計算機在煤礦監(jiān)測監(jiān)控及人員定位系統(tǒng)的作用

劉金儒

摘要：隨著計算機信息化的不斷發(fā)展，計算機信息技術(shù)在煤礦企業(yè)的應用已經(jīng)越來越廣泛，不僅提高了煤礦生產(chǎn)率，改善了安全生產(chǎn)狀況，也為煤礦企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。本文主要從煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、人員考勤定位子系統(tǒng)三方面進行了分析和介紹。

關(guān)鍵詞：計算機 煤礦 安全生產(chǎn) 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

計算機信息技術(shù)，是煤炭安全生產(chǎn)監(jiān)控中最基本的應用，也是提升煤炭生產(chǎn)安全水平、強化煤炭安全監(jiān)督的技術(shù)革命和管理革命。由于我國目前煤炭資源比較緊缺，而且我國的煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)工作的基礎(chǔ)比較薄弱，與世界先進國家煤礦企業(yè)的差距還很多。這樣嚴峻的安全生產(chǎn)問題造成了不良的社會影響和嚴重的環(huán)境危害，成為社會不穩(wěn)定的因素。同時我國嚴峻的煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)形勢引起了國際社會的廣泛關(guān)注，直接影響著我國的對外貿(mào)易與國際形象。

由于傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)和管理監(jiān)督體系的落后，所以長期以來，我國的煤炭生產(chǎn)安全事故問題一直沒有得到有效的控制，而煤礦的煤炭瓦斯爆炸，透水事件等惡性事故的頻繁發(fā)生，給國家和人民造成嚴重的威脅和生命財產(chǎn)的損失。為了從根本上改變以往落后的傳統(tǒng)安全管理模式，就把計算機信息技術(shù)應用到煤炭生產(chǎn)監(jiān)控中，把煤炭安全監(jiān)督管理正式歸入信息化現(xiàn)代化的軌道。同時計算機信息化的不斷發(fā)展，世界各國開始將數(shù)字計算機應用于煤礦企業(yè)，采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，全面實現(xiàn)全礦井生產(chǎn)和安全系統(tǒng)的綜合監(jiān)測、監(jiān)視與控制，大大提高生產(chǎn)效率，改善企業(yè)安全生產(chǎn)狀況，取得了巨大的效果。

1 煤礦安全環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 煤礦安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)組成的概念，可以把監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)功能分為兩種，一是，檢測各種環(huán)境安全參數(shù)、設(shè)備工況參數(shù)、過程控制參數(shù)，即我們說的“測”；二是，根基檢測的參數(shù)去控制安裝、報警裝置、生產(chǎn)設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)能，即“控”。煤礦安全系統(tǒng)一般只是監(jiān)測生產(chǎn)過程，在監(jiān)測的安全參數(shù)達到生產(chǎn)顯示的極限值時，聲和光報警就會及時輸出，所以此類系統(tǒng)被稱為監(jiān)測系統(tǒng)；而一些簡單的開關(guān)量控制，如斷電和閉鎖等，一般參與的系統(tǒng)稱之為監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。

煤礦安全系統(tǒng)包含測控分站級和中心站級，而生產(chǎn)監(jiān)測控制系統(tǒng)層次上一般又分為兩級或者三級管理的計算機集散系統(tǒng)。每個測控分站負責內(nèi)容不同，傳感器信號和采集執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)了采集和控制分散；數(shù)據(jù)的處理、儲存、傳輸歸中心站負責，從而實現(xiàn)了集中的管理。而兩者和計算機網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)傳輸信道的是通過通信、傳感器到監(jiān)控分站的數(shù)據(jù)傳輸、測控分站到執(zhí)行裝置信號的傳輸。

煤礦監(jiān)測系統(tǒng)一般包括地面中心站，井下工作站和傳輸系統(tǒng)三個系統(tǒng)組成。一般煤礦都配備恒溫機房來調(diào)節(jié)計算機工作的穩(wěn)定性，也不間斷電源的輔助設(shè)施。而地面中心站則是由傳輸口裝置和若干臺計算機的電源，數(shù)據(jù)線處理及系統(tǒng)運行軟件，存貯、打印和顯示燈裝置組成。

