基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)

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1、基于物聯(lián)網(wǎng)的多層次遠(yuǎn)程煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)摘要：煤礦安全信息遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)正變得越來越復(fù)雜，對數(shù)據(jù)的實時性、完整性和正確性，尤其是對實時數(shù)據(jù)響應(yīng)的快速性、對監(jiān)測環(huán)境的遠(yuǎn)程遙控能力提出了更高的要求。文章介紹了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的多部門、多層次煤礦安全信息遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，較為詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計、軟硬設(shè)計、數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計及信息安全設(shè)計等。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)傳輸實時、完整、正確、遙控性能較好、數(shù)據(jù)處理和存取快速、系統(tǒng)可擴(kuò)充并靈活支持?jǐn)U展應(yīng)用等特點,便于管理層快速、及時、準(zhǔn)確地獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提高決策科學(xué)性。1.概述煤炭作為我國重要的能源之一，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著至關(guān)重要的地位。然而，在我國煤礦

2、企業(yè)管理過程中，安全問題尤為突出。安全與生產(chǎn)的關(guān)系是相輔相成的，只有創(chuàng)造一個穩(wěn)定、安全的生產(chǎn)環(huán)境，才能保障更高的生產(chǎn)效率，才能帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。安個與生產(chǎn)的問題不只是煤礦企業(yè)高度重視的對象，所有的礦山開采企業(yè)都必須認(rèn)真考慮。傳統(tǒng)的人工苦力開采己經(jīng)不再存在，智能化開采技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)部分環(huán)節(jié)由機(jī)器設(shè)備代替人工，這也是減少礦一山事故人員傷亡的措施之一。隨著礦山開采深度的增加，高地應(yīng)力、高溫等問題也隨之而來，使開采作業(yè)遇到一系列難題，這就要求智能技術(shù)必須不斷的提高?，F(xiàn)如今，基于數(shù)字化、信息化與集成化，對井下部分作業(yè)過程和環(huán)境狀況進(jìn)行實時監(jiān)測、分析，實現(xiàn)了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理智能化。引入物聯(lián)網(wǎng)

3、技術(shù)，應(yīng)用到礦山安全管理過程中，通過嵌入在各種設(shè)備中的傳感器采集其運作信息，并對這些信息進(jìn)行處理和共享，實現(xiàn)煤礦企業(yè)所有工作人員之間、工作人員與運轉(zhuǎn)設(shè)備之間及所有運轉(zhuǎn)設(shè)備之間的智能化管理，打造一個先進(jìn)的智慧礦山。物聯(lián)網(wǎng)在礦山方面的應(yīng)用發(fā)展正處于初級階段。2010年3月，徐州市提出基于礦區(qū)智能化的“感知礦山”的概念，政府與中國礦業(yè)大學(xué)合作建立了感知礦山工程研究中心，成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要研究領(lǐng)域。它通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對真實礦一山的可視化、智能化和數(shù)字化。其目的在于將礦山的地理、地質(zhì)、生產(chǎn)、安全管理、產(chǎn)品加工、運銷等各種綜合信息進(jìn)行數(shù)字化，將感知、傳輸、信息處理及智能云計算等物

4、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)代采礦、礦物加工等技術(shù)相互緊密結(jié)合，以實現(xiàn)詳盡地動態(tài)地描述并控制礦山生產(chǎn)與運營的安全過程，解決礦山瓦斯爆炸、透水事故等各種災(zāi)害預(yù)防的難題。?！案兄V山”不僅能夠提高礦山的安全管理水平，它更多的是能夠增加生產(chǎn)，利用信息、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)感知并監(jiān)控礦區(qū)運煤皮帶、煤倉、變電站等各個生產(chǎn)相關(guān)系統(tǒng)，很大程度上提高了礦區(qū)的自動化生產(chǎn)水平。實施“感知礦山”的重點是將與安全生產(chǎn)相關(guān)的感知層設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。在礦區(qū)建設(shè)生產(chǎn)過程中，所使用的傳感器生產(chǎn)廠商不一，協(xié)議接口也就不一致，更甚者，在早期建設(shè)的項目中，有些設(shè)備是沒有智能接口的?？傊?，全而感知礦山的基礎(chǔ)就是將設(shè)備全面接入傳感網(wǎng)絡(luò)對礦區(qū)進(jìn)行多層

5、次實時監(jiān)測。2.系統(tǒng)組成系統(tǒng)總體采用分布式架構(gòu)，將視頻監(jiān)控與語音對講等數(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)預(yù)警、報警與視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的聯(lián)動，提高礦井的安防水平和快速反應(yīng)能力。整個遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)采用井下分控、礦區(qū)總控、各級安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)三級構(gòu)架組成的多層監(jiān)測模式。各級安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)可實時查看所轄礦區(qū)的安全生產(chǎn)情況數(shù)據(jù)。每個礦區(qū)設(shè)一個總控室對各礦井進(jìn)行管理，各礦井設(shè)分控室對應(yīng)礦井內(nèi)各種傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理；傳輸網(wǎng)絡(luò)：各級安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)和各礦區(qū)之間通過監(jiān)控專網(wǎng)連接；各礦區(qū)內(nèi)分控與總控之間采用專用IP網(wǎng)絡(luò)連接；前端系統(tǒng)：分控室前端采取模數(shù)結(jié)合、集中編碼的方法，按自成系統(tǒng)、獨立管控

6、（含控制、存儲）的要求來構(gòu)成。前端系統(tǒng)能獨立完成安防及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的所有基本功能?？偪叵到y(tǒng)：由于前端系統(tǒng)功能較強大和完善，總控系統(tǒng)就顯得相對簡單，總控室的任務(wù)可根據(jù)實際現(xiàn)場情況向更重要的目標(biāo)轉(zhuǎn)移，使系統(tǒng)更具針對性和實用性。本設(shè)計采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、VGA上墻，屏幕墻采用兩個由4×46寸液晶屏的拚屏屏幕墻；傳感器系統(tǒng)：分控部分集成了瓦斯、壓力、光纖（用于監(jiān)測頂板應(yīng)力、應(yīng)變、彎曲、裂縫、蠕變及位移等參數(shù)變化）、漏電檢測傳感器、溫度、氣體、濕度等等多種傳感器，實現(xiàn)對井下生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)的全局監(jiān)控。對講系統(tǒng)：總控室與崗樓、門衛(wèi)值班室、各分區(qū)分控室配備相應(yīng)的對講系統(tǒng)。系統(tǒng)為總線制的二級網(wǎng)聯(lián)結(jié)構(gòu)，具

7、備全雙工呼叫對講、任意一點一址監(jiān)聽、任意一點一址（或多址、全址）廣播、與視頻的聯(lián)動報警等功能。2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計井下分控單元需要將各個傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行基本處理和傳輸，根據(jù)這一需求和井下具體環(huán)境的影響，本文采用基于ZigBee的無線傳感器自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已經(jīng)不同傳感器應(yīng)用形式和環(huán)境，將井下傳感器均做成傳感器節(jié)點的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與基本處理功能?；赯igBee的傳感器單元硬件組成如圖2所示，包括電源模塊、無線收發(fā)模塊、接口電路、串口模塊、傳感器、微處理器等?？紤]到zigBee模塊要需要安裝