和下位机相连接，通讯系统采取了服务器/客户端的网络架结构。