計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

◆李強 閆飛

計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

◆李強 閆飛

（陜西省榆林市榆能集團榆神煤電有限公司 陜西 719000）

在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠提升煤礦生產(chǎn)管理效率，還能減少煤礦傷亡事故，是現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展趨勢。本文首先介紹傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題，然后分析計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理、通信設(shè)計特點和用于煤礦生產(chǎn)的優(yōu)勢，最后對計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中的具體應(yīng)用進行探討，希望能為有關(guān)企業(yè)提供一定參考。

計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)；煤礦生產(chǎn)；應(yīng)用

近年來，隨著各種先進技術(shù)和機械設(shè)備的應(yīng)用，我國煤礦行業(yè)已經(jīng)基本實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)作業(yè)，但同時煤礦生產(chǎn)的管理問題和安全問題也日益突顯。計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)是綜合利用計算機技術(shù)、信息傳輸技術(shù)以及傳感器技術(shù)等最新技術(shù)進行遠程監(jiān)視控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用為現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)提供了全新的管理技術(shù)手段。

1 傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題

傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)基本依靠人工來完成，輸送機大多為帶式輸送機，其控制方法比較單一，啟動和停止都需要工人手動控制。由于煤礦生產(chǎn)工作環(huán)境比較惡劣，輸送機極易發(fā)生故障，常見的有輸送帶斷裂、輸送帶打滑、輸送帶運輸方向偏移等，如果輸送機工作過程中發(fā)生故障沒有被及時發(fā)現(xiàn)和處理，可能會影響整個生產(chǎn)鏈的有序運行，給煤礦生產(chǎn)帶來經(jīng)濟損失甚至發(fā)生重大安全事故。

為了解決人工控制的缺陷，煤礦生產(chǎn)企業(yè)逐步推進監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，但傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)也存在一些不足。比如早期的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，也稱為閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)控范圍只有100米左右，雖然可保存視頻、音頻和圖像，但存儲的內(nèi)容只能在監(jiān)控中心才能看到。再后來的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其監(jiān)控范圍擴大，可以進行遠程視頻傳輸與回放，還具備了自動異常檢測與報警、結(jié)構(gòu)化的視頻數(shù)據(jù)存儲等功能[1]，但大多用的是局域網(wǎng)，不能通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息共享，不利于上層管理者對煤礦系統(tǒng)的現(xiàn)代化統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度。

2 計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理和優(yōu)點

2.1 工作原理

計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)是依托于計算機技術(shù)、信息傳輸技術(shù)以及傳感器技術(shù)等多種現(xiàn)代化技術(shù)手段，對煤礦生產(chǎn)鏈進行綜合監(jiān)測和控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)由中心站、信息傳輸裝置和傳感器執(zhí)行裝置三大部分構(gòu)成，工作原理是：布置在煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場的傳感器對監(jiān)控范圍內(nèi)的工作環(huán)境、機械設(shè)備的運行情況進行監(jiān)測，并將監(jiān)測到的圖像、聲音、視頻等信息通過傳輸設(shè)備傳遞給中心站，然后系統(tǒng)中心對接收到的信息進行分析處理，并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出相應(yīng)指令，以此來實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)的遠程智能監(jiān)測與控制。計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 通信設(shè)計特點

計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)利用計算機進行串行通信來實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)的監(jiān)視和控制。從通信設(shè)計角度來講，該系統(tǒng)由上位機與下位機兩個部分構(gòu)成。下位機包括工業(yè)用單片機、傳感器及其連接件、電源電路和放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、報警輸出電路等硬件。下位機將采集到的煤礦生產(chǎn)情況轉(zhuǎn)換為光纖信號后傳送到上位機中，上位機連接的計算機對光纖信號進行識別解碼，并將解讀結(jié)果以圖像、聲音、視頻等形式展現(xiàn)在顯示屏上，如果計算機分析發(fā)現(xiàn)下位機傳送的信息包含故障信號，就會控制上位機連接的報警器發(fā)出相應(yīng)警報，同時根據(jù)診斷出的故障類型自主下達處理指令。

圖1 計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)中，大多采用“一對多”的通信形式，即利用一臺上位機通過多個下位機對煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場的多個生產(chǎn)環(huán)境和機械設(shè)備實施監(jiān)視和控制。為了保證系統(tǒng)通信有序進行，避免因上位機、下位機之間發(fā)生通信沖突影響監(jiān)控效果，在實際應(yīng)用中需要采用2級通信形式，在上位機和下位機之間增加控制中心一環(huán)。下位機采集到的現(xiàn)場信息要先發(fā)送給控制中心，然后控制中心再傳送給上位機，同樣的，上位機發(fā)送的控制指令也要經(jīng)過控制中心再到達下位機的智能終端，這樣將控制中心作為上、下位機之間的緩沖環(huán)節(jié)，可以有效提升上位機和下位機之間的通信穩(wěn)定性與可靠性。

2.3 計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點

相比于人工控制和之前的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

（1）智能監(jiān)控系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的人工手動控制，利用多個傳感器和傳輸設(shè)備實現(xiàn)了對煤礦生產(chǎn)鏈的全面監(jiān)測和控制，監(jiān)控效果大大提升，既優(yōu)化了人力資源配置，又能避免人工控制發(fā)生安全事故。

（2）智能監(jiān)控系統(tǒng)對煤礦生產(chǎn)設(shè)備工作情況信息的監(jiān)測和傳輸更加清晰、及時，在設(shè)備發(fā)生故障后能夠迅速發(fā)出反饋指令，防止故障造成的損失進一步擴大。