井下分站的作用有兩個方面，首先是對傳感器送來的信號進行接收并處理，然后把信號傳送到地面中心站；其次是為了完成預定的處理任務，就需要將地面中心站發(fā)來的指令通過傳感器傳到有關(guān)信號經(jīng)處理后送到分站指定的執(zhí)行部門，并向傳感器提供電源等。

煤礦的監(jiān)測系統(tǒng)大部分用的是專業(yè)做通訊的電纜作為信息傳送道的。信息媒介通過傳輸系統(tǒng)，將井下的信息和監(jiān)控的指令通過傳輸?shù)纻鞯骄路终救ァ?/p>

我國國家規(guī)定的標準傳感器需要滿足模擬量信號和電流輸出和電壓輸出三種條件，開關(guān)量信號也有±0.1mA、

±5mA和200～1000HZ三種，以穩(wěn)定進行輸出信號。而傳感器和分站之間又用直接傳輸方式進行傳輸信號。

1.2 煤礦安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)功能指標

根據(jù)煤礦安全環(huán)境監(jiān)控檢測系統(tǒng)的構(gòu)成，主系統(tǒng)的功能指標以各個子系統(tǒng)的功能指標為特征。

1.2.1 輸入和輸出量的類型統(tǒng)稱測控分站容量。例：模擬量輸入16，開出8個TTL電平、8個繼電器觸點輸出等；開關(guān)量輸入8個接點信號、8個電流形式信號等。

所接配傳感器的種類、測量范圍、型號、供電電壓、輸出信號形式、精度等稱為接配傳感器。

檢測精度：一般用滿量程相對誤差來表示，數(shù)值越小越好，數(shù)值小則檢測精度越高。檢測精度也是反映分站性能好壞的重要指標之一。

此外，還有轉(zhuǎn)換時間、分辨率、傳輸距離等指標。

1.2.2 中心站主機配置及型號：配置外設(shè)的型號、種類、數(shù)量等；CPU型號，內(nèi)存及硬盤容量；軟驅(qū)數(shù)量、規(guī)格，此外，還有備用主機的情況。

容量：指的是井下80個分站，地面8個分站等系統(tǒng)可帶分站的數(shù)量。

傳輸速率：指的是數(shù)字傳輸?shù)牟ㄌ芈省２ㄌ芈试礁咴胶茫驗椴ㄌ芈试礁撸瑐鬏斝试礁摺?/p>

另外，還有可靠性及傳輸距離等指標。

1.2.3 系統(tǒng)信息管理軟件的開放性：可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的

二次開發(fā)，因為組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫可提供開放數(shù)據(jù)訪問接口。

安全性極好：使用的采集系統(tǒng)對監(jiān)控系統(tǒng)影響達到最小，所有設(shè)計方案都充分考慮顧及到系統(tǒng)的安全性。

數(shù)據(jù)容量大：理論上講數(shù)據(jù)受硬盤空間和內(nèi)存大小的影響存儲是沒有限制的，這是虛擬內(nèi)存的管理技術(shù)。也是衡量運行穩(wěn)定、速度、兼容性能好壞的依據(jù)。

1.2.4 防爆及防爆標志：防爆型設(shè)備在外殼上的總標

志為：“Ex”。根據(jù)國家標準爆炸危險環(huán)境用電設(shè)備分為2類。

根據(jù)防爆型電氣設(shè)備按防爆的不同結(jié)構(gòu)，又分為以下幾種類型：本質(zhì)安全型、增安型、充油型、隔爆型、特殊型、通風充氣型、無火花型等。

1.3 煤礦安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)分類

煤礦安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)的兩大分類是工況監(jiān)測系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。工況監(jiān)測系統(tǒng)配有膠帶監(jiān)控、綜采監(jiān)控等若干的子系統(tǒng)；而環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)會配備頂板監(jiān)測子系統(tǒng)和瓦斯突出預報子系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都包含若干小的子系統(tǒng)。

