基于labVIEW集成技术的矿山安全监测监控系统研究

2019-08-08

世界有色金属 2019年11期

(湖南有色金属职业技术学院，湖南株洲 412006）

近些年来，我国矿山事故总体向好的方面发展，但事故仍然频繁发生，且绝大多数事故和人员伤亡是由于矿山井下安全监测监控技术不到位、管理制度不健全及事故后的应急救援工作的不及时造成的。随着计算机网络技术的发展，在这一强劲的发展势头中，基于labVIEW集成技术以其特有的技术独领风骚。

在矿山安装并实施主井设备信息化控制系统、采区运输系统信息化监控系统、集约式信息化监控系统、井下无人值守变电所系统等，利用3DMine矿业工程软件建立了矿山地表地形模型和井下巷道实体模型的基础上,重点研究了矿山三维可视化模型在矿山设计上的应用，实现对采掘巷道的三维可视化设计，保证矿井的安全生产[1，2]。

通过以上分析，本文提出基于LabVIEW集成技术的矿山安全监测监控系统，通过采用先进的信息和计算机网络技术，整合各个分离的通信设备，使资源达到充分共享，从而实现环境效应和经济效应为目的的矿山开发系列集成技术。

1 目前矿山安全监测监控系统存在的问题

目前，大多数矿山安全监测监控系统有许多型号，这些型号由许多不同的制造商生产，每个制造商的技术实力差异很大。

而厂家的设备通讯标准存在差异，导致不同厂家的设备不兼容。因此，由于非标准通信协议，矿山建设单位中的许多现有设备不能用于新的监测监控系统。矿山设备反复购买，软件和硬件无法随意升级。据统计，CH4传感器和CO传感器在国内矿山安全监测监控使用时，敏感元件一直存在缺点，如使用寿命短，工作稳定性差，制作工艺水平低等，制约着矿井有害气体的正常检测，与国外相比存在较大差距。

现有的矿山安全监测监控系统在传感层网络技术、网络传输技术、应用层技术等方面还存在不足，尤其在抗干扰技术方面，与国外先进技术相比，还有一定的差距[3，4]。同时，现有矿山安全监测监控系统不具备矿山事故决策支持系统的功能，不能预警矿山事故，不能为矿山管理人员提供避免事故的对策和解决方案。矿井监测监控设备缺乏黑匣子，无法对事故起因分析提供有效依据[5]。

2 矿山安全监测监控系统的功能要求

系统中传感器的检测精度要设置，为了适当增加或者减少传感器，传感器的位置应方便安装。

安装在矿山传感器采集的数据以统一的格式上传到地面监测监控室，获取所需数据以保存数据供以后使用。

井内数据保存最好使用大储量数据库，该数据库可以存储从矿井地下传感器传输至少2年的数据，可以在需要时直接提取给专家使用。

监测监控和监测监控系统的用户界面应简洁大方，矿山管理人员通过界面可以很方便查看各种参数，同时应有各种数据变化的变化图。

系统应具有功能：数据的自动处理、报警、断电和重新供电。

3 基于labVIEW的程序设计

LabVIEW是一种用于虚拟仪器的图形化编程语言、仪器控制、数据采集和处理的软件，可以满足RS-232和RS-485等协议的通讯功能。

LabVIEW的编程软件主要包括三部分：前面板、后面板和图标。将传统仪器和虛拟仪器放在一起，发现虛拟仪器的前面板是我们传统仪器的外观(各种开关和按钮等)，后面板的所有功能和连接线都是传统设备中的各种电路板和电子元件[6，7]。因此，labVIEW虚拟仪器可用于模拟试验，避免浪费过多的物力和财力。

LabVIEW软件集成了大量常用功能和专用波形发生器，可以使用软件附带的波形发生器生成我们需要的波形。通过预先编写所需的子VI，主程序可以调用子VI，这简化了主程序的设计过程。基于labVIEW监测监控系统设计如图1所示。

图1 基于labVIEW监测监控系统设计

4 系统的核心组成部件

4.1 监测监控微机系统

矿山井下电缆与计算机的端口相连接，安装在矿山井下传感器采集到的数据通过微机处理系统分析，使得井下传感器收集的数据可以在微机处理过程之前连续地发送到微机处理系统，然后使用安装labVIEW软件的计算机预设的功能对数据进行详细处理，最终将处理的数据报告给上级。

4.2 通信接口

通讯接口一般有以下几种：RS-232和RS-485，各个接口连接到安装labVIEW软件的计算机，以备份重要的传感器采集的数据。对于矿井监测监控系统，主要监测目标是有害气体、人员定位和作业环境。通信接口主要用作桥接器RS232仅适用于地面的短距离通信要求，难以适应大的地下距离和恶劣环境的通信要求。RS485可以适应远程通信，但通信质量稍差。因此，我们可以使用RS485通讯接口在地下进行远程通讯，并可以在短距离地面通讯时转换成RS232接口[8]。

4.3 中继器

由于矿山井下比较深，通信电缆通常达到几千米，因此，电缆上信号随着距离的增长而减少，在井下安装中继器是有必要的。中继器的主要功能是防止信号衰减，信号衰减将信号长距离传输到信号的物理层[8]。

4.4 通信分站

地下通信分站是井下和井上传感器的连接，主要对采集的信号进行预处理。

4.5 系统应包含的内容

利用先进的计算机网络技术和通信技术，建立一个labVIEW集成技术的监测监控和监测监控系统。为所有矿山环境、人员和设备形成动态监测和监测监控，实现预测集成和智能预警，从而提高矿山安全监测监控水平。

系统由以下几个子系统组成:视频监测监控系统、人员定位系统、通信联络系统、顶板监测监控系统、供水施救系统、有害气体监测系统、紧急避险避灾系统、地压监测监控系统和决策分析系统组成。

矿井安全监测监控系统内容如下图2。

图2 矿井安全监测监控系统组成

5 运用实例

为测试基于LabVIEW集成技术的监测监控系统运用效果，在湖南郴州某矿进行检测试验。试验中，首先在井下布设由主控制器和传感器等组成的安全智能监控监测系统。在某矿山井下，一组传感器设置的距离为80m，监控基站设置的距离为800m，在没有贯通的巷道和采场工作面分别进行监测，试验结果显示：工作场所有害气体浓度稍微超限，该系统马上报警。由此可知该监测监控系统工作灵敏，能够满足矿山井下现场使用要求。