智能礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)設計
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摘要：礦山的安全生產最重要的一環(huán)就是礦井通風，一個安全、可靠的通風安全監(jiān)控系統(tǒng)對于保障礦井安全生產具有重要的意義?；诖耍瑥挠布蛙浖蓚€方面設計一種智能礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)，并將其應用于實際的作業(yè)中。與傳統(tǒng)通風監(jiān)控安全系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)能夠更快檢測到危險氣體濃度的異常，并具有自動稀釋危險氣體濃度的能力。
關鍵詞：智能；礦井；通風；安全監(jiān)控
1智能礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計
1.1控制器設計
對于控制器的設計，是用來實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)各項功能的基礎，對于整個控制系統(tǒng)而言，首先要保證控制器的可靠性。由于礦井中的相關作業(yè)現(xiàn)場情況較為復雜，因此使用市面上已有的控制器連接到監(jiān)控系統(tǒng)當中會出現(xiàn)很多問題[2]。因此本文設計出一種靈活性更強、成本更低的控制器，用于本文構建的監(jiān)控系統(tǒng)中。根據(jù)硬件設計的思想對控制器進行設計，根據(jù)不同的功能和性能，將控制器劃分為多個不同功能的模塊，再將模塊之間按照一定規(guī)則進行組合，完成能夠滿足控制系統(tǒng)不同功能要求的控制器。
1.2電路設計
在設計完控制器后，控制器的電路要按照“芯片~外部四周電路~基礎電路~功能電路”的順序依次進行連接。選用完全集成的混合信號片上的系統(tǒng)型電機控制芯片，選用100腳薄塑封四角扁平封裝，具備64個數(shù)字I/O引腳，且具備兼容的CIP51內核。CIP51指令能夠利用標準的編譯軟件和匯編軟件對軟件進行開發(fā)。該芯片能夠支持多種運算公式，且運算速率相對較高，外設豐富能夠滿足礦井生產環(huán)境中對控制器的開發(fā)，與其它同等類型的芯片相比價格低廉。
2智能礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計
上文對控制器的具體要求進行設計后，能夠保證系統(tǒng)硬件的基本實現(xiàn)，但是為了實現(xiàn)在礦井現(xiàn)場對通風機進行實時的監(jiān)控功能，仍然需要對其軟件進行進一步的設計。（1）下位機設計。下位機主要使用的是上文設計的控制器，主要功能是用于采集礦井現(xiàn)場各個通風參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C上。再接受上位機傳輸?shù)目刂浦噶钷D送到各個執(zhí)行機構中。根據(jù)通風效果的不同對通風設備進行模糊控制，以此滿足礦井作業(yè)對風量的要求。本系統(tǒng)中的下位機設計主要是在單片機的程序上進行，利用電子集成驅動器實現(xiàn)，該驅動器是單片機上專用的開發(fā)平臺，具有設置斷點、單步運動、變量查詢以及程序下載等功能，同時還支持在線的仿真實驗，根據(jù)上文對硬件的選擇設計，自動生成相對應的配置代碼。（2）上位機設計。利用VB對上位機軟件進行設計，VB是在Windows操作系統(tǒng)中的一個包含了事件驅動以及協(xié)助開發(fā)環(huán)境的程序設計語言。利用可視化的開發(fā)通行用戶界面完成對上位機的設計。上位機中的監(jiān)控主要分為通風參數(shù)監(jiān)視窗口、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)基本處理以及控制風機風量。通風參數(shù)監(jiān)視窗口主要用于將上文設計的下文機中采集到的通風質量情況以及通風記得運行情況和相關參數(shù)進行存儲，并實時在監(jiān)控顯示器上顯示。數(shù)據(jù)通訊主要負責由下文機接受數(shù)據(jù)信息傳遞到上位機以及服務器上，并下達控制指令。數(shù)據(jù)運算處理是通過上位機對數(shù)據(jù)的讀取進行計算，并分析出此時礦井作業(yè)的通風需求，得到控制結論。直到通風機的風量是由上位機對下位機發(fā)出對應的指令要求，給出具體的風量目標數(shù)值。（3）上位機監(jiān)控設計。在對監(jiān)控系統(tǒng)進行設計時，為了保證系統(tǒng)的易用性和可操作性，在設計的過程中要遵循突出重點、符合操作人員使用習慣等原則對上位機監(jiān)控進行設計。上位機監(jiān)控中主要包含控制操作界面、通風效果監(jiān)控界面、參數(shù)設置界面、通風機運行監(jiān)控界面、以太網(wǎng)通訊模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、實時曲線查詢、故障和超限報警、歷史數(shù)據(jù)讀取。在監(jiān)控界面中的需要進行監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息主要包括各個礦井工作區(qū)域的通風效果、區(qū)域風量、工作人員人數(shù)、作業(yè)環(huán)境的溫度、一氧化碳濃度以及粉塵濃度?？刂颇Ｊ街饕煞譃楣?jié)能型和極速通風型。在兩種模式下，可以對通風量進行加強或減弱，但在節(jié)能型中不能對通風進行減弱，同樣，在極速通風型中也不能對通風進行加強。除了對通風效果進行監(jiān)控外，還應當對風機的運行情況進行實時的監(jiān)控。通風機的狀態(tài)會直接影響通風的效果，其監(jiān)控數(shù)據(jù)包含風機的運行狀態(tài)、轉速、出風量、溫度、運行時間等。本文設計的上位機監(jiān)控能夠對臺風機同時進行開關操作。在每一個基站中都包含了兩個風機，其中一臺作為備用，因此在顯示器上顯示為被使用的分析，隱藏未使用的風機。
3實驗論證分析
利用本文設計的監(jiān)控系統(tǒng)應用到實際的礦井作業(yè)當中，并驗證本文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)自動稀釋危險氣體的能力。將實驗分為三組，分別是在礦井采煤過程中、挖進過程中、以及根據(jù)前兩組實驗模擬出的極限情況的實驗測試。分別利用本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)對三組作業(yè)過程中的通風情況進行監(jiān)控。將實驗過程中的數(shù)據(jù)進行記錄。通過實驗證明，本問系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，能夠在更短的時間內將危險氣體的濃度降低到正常范圍內，因此說明本文構建的智能礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)具有更好的自動稀釋危險氣體濃度的能力，且能夠為礦井作業(yè)的防災減災提供最佳的控制策略。
4結語
智能化的通風安全監(jiān)控系統(tǒng)將會是未來煤礦通風的必然趨勢。目前礦井作業(yè)中，以風定產、按需供風是急需解決的難題，同時落后的通風系統(tǒng)也將逐漸被淘汰。為礦井下的工作人員減少工作量、實現(xiàn)礦井通風量的智能監(jiān)管和調控是礦井行業(yè)發(fā)展的必然選擇。
參考文獻
[1]劉石磊,耿偉,崔立志,等.基于工業(yè)以太網(wǎng)的隧道施工通風環(huán)境參數(shù)自動監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].隧道建設(中英文),2017,37(11):1396-1403.
[2]徐懷閣,劉增寶,邊紅星,等.煤礦通風機實時監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用[J].煤炭技術,2017,36(08):214-215.
作者：王鳳舞 單位：臨洮農業(yè)學校