安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)：此系統(tǒng)更側(cè)重于自然環(huán)境的參數(shù)，主要監(jiān)測采掘工作面和采區(qū)主要進回風道等。它的主要功能是監(jiān)測自然環(huán)境的參數(shù)，除了實時顯示檢測數(shù)據(jù)功能以外，還根據(jù)自身礦井的實際情況，除了在工作地點設(shè)置報警執(zhí)行裝置以外，還可用來防止和預報災害。

側(cè)重于監(jiān)測機電設(shè)備的是工況監(jiān)測系統(tǒng)，生產(chǎn)工況監(jiān)測信息并不是要全部傳輸?shù)郊斜O(jiān)控系統(tǒng)中，它的主要監(jiān)測參數(shù)有設(shè)備故障監(jiān)測和井下采區(qū)產(chǎn)量等的效率監(jiān)測。

大型的監(jiān)控系統(tǒng)具有兩大監(jiān)測功能，適應性十分廣泛，包括環(huán)境監(jiān)測和工況監(jiān)測。

1.4 煤礦安全環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控檢測系統(tǒng)分為分布式和集中式兩大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.4.1 分布式：分布式多級計算機控制系統(tǒng)（簡稱DSSC系統(tǒng)），是實時控制系統(tǒng)中十分常見的一種控制系統(tǒng)。DSSC系統(tǒng)是以協(xié)作方式由分布在不同地點互相配合進行工作的多級計算機系統(tǒng)。多數(shù)情況下，一般執(zhí)行簡單的任務用低檔計算機，中、高檔計算機則執(zhí)行的是較為復雜的任務。

1.4.2 集中式：由中心計算機直接對被控對象進行集中式控制的系統(tǒng)。當中心站計算機傳輸?shù)腊l(fā)生故障時，信息采集以及信道管理等系統(tǒng)都會出現(xiàn)癱瘓狀態(tài)。而中心站計算機是系統(tǒng)關(guān)鍵性的節(jié)點，負擔繁重，一般都會出現(xiàn)故障導致癱瘓。

星型：集中式控制系統(tǒng)多數(shù)是結(jié)構(gòu)簡單的星型狀的，中心可以增加很多節(jié)點進行連接，方便簡捷。整個系統(tǒng)的中心節(jié)點的問題是系統(tǒng)的可靠性，這在一定程度上決定中心節(jié)點的好壞。

樹型：煤礦監(jiān)控監(jiān)測因為結(jié)構(gòu)簡單，信息單一，所以一般都是呈現(xiàn)樹型結(jié)構(gòu)。而樹型結(jié)構(gòu)易于構(gòu)成分布式系統(tǒng)，十分利于礦井的安裝施工。而且這種結(jié)構(gòu)是在地面中心站用一個電纜直通井下然后許多分站并聯(lián)在主傳輸電纜上。具體操作，需要根據(jù)礦井現(xiàn)場實際的情況在靈活運用，這樣分站用起來也十分方便靈活。兩者之間的并聯(lián)連接，大大提高可靠性，防止故障發(fā)生，但是不易匹配距離較遠的分站。

區(qū)別于通訊過程中數(shù)據(jù)流的路徑和方式，樹型結(jié)構(gòu)、公共總線型和環(huán)型等結(jié)構(gòu)都構(gòu)成分布式計算機系統(tǒng)。

2 人員定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能及優(yōu)勢

2.1 系統(tǒng)功能定位：員工定位系統(tǒng)是為了幫主煤礦企業(yè)實現(xiàn)對員工的出入井考勤、實時追蹤、區(qū)域分布，路線查詢等信息的統(tǒng)籌管理軟件。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢：①行業(yè)尖端的軟硬件技術(shù)：通信系統(tǒng)和非接觸式信息識別、采集處理技術(shù)等。②功能全面，自動化程度高：可自動監(jiān)測員工的位置、活動路線、區(qū)域分布等信息，自動生成符合格式要求的統(tǒng)計報表。③運行效率高：通過減少巡檢間隔時間，系統(tǒng)可以更快捷準確的獲取井下實時動態(tài)，高效的設(shè)計保證軟件運行速度快，請求反應及時。④健全的信息存儲及查詢：全部數(shù)據(jù)都可在數(shù)據(jù)庫中查找，可以根據(jù)條件進行檢索，找到想要的數(shù)據(jù)，進行各種統(tǒng)計，自動生成報表，可進行打印。數(shù)據(jù)庫自動備份，提供恢復工具，保證數(shù)據(jù)安全。

