煤矿自动化与矿山安全综合监测系统设计

隆俊

摘要：我国煤炭生产效率低下，而且安全事故频发。从发达国家的成功经验来看，除管理制度原因外，研究和采用先进技术是其重要因素。矿山安全生产的关键是对矿山安全信息进行有效的监测与综合管理。本系统主要针对中小型煤矿，整合工业以太网、现场总线、RTOS（实时多任务操作系统）等多种先进技术，构建矿井综合信息服务管理平台，通过互联网传输，实现远程、实时、可视化监控各自动化系统的运行状态与安全监测信息。

关键词：矿山安全；远程监测；互联网传输；可视化

中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0007-02

1 矿山监控系统的现状及应用意义

煤炭是我国的基础能源，它的发展支撑着我国经济总体的发展。近些年矿山安全事故却居高不下，国内的煤矿安全生产这两年已被提升高到国家战略高度，李毅中部长多次要求中国煤矿要走自动化、信息化的道路。现阶段我国许多中小型矿井，井下地质条件复杂，巷道和采掘工作面空间狭窄，环境中还存在着大量的有爆炸危险介质，事故隐患极大。伴随着远程监控系统的飞速发展，在煤矿工程中实施必要的远程监控是煤矿安全生产管理的主要手段，能有效地保证矿山的安全生产。从单台计算机的直接监控发展到多级计算机的监控系统，以及分布式、网络化、智能化的系统，应用在了各种矿山企业中[1]。远程网络监控系统应用在煤矿安全生产中，大体有以下几个方面的作用：（1）可以对煤矿开采全过程实施远距离监控；（2）强化管理，全面加强员工的工作素质与安全意识；（3）方便事后回查[2]。

对矿山的监测数据进一步整理分析，形成一套系统，有利于矿山安全生产。通过监控系统对矿山生产工作进行实时监测，可以使检测人员及时地掌握故障发生部位及原因，这样可以及时的找到处理故障的办法，有效地提升工作效率，最优化生产资源。

2 矿山安全监测系统的设计

本系统以煤矿自动化与矿山安全综合监测系统为综合信息服务门户，通过开发的通信接口，采集人员定位、通风与瓦斯监测、皮带运输集中控制系统等各个功能模块数据，以web方式提供综合监测服务。整个系统功能组成及原理如图1所示。

2.1 安全综合监测系统平台

该平台是安全监测系统最重要的部分，是要进行总体技术框架研究与综合监测系统平台软件开发，如图2所示，需从分析煤矿环境下，多种异构子系统的技术特点，研究共性技术，开发中间件，完成各类异构子系统的有机集成。

为了确保煤矿数据信息传输的可靠性与实时性，采用1000M主干网，网络自愈时间可以控制到50ms以内，可与局域网无缝连接，构建基于Internet的远程监控硬件平台，通过相应硬件接口，将现感知设备的现场总线网络接入统一的工业以太网平台。由于煤矿监控环境复杂各类参数监控由不同的过程控制系统或监测系统来实现，为了完成“物物相联”的物联网，首先要通过硬件接口完成物理上的连通，并且通过串口服务器进行串口与以太网接口的转换等方法，完成不同协议数据格式之间的读取与转换。

通过Winsock、OPC、中间件开发、控件开发技术，完成对生产现场实时数据的采集、网络传输和集中存储。利用SQL Server及数据挖掘处理算法，对上述通过各种软硬件接口技术，采集到的井下人员定位、井下皮带输送机集中控制、中央泵房自动排水、矿井主风机远程监测诊断、隔爆电气等相关参数进行数据处理与存储，形成数据仓库资源，为综合应用层提供数据源。并且利用.NET开发最终的UI用户界面，实现了煤矿生产现场的感觉识别层数据在远程系统中的显示与监测。

2.2 安全生产调度视频监控系统

视频监控系统是综合研究传感器、RFID、PLC、总线技术、数据传输协议、网络通信接口开发等多种技术，通过统一的软件界面，开发门户管理平台，集中管理各自动化与安全监测子系统，并通过协议转换、通信接口技术，统一数据格式，集中存储，形成宝贵的企业数据资源。为深入挖掘数据应用、提高企业管理水平做好准备。

2.3 人员定位、通风等各类安全子系统

本系统利用各类矿山安全子系统的共性技术，开发相应数据通信接口与通信协议，将各类位于底层的安全子系统，通过通信接口接入煤矿自动化与矿山安全综合监测系统，成为整个系统的有机组成部分，消除“信息孤岛”，实现Internet网络监控，甚至通过手机、PDA等手持设备，即可实现随时随地对矿山安全情况进行实时监控。

2.4 煤矿井下皮带运输集控技术与系统集成

皮带运输机智能控制系统结合传感器、机械、自动化、网络、软件开发多种技术，并开发数据采集与传输接口，接入综合监测系统平台，根据井下皮带运输机的控制与监测要求，利用传感器与总线技术，开发皮带运输集控系统。并且通过OPC與.NET，开发通信接口，通过以太网传输到综合监测系统，实现实时现场数据采集和控制。再利用自主开发的OPC客户端程序，将采集的实时数据存入统一的数据库，并通过触发器等程序开发，插入历史数据库。

3 软硬件要求

3.1 软硬件平台要求

硬件系统：主要包括工业以太网、综合自动化与安全监控平台、主通风系统、主井提升、人员定位、视频监控、皮带运输等各子系统及相关设备，以及与之配矿用工业以太网交换机（有线和无线）、传输光缆、服务器、网络络摄像机、各类传感器、PLC、各类接口设备等。工业以太网等平台等可以利用现有系统。

软件系统：采用iFix组态软件与.NET架构，各类监测参数和图像等都可以实时、动态和图形化显示；采用统一标准的数据采集子系统数据，利用ActiveX/DCOM中间件技术、串口技术等，使后端应用逻辑在前端用户界面完美呈现；软件还采用B/S模式，可以通过Internet远程监控。管理与使用简单方便，客户端无需进行任何设置或安装软件。

3.2 工业以太网主要参数指标

（1）主干网速率：1000M；（2）传输介质：单模光纤（传输距离30km）；（3）产品防护等级：矿用本安型ExibI；（4）防爆等级：隔爆型；隔爆兼本安型；；（5）供电电压等级：交流：127V（+10%～-25%）；（6）使用条件：温度：0℃～+45℃；（7）湿度：不大于95%（+25℃）；（8）周围介质：允许使用环境中有爆炸危险介质。

4 结语

本系统通过自动化的数据采集、集成化的业务信息、网络化的信息管理，从而实现管理决策科学化、现代化和智能化。最终实现工业生产系统的机械化与信息化、网络化和智能化。通过加强煤矿综合监控管理水平，提高煤矿施工作业中在安全性，保障煤矿井下工人的生命安全及生产过程安全有序。

参考文献

[1]刘志寒，姚萌.煤矿安全实时监测与控制信息系统的实现[J].工矿自动化，2005（2）：4-6.

[2]孙继平.矿井监控系统现状与全矿井综合监控系统[C].世纪之交的煤炭科学技术年会论文集，1997.endprint