煤礦監控系統中的嵌入式系統設計與應用

張 鵬（陜西能源職業技術學院,712000）

煤礦監控系統中的嵌入式系統設計與應用

張 鵬
（陜西能源職業技術學院,712000）

我國經濟的發展為工業的發展奠定了經濟基礎，近幾年來，我國工業取得的飛速發展，已經成為我國國有經濟中的命脈，我國工業中用煤量的不斷增加促進了我國煤礦事業的發展。隨著科學技術的不斷創新和發展，企業為了更好的提高經濟效益，嵌入式系統逐漸進入到企業中。本文分析了我國嵌入式系統的應用現狀，探討了煤礦監控系統中嵌入式系統的設計與應用。

煤礦監控系統；嵌入式系統；設計與應用

0 引言

改革開放以來，我國工業逐漸進入現代化、正規化、科技化的發展，我國工業中用煤量不斷增加促進了我國煤礦事業的發展。煤礦開采主要都是在井下作業，而井下地理環境惡劣，地勢復雜，很容易發生安全事故。近年來，在我國煤礦事業中，安全事故頻頻發生，主要就是因為煤礦監控系統不能對井下作業進行有效的監控，從而不能做到防范以未然。伴隨著計算機技術日益更新，嵌入式技術得到了快速發展，現代化的遠程監控技術已經成熟，是現代科學技術發展的產物。在我國煤礦監控系統中，運用嵌入式系統，能夠有效的監控到井下作業狀況，及時的發現安全隱患，杜絕安全事故的發生。

1 嵌入式系統的基本內容

1.1 嵌入式系統的含義

嵌入式系統是一種監控機械設備的系統，是以計算機技術為基礎，反應了我國科學技術水平。嵌入式系統是面向產品、面向應用的，它必須與具體的應用相結合才能具有價值，它與個人計算機系統不同，嵌入式系統必須是要帶有特定要求的預定才能實現運作，而且這種系統只針對一項特殊的任務，通常設計人員可以對這種系統進行優化，減小尺寸來降低成本。總的來說，嵌入式系統就是以計算機為基礎，以應用為中心，對機器、裝置、工廠等一些規模較大的設備進行監控。

1.2 嵌入式系統的特點

1.2.1 實用性強

隨著科學技術的不斷發展，傳統的監控系統已經不能滿足現代化工業高速發展的需要，為了杜絕安全隱患，避免安全事故發生，嵌入式系統中與先進的科學技術相結合，在應用系統中對功能、可靠性、成本、體積、功耗方面都有很嚴格的要求，能夠有效的起到監控作用。

1.2.2 實現數字化監控

隨著科學技術的不斷發展，監控系統越發的成熟。嵌入式系統中，利用了先進的科學技術，實現了遠程的數字化監控，利用互聯網，不受地形和距離的限制，使得監控信號穩定清晰，節省了大量的人力，有效的提高了工作效率。

2 嵌入式系統的應用現狀

經濟的快速增長為我國工業的發展提供了動力，科學技術的不斷創新促進了計算機技術信息化、智能化、網絡化發展，嵌入式系統技術也逐漸成熟起來。隨著工業的快速發展，為了在競爭激烈的市場環境中贏得屬于自己的市場，企業在生產經營活動中，加大監控力度，有效的控制了成本支出，實現了經濟效益。自進入21世紀以來，工業蓬勃發展，規模不斷壯大，嵌入式技術也已經全面的發展，逐漸地已經取代傳統的監控系統。隨著互聯網絡、廣播電視網絡、電信網絡三網融合，信息時代已經走了一個高峰，數字化時代使得嵌入式技術獲得了巨大的發展契機，為嵌入式市場展現了廣闊的前景。目前嵌入式系統已經深入到通信、消費、軟件開發、集成電路、交通、等行業里。隨著我國經濟的快速發展，煤礦工業的監控系統中也很好的運用到了嵌入式系統，為煤礦事業的發展提供了技術基礎，隨著煤礦事業的發展，煤礦規模不斷擴大，井下作業難度不斷增加，嵌入式系統在我國煤礦監控系統中的發展還有的很大的距離。

3 煤礦監控系統中嵌入式系統的設計與應用

嵌入式系統在煤礦監控系統中的設計應用可對井下作業的動態進行有效的監控和管理，利用計算信息化技術，對井下作業的機械設備運行的狀況、地勢環境狀況、空氣質量以及人工狀況監控的數據傳送到中央監控主機，然后工作人員根據監控主機上得到的信息可以遠程對井下設備的運行狀況進行及時、準確的監控，對其故障先兆做出判斷和預測，采取有效措施解決問題，保證大型機組安全運行，防止惡性事故的發生，避免了定期檢修引起的生產停頓，起到預防和消除故障的作用，提高設備運行的可靠性、安全性和有效性。