（3）智能監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程操控，同時利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了監(jiān)控信息共享，有利于對煤礦系統(tǒng)的現(xiàn)代化統(tǒng)一管理和調(diào)度。

3 計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中的具體應(yīng)用

3.1 實時顯示現(xiàn)場工作情況

實時顯示監(jiān)測信息是計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能。煤礦生產(chǎn)企業(yè)可以將下位機設(shè)置于主井口與副井口、各個出入口、掘進區(qū)、監(jiān)控室、采煤區(qū)與井下通道、機房等地點，全方位覆蓋煤礦生產(chǎn)作業(yè)的各個環(huán)節(jié)，下位機將采集到的音視頻信息經(jīng)過初步處理傳遞給上位機，上位機對收到的信息進行特殊處理后以音視頻的形式顯示在屏幕上。這個過程保證了信息采集、傳輸和顯示的可靠性，且在屏幕上顯示的礦井環(huán)境情況和設(shè)備工作狀態(tài)與現(xiàn)場實際情況保持一致，使監(jiān)控人員通過系統(tǒng)能夠?qū)崟r、準確地了解到煤礦現(xiàn)場的作業(yè)情況。

3.2 智能判別設(shè)備運行故障

帶式輸送機是現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)的主要設(shè)備，其故障的監(jiān)測和防治對于煤礦生產(chǎn)企業(yè)的正常運行具有重要意義[2]。煤礦企業(yè)可以利用計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)對輸送機故障進行智能化判斷，從而提升故障處理效率。具體方法是：將輸送機常見故障如打滑、斷帶、縱撕、跑偏、堆煤等，通過程序的編輯對應(yīng)到相應(yīng)的字節(jié)上，當(dāng)輸送機發(fā)生故障時，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的字節(jié)來判別故障類型，進而對故障進行智能的分析判斷，同時提出應(yīng)對策略，為工作人員提供參考。

3.3 輸送機的自動化控制

智能控制是計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)另一基礎(chǔ)功能，煤礦企業(yè)利用這一功能可以實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)鏈上各設(shè)備工作狀態(tài)的自動化控制。以輸送帶張力的自動化控制為例，下位機將輸送帶張力值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并傳遞給上位機，上位機將獲取到的數(shù)字量與預(yù)設(shè)的上、下限數(shù)字量進行對比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)張力超限時迅速給出相應(yīng)的報警信號與觸點信號，而觸點信號既可用于輸送帶電機正反轉(zhuǎn)的控制，也可用作輸送帶電機的開關(guān)信號，完成對輸送帶張力的自動化控制。

3.4 在井下環(huán)境控制中的應(yīng)用

針對計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)具有的遠程控制設(shè)備運行的功能，可以將該系統(tǒng)用于井下環(huán)境智能控制的工作中。下面以智能控制礦井中粉塵濃度為例進行說明。

在煤礦開采區(qū)的主要回風(fēng)大巷中安裝粉塵濃度傳感器、電磁閥供電開關(guān)、防爆電磁閥和噴霧灑水裝置，計算機接收到粉塵濃度傳感器傳送的信號后進行數(shù)據(jù)分析，以圖表等形式展現(xiàn)出來，同時根據(jù)井下巷道內(nèi)的實時粉塵濃度來確定是否需要噴霧灑水以及何時停止噴霧灑水，并下達相關(guān)指令。當(dāng)粉塵濃度達到一定上限時，井下分站對電磁閥供電開關(guān)執(zhí)行斷電動作，電磁閥供電開關(guān)選用常閉狀態(tài)供電，隨即防爆電磁閥在供電狀態(tài)下打開供水管道通路，噴霧灑水裝置開始工作；當(dāng)粉塵濃度回落到某一數(shù)值后，井下分站對電磁閥供電開關(guān)執(zhí)行復(fù)電操作，電磁閥供電開關(guān)控制電路轉(zhuǎn)換為開路狀態(tài)，防爆電磁閥失電，其控制的供水管路被切斷，噴霧灑水裝置停止工作[3]。

3.5 應(yīng)用注意事項

在計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，有兩點需要特別注意。其一，系統(tǒng)的上位機大多采用的是微軟通信控件，因此上位機的設(shè)計中應(yīng)盡量減少Flash動畫的使用，否則，監(jiān)控界面使用較多的Flash動畫設(shè)計會影響系統(tǒng)的通信穩(wěn)定性，造成上位機與下位機的連接中斷。其二，在智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用過程中有時會發(fā)生信號缺失，導(dǎo)致上位機傳遞的指令不能全面、準確的傳遞給下位機，因此在選擇下位機硬件設(shè)備時，應(yīng)充分考慮設(shè)備是否有較強的排除干擾信號的能力，從而保證下位機對上位機指令的有效執(zhí)行。

綜上所述，計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)人工控制和模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測和控制效果更佳，將其應(yīng)用于現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場工作情況的實時顯示、設(shè)備運行故障的智能判別、輸送機工作狀態(tài)的自動化控制以及礦井開采區(qū)環(huán)境的智能控制，既優(yōu)化了人力資源配置，又能避免人工控制發(fā)生安全事故，值得廣泛推廣和深入研究。

[1]田永強.智能視頻監(jiān)控技術(shù)研究及應(yīng)用[J].科技資訊，2019，017（005）：6，8.

[2]武林海.帶式輸送機常見故障檢測及防治系統(tǒng)研究[J].煤礦機械，2019，40（02）：145-147.

[3]陳國永.智能監(jiān)控在煤礦設(shè)備安全運行中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（7）：121，123.