基于labVIEW集成技術的礦山安全監測監控系統研究

(湖南有色金屬職業技術學院，湖南 株洲 412006）

近些年來，我國礦山事故總體向好的方面發展，但事故仍然頻繁發生，且絕大多數事故和人員傷亡是由于礦山井下安全監測監控技術不到位、管理制度不健全及事故后的應急救援工作的不及時造成的。隨著計算機網絡技術的發展，在這一強勁的發展勢頭中，基于labVIEW集成技術以其特有的技術獨領風騷。

在礦山安裝并實施主井設備信息化控制系統、采區運輸系統信息化監控系統、集約式信息化監控系統、井下無人值守變電所系統等，利用3DMine礦業工程軟件建立了礦山地表地形模型和井下巷道實體模型的基礎上,重點研究了礦山三維可視化模型在礦山設計上的應用，實現對采掘巷道的三維可視化設計，保證礦井的安全生產[1，2]。

通過以上分析，本文提出基于LabVIEW集成技術的礦山安全監測監控系統，通過采用先進的信息和計算機網絡技術，整合各個分離的通信設備，使資源達到充分共享，從而實現環境效應和經濟效應為目的的礦山開發系列集成技術。

1 目前礦山安全監測監控系統存在的問題

目前，大多數礦山安全監測監控系統有許多型號，這些型號由許多不同的制造商生產，每個制造商的技術實力差異很大。

而廠家的設備通訊標準存在差異，導致不同廠家的設備不兼容。因此，由于非標準通信協議，礦山建設單位中的許多現有設備不能用于新的監測監控系統。礦山設備反復購買，軟件和硬件無法隨意升級。據統計，CH4傳感器和CO傳感器在國內礦山安全監測監控使用時，敏感元件一直存在缺點，如使用壽命短，工作穩定性差，制作工藝水平低等，制約著礦井有害氣體的正常檢測，與國外相比存在較大差距。

現有的礦山安全監測監控系統在傳感層網絡技術、網絡傳輸技術、應用層技術等方面還存在不足，尤其在抗干擾技術方面，與國外先進技術相比，還有一定的差距[3，4]。同時，現有礦山安全監測監控系統不具備礦山事故決策支持系統的功能，不能預警礦山事故，不能為礦山管理人員提供避免事故的對策和解決方案。礦井監測監控設備缺乏黑匣子，無法對事故起因分析提供有效依據[5]。

2 礦山安全監測監控系統的功能要求

系統中傳感器的檢測精度要設置，為了適當增加或者減少傳感器，傳感器的位置應方便安裝。

安裝在礦山傳感器采集的數據以統一的格式上傳到地面監測監控室，獲取所需數據以保存數據供以后使用。

井內數據保存最好使用大儲量數據庫，該數據庫可以存儲從礦井地下傳感器傳輸至少2年的數據，可以在需要時直接提取給專家使用。

監測監控和監測監控系統的用戶界面應簡潔大方，礦山管理人員通過界面可以很方便查看各種參數，同時應有各種數據變化的變化圖。

系統應具有功能：數據的自動處理、報警、斷電和重新供電。

3 基于labVIEW的程序設計

LabVIEW是一種用于虛擬儀器的圖形化編程語言、儀器控制、數據采集和處理的軟件，可以滿足RS-232和RS-485等協議的通訊功能。

LabVIEW的編程軟件主要包括三部分：前面板、后面板和圖標。將傳統儀器和虛擬儀器放在一起，發現虛擬儀器的前面板是我們傳統儀器的外觀(各種開關和按鈕等)，后面板的所有功能和連接線都是傳統設備中的各種電路板和電子元件[6，7]。因此，labVIEW虛擬儀器可用于模擬試驗，避免浪費過多的物力和財力。

LabVIEW軟件集成了大量常用功能和專用波形發生器，可以使用軟件附帶的波形發生器生成我們需要的波形。通過預先編寫所需的子VI，主程序可以調用子VI，這簡化了主程序的設計過程。基于labVIEW監測監控系統設計如圖1所示。

圖1 基于labVIEW監測監控系統設計

4 系統的核心組成部件

4.1 監測監控微機系統

礦山井下電纜與計算機的端口相連接，安裝在礦山井下傳感器采集到的數據通過微機處理系統分析，使得井下傳感器收集的數據可以在微機處理過程之前連續地發送到微機處理系統，然后使用安裝labVIEW軟件的計算機預設的功能對數據進行詳細處理，最終將處理的數據報告給上級。

4.2 通信接口

通訊接口一般有以下幾種：RS-232和RS-485，各個接口連接到安裝labVIEW軟件的計算機，以備份重要的傳感器采集的數據。對于礦井監測監控系統，主要監測目標是有害氣體、人員定位和作業環境。通信接口主要用作橋接器RS232僅適用于地面的短距離通信要求，難以適應大的地下距離和惡劣環境的通信要求。RS485可以適應遠程通信，但通信質量稍差。因此，我們可以使用RS485通訊接口在地下進行遠程通訊，并可以在短距離地面通訊時轉換成RS232接口[8]。

4.3 中繼器

由于礦山井下比較深，通信電纜通常達到幾千米，因此，電纜上信號隨著距離的增長而減少，在井下安裝中繼器是有必要的。中繼器的主要功能是防止信號衰減，信號衰減將信號長距離傳輸到信號的物理層[8]。

4.4 通信分站

地下通信分站是井下和井上傳感器的連接，主要對采集的信號進行預處理。

4.5 系統應包含的內容

利用先進的計算機網絡技術和通信技術，建立一個labVIEW集成技術的監測監控和監測監控系統。為所有礦山環境、人員和設備形成動態監測和監測監控，實現預測集成和智能預警，從而提高礦山安全監測監控水平。

系統由以下幾個子系統組成:視頻監測監控系統、人員定位系統、通信聯絡系統、頂板監測監控系統、供水施救系統、有害氣體監測系統、緊急避險避災系統、地壓監測監控系統和決策分析系統組成。

礦井安全監測監控系統內容如下圖2。

圖2 礦井安全監測監控系統組成

5 運用實例

為測試基于LabVIEW集成技術的監測監控系統運用效果，在湖南郴州某礦進行檢測試驗。試驗中，首先在井下布設由主控制器和傳感器等組成的安全智能監控監測系統。在某礦山井下，一組傳感器設置的距離為80m，監控基站設置的距離為800m，在沒有貫通的巷道和采場工作面分別進行監測，試驗結果顯示：工作場所有害氣體濃度稍微超限，該系統馬上報警。由此可知該監測監控系統工作靈敏，能夠滿足礦山井下現場使用要求。

6 結論

與傳統的監測監控系統相比，該設計基于LabVIEW集成技術監測系統，可以包含礦井監測監控的所有內容。因此，礦井監測監控可以遠程操作，方便管理，便于礦山管理人員作出決策，從而解決現有礦山監測和監測設備的不足，使用不方便，及時有效實現礦山各類安全監測和監控，對現有礦山的安全監測監控有一定的借鑒意義。