煤礦安全綜合監控系統無線傳感器網絡設計

李漢濤

【摘要】根據無線傳感器網絡在煤礦安全監控系統中的具體應用，在分析了無線傳感器網絡的原理以及該技術的優點后，提出了煤礦安全監控的設計方案，探討了無線傳感器網絡在煤礦安全監控系統中的可行性以及具體的方法和應用。

【關鍵詞】無線傳感器；網絡；煤礦安全；監控系統

1無線傳感器網絡系統

無線傳感器網絡是由大量分散布置、具有通信和一定處理能力的微型傳感器節點構成的網絡。該網絡技術能夠實時監測、感知和采集井下作業區的數據和生產環節的各種信息，并且可以及時的對數據進行處理。由廣泛分布的傳感器將轉換后的信號通過無線信道傳送到匯聚節點上，然后再通過光纖骨干網發送到地面的監控中心。無線傳感器網絡系統綜合的應用了傳感遙感技術、遙測遙控技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術以及無線通信技術，在這些技術的綜合運用中，結合AdHoc網絡動態自組以及多跳的特點，實現了信息在感知節點以及通信中間結點間的快速傳送。該技術操作比較簡單、空間占用小、組網的成本比較低，以及維護簡單。無線傳感器作為監控系統的數據采集終端，應用在煤礦生產中，實現了對井下作業的全方位、無人值守的實時監控和智能預警，使其成為新型的工業測控系統，提高了礦山的生產效率。

無線傳感器在包裝上有外封裝，其電源可以采用電池進行供電。由于無線傳感器本身耗能低，采用電池作為其電源能夠持續供電數月， 可以滿足其使用要求。無線傳感器作為無線網絡的終端節點，能夠對井下作業現場的各種數據進行處理和傳輸。需要上傳的數據由無線網關、光纖網傳至監控中心主機。

無線傳感器網絡的特點：在無線傳感器網絡中，主要是由計算機控制系統作為處理的中樞系統，并通過無線通信方式構建傳感網絡系統。作為網絡節點的無線傳感器，擁有感知、處理以及傳輸三種功能，能夠全方位、實時性的監測頂板壓力、環境溫度和濕度、巷道中有害氣體濃度等多種信息，為礦山安全生產提供智能化監測手段。

2應用無線傳感器網絡的煤礦安全綜合監控系統

在無線傳感器網絡安全綜合監控系統中，主要是由地面監控中心、光纖骨干網、無線監控分站、無線傳感器共同構成。在該系統中，光纖骨干網是系統的主要信息傳輸載體，它能夠將分散布置的無線監控子系統有效的連接在一起，最終實現整個礦山的無線傳感。該系統在煤礦生產中的具體應用表現：感知、轉換各種現場數據的無線傳感器散布在煤礦井下采掘巷道中，通過無線通信將各種數據匯集到區域監控分站。各分站對本區域匯集數據進行處理后通過光纖骨干網發送到地面監控中心，借助監控中心主機強大的處理功能對生產數據、環境信息進行分析，以便對煤礦生產系統中的突發事件進行及時的預警和處理。無線傳感器網絡終端節點是系統的基本單元，擔負著數據的采集與傳送等功能（見圖1）。

2.1無線傳感器網絡關鍵部分的設計

在無線傳感器網絡系統的設計中，主要根據煤礦安全生產的理念進行具體的實施，其關鍵的部分包括：環境模塊、生產監控模塊、中心主站控制模塊。環境模塊在設計的過程中需要考慮對煤礦井下的各種氣體進行實時的監測，主要是對甲烷氣體、一氧化碳、氧氣、巖煤溫度、負壓、頂板的壓力以及煙霧等進行具體的環境分析，需要保證這些因素在環境中保持合理的狀態，避免危害井下作業人員的安全；在生產監控模塊中，由于井下生產包含著許多環節和因素，具體有煤倉煤位、水倉水位、供電的電壓、供電電流。另外，還需對主要生產設備進行監控，包括排水水泵、提升機、局扇、膠帶輸送機、采煤機、高低壓饋電開關等；在地面控制中心主控系統中，依托計算機信息技術平臺，實現了各個區域之間的數據檢索，自動對井下作業現場的各種數據信息進行分析處理，生成各種生產環節報表，形成完整的生產信息數據庫，并在現場環境出現影響安全生產的變化時及時發出預警信息，為安全生產提供了有效的保障。

2.2煤礦安全綜合監控系統的實現

采用無線傳感器網絡技術，形成了有效的煤礦安全生產綜合監控體系，主要表現在：能夠對井下生產的現場進行實時的監測，對各種環境以及生產信息進行狀態分析，確保了安全監控的實時性。當某一項監測數據超出了安全范圍后，該系統就會自動報警，以便采取及時的措施。該系統以計算機網絡為平臺，實現了無人操作，能夠自動監控，保證了數據的有效性，為井下安全生產提供了準確的數據庫，提高了煤礦安全生產的技術水平。

3結語

通過對無線傳感器網絡的具體分析，結合煤礦安全體系的多種要求，設計出基于無線傳感器網絡技術的新型煤礦安全綜合監控系統，并將無線傳感器網絡技術應用在煤礦監控體系中，促進了現代化生產技術的提升，保障了煤礦安全生產。

【參考文獻】

［1］劉艷玲,張軍.煤礦瓦斯監測網絡型無線傳感器網絡的實現[J].煤礦技術,2011(28).

［責任編輯：湯靜］