3.1 監控系統設計

針對我國煤礦井下作業的基本狀況來進行設計，為了更好的對井下作業進行有效的監控，嵌入式系統在煤礦監控系統設計中包括數據的采集與監控系統、中央監控系統、信息處理系統以及通信系統。在我國當今的煤礦工業中，大多數是集中的在井下作業，煤礦自身的監控系統不能有效的對井下作業動態進行監控和管理，運用嵌入式系統進行設計優化，利用數據采集與監控系統對井下的地勢環境、空氣質量等進行數據采集，通過信息處理系統傳送到中央監控系統，中央監控系統根據接收到的信息向井下發送正確數據信息，從而便于井下安全作業，杜絕安全隱患，對煤礦井下作業監控就是對井下瓦斯安全進行監控，保障作業安全，如圖一所示。

圖一 井下煤礦瓦斯安全監測

3.2 攝像與線路設計

我國煤礦工業的開采多集中在井下作業，由于井下地市環境差，能見度低，空氣濕氣較大，煤礦嵌入式監控系統要想更好的對井下實行監控，做好井下安全作業，安全監控和管理，在井下進行攝像與線路設計是至關重要的。煤礦嵌入式監控系統根據井下的地勢環境，進行攝像機的安裝，在安裝的時候要根據攝像機自身的特性，進行合理的安裝，保障攝像機的使用壽命的性能。攝像機采用分體式的分布在井下，在井下尋找最佳的位置來安裝機箱，同時要做好電路設計，連接好井下到中央監控系統之間的線路，便于攝像機能夠及時的將井下的圖像信息傳送到中央監控系統，從而有利于中央監控系統根據圖像信息才進行更加規范的指導，如圖二所示。

圖二 線路設計協議結構

3.3 數據信息通信處理設計

在設計好中央監控系統和攝像線路設計后，當監控系統運作的時候，攝像機將井下的動態以圖像的像是通過信息處理系統傳輸到中央監控系統，中央監控系統根據攝像機傳來的圖像詳細進行指令下達，中央監控系統為井下下達的數據信息經過通信系統為井下作為提供規范的指導。通信處理在接到中央監控系統的指令后，根據這一指令的信息內容并將這一指令棒冰在某一服務器的端口上，向井下傳送中央監控系統的指令信息，井下操作系統在接收到這一指令后，為井下安全作業進行指導。

3.4 軟件設計

嵌入式煤礦監控系統應用程序主要運行于嵌入式控制器，中央監控系統負責手法和處理數據，并對相應的外設進行控制。

圖三 應用程序流程圖

圖三所示，這種嵌入式控制系統應用程序采用看看守進程和指令執行進程，系統的看守程序負責接總線端口。網絡端口以及數據的傳輸，嵌入式煤礦監控系統初始化后運行看守進程，對遠程服務站的服務進行監控，在接受到服務指令后，先根據指令的內容進行分析判斷，最后將指令傳送給執行進程去執行，監控系統根據接受的指令來進行規范的信息處理，從而判定煤礦井下作業是否安全。

4 結語

在互聯網、廣播電視網、電信網三網融合下，計算機技術在日常生活當中得到了廣泛應用，信息數字化技術逐漸成為現代化時代的標志，隨著科學技術的不斷創新與發展，煤礦監控系統也將走向數字化、智能化、自動化的發展道路。在煤礦監控系統中，運用嵌入式系統，可以有效的提高煤礦井下作業的安全性，通過對井下的各種形勢進行監控，為井下作業提供規范、合理、安全的作業指導，杜絕安全事故的發生。

[1] 周奎，成立.基于監控組態軟件的礦用監控系統體系結構研究[J].礦山機械，2011，09(07)：26—27.

[2] 謝小云，劉會衡，鄧小鴻.以工程項目為中心的嵌入式系統教學模式探討[J].江西理工大學學報，2010，11(04)：126—127.

[3] 孟凡芹，孫新梅，馬正.煤礦井下計算機監控網絡及其應用[J].煤炭工程，2013，10(02)：108—109.

[4] 劉文慶.現場總線技術應用于煤礦監控系統探討和實踐[J].華北科技學院學報，2011，10(02)：16—17.

[5] 祖志華，黃映霞.嵌入式系統在環境監控中的應用[J]，無線電工程，2012，09(07)：128—129.

[6] 魯遠祥，何查生，葉立勝.煤礦監控系統中心站主控軟件的開發[J].礦業安全與環保，2011，10(05)：139—140.

張鵬（1968.2）男；民族：漢；籍貫：河南滑縣；學歷:本科；職稱:講師；職務:教師

Design and application of embedded system in the coal mine monitoring system

Zhang Peng
(Shaanxi Energy Institute,712000)

The economic development of China for the development of industry laid a solid economic foundation,in recent years,the rapid development of industry in our country has already become the lifeblood of our state-owned economy,increasing coal use in the industry of our country to promote the development of the coal mine enterprise in our country.With the constant innovation and development of science and technology,the enterprise in order to better improve the economic benefit,the embedded system into the enterprise gradually.This paper analyzes the present situation of the application of embedded system in our country,discusses the application of the embedded system in the coal mine monitoring and control system.

coal mine monitoring and control system;Embedded system; Design and application