3 人員定位考勤子系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)簡介：現(xiàn)代無線通訊技術(shù)是人員定位考勤子系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)，它利用現(xiàn)代通訊技術(shù)中的信令技術(shù)和無線發(fā)射接收技術(shù)，首先用井上調(diào)度室的設(shè)置中心來控制計算機系統(tǒng)，然后，利用相關(guān)位置監(jiān)控基站進行整體的監(jiān)控。光纖、電纜或太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)是監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)和控制基站之間的連接，井下作業(yè)人員及相關(guān)設(shè)備必須攜帶安裝無線數(shù)據(jù)收發(fā)機，系統(tǒng)以此來實時掌控井下作業(yè)人員的一切情況。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成：監(jiān)控主機→傳輸光纜→主節(jié)點→傳輸節(jié)點→基站。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)勢：①實時性，系統(tǒng)通過現(xiàn)代無線通訊技術(shù)，可以達到井上井下實時監(jiān)控的功能；②準確性，可以通過系統(tǒng)準確查詢當前人員或以前某個歷史階段的區(qū)域和活動的蹤跡；③統(tǒng)計性，對人員的情況進行分類統(tǒng)計，如下井次數(shù)、時間等考勤信息，必要時可以打印相關(guān)信息表；④警報性，當出現(xiàn)問題后能及時進行警報，如故障、超時、超員、違章等情況進入危險區(qū)域；⑤突發(fā)性，出現(xiàn)突發(fā)事件時，能及時通過多種方式進行人員疏散；⑥主動性，當井下人員遭遇危險時，能及時主動發(fā)出求救信號，減少危險系數(shù)；⑦及時性，該系統(tǒng)在事故發(fā)生后，能為搜救人員提供準確的人員具體位置，以便最快速度進行搜救。該系統(tǒng)能及時提供有效信息，處理緊急事件后，還能把有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€部門，為指揮決策提供重要依據(jù)。

在煤礦工作中，除了利用計算機技術(shù)應用來保障礦工的生命安全以外，還能有效提高生產(chǎn)效率。應用計算機技術(shù)除了提高對故障還有突發(fā)事件的監(jiān)視、識別、診斷和預報能力以外，還能解決現(xiàn)有的生產(chǎn)過程出現(xiàn)的一些涉及人員安全的問題。應用計算機能拓寬故障診斷的領(lǐng)域，能可靠增加煤礦監(jiān)測系統(tǒng)。井下人員定位系統(tǒng)在工人遇到危險的時候，能夠及時全面了解井下的分布結(jié)構(gòu)和人員人數(shù)，以便搜救人員能及時救助。為了提高工作效率又能減輕調(diào)度人員現(xiàn)場監(jiān)視產(chǎn)生的勞累度，而計算機技術(shù)的現(xiàn)代化手段對煤礦的安全生產(chǎn)具有重大意義，與此同時計算機應用也是政府各部門在實行煤炭安全生產(chǎn)過程中所邁出的一大步。目前，因為有關(guān)生產(chǎn)、管理的自動化與信息化水平比較低，各運營商都是自己協(xié)議商定傳輸接口的標準，但是由于沒有明確的行業(yè)目標，所以煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)測系統(tǒng)之間不能互相兼容，就出現(xiàn)信息資源共享難，系統(tǒng)之間就導致“信息孤島”的現(xiàn)象存在；現(xiàn)如今，煤礦安全各方面比較落后，生產(chǎn)軟件和服務保障制度一定程度上比較落后，一定程度上造成研發(fā)力量薄弱，為了尋找適合煤礦特點和需求的軟件，以此來滿足煤礦技術(shù)升級需要。

因此，為了提高信息化水平，就要推進我們煤礦行業(yè)信息技術(shù)的應用，進一步提高煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)。煤炭生產(chǎn)安全信息化任重道遠，這是今后擺在我們面前的重要任務。

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