(湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 株洲 412006)
近些年來,我國礦山事故總體向好的方面發(fā)展,但事故仍然頻繁發(fā)生,且絕大多數(shù)事故和人員傷亡是由于礦山井下安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)不到位、管理制度不健全及事故后的應(yīng)急救援工作的不及時(shí)造成的。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,在這一強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭中,基于labVIEW集成技術(shù)以其特有的技術(shù)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。
在礦山安裝并實(shí)施主井設(shè)備信息化控制系統(tǒng)、采區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)信息化監(jiān)控系統(tǒng)、集約式信息化監(jiān)控系統(tǒng)、井下無人值守變電所系統(tǒng)等,利用3DMine礦業(yè)工程軟件建立了礦山地表地形模型和井下巷道實(shí)體模型的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了礦山三維可視化模型在礦山設(shè)計(jì)上的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)對采掘巷道的三維可視化設(shè)計(jì),保證礦井的安全生產(chǎn)[1,2]。
通過以上分析,本文提出基于LabVIEW集成技術(shù)的礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),通過采用先進(jìn)的信息和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),整合各個(gè)分離的通信設(shè)備,使資源達(dá)到充分共享,從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)為目的的礦山開發(fā)系列集成技術(shù)。
目前,大多數(shù)礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)有許多型號(hào),這些型號(hào)由許多不同的制造商生產(chǎn),每個(gè)制造商的技術(shù)實(shí)力差異很大。
而廠家的設(shè)備通訊標(biāo)準(zhǔn)存在差異,導(dǎo)致不同廠家的設(shè)備不兼容。因此,由于非標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議,礦山建設(shè)單位中的許多現(xiàn)有設(shè)備不能用于新的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。礦山設(shè)備反復(fù)購買,軟件和硬件無法隨意升級(jí)。據(jù)統(tǒng)計(jì),CH4傳感器和CO傳感器在國內(nèi)礦山安全監(jiān)測監(jiān)控使用時(shí),敏感元件一直存在缺點(diǎn),如使用壽命短,工作穩(wěn)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(xiàn)有的礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在傳感層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)等方面還存在不足,尤其在抗干擾技術(shù)方面,與國外先進(jìn)技術(shù)相比,還有一定的差距[3,4]。同時(shí),現(xiàn)有礦山安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)不具備礦山事故決策支持系統(tǒng)的功能,不能預(yù)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(jiān)測監(jiān)控設(shè)備缺乏黑匣子,無法對事故起因分析提供有效依據(jù)[5]。
系統(tǒng)中傳感器的檢測精度要設(shè)置,為了適當(dāng)增加或者減少傳感器,傳感器的位置應(yīng)方便安裝。
安裝在礦山傳感器采集的數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的格式上傳到地面監(jiān)測監(jiān)控室,獲取所需數(shù)據(jù)以保存數(shù)據(jù)供以后使用。
井內(nèi)數(shù)據(jù)保存最好使用大儲(chǔ)量數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫可以存儲(chǔ)從礦井地下傳感器傳輸至少2年的數(shù)據(jù),可以在需要時(shí)直接提取給專家使用。
監(jiān)測監(jiān)控和監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的用戶界面應(yīng)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(shù),同時(shí)應(yīng)有各種數(shù)據(jù)變化的變化圖。
系統(tǒng)應(yīng)具有功能:數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理、報(bào)警、斷電和重新供電。
LabVIEW是一種用于虛擬儀器的圖形化編程語言、儀器控制、數(shù)據(jù)采集和處理的軟件,可以滿足RS-232和RS-485等協(xié)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(biāo)。將傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器放在一起,發(fā)現(xiàn)虛擬儀器的前面板是我們傳統(tǒng)儀器的外觀(各種開關(guān)和按鈕等),后面板的所有功能和連接線都是傳統(tǒng)設(shè)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(yàn),避免浪費(fèi)過多的物力和財(cái)力。
LabVIEW軟件集成了大量常用功能和專用波形發(fā)生器,可以使用軟件附帶的波形發(fā)生器生成我們需要的波形。通過預(yù)先編寫所需的子VI,主程序可以調(diào)用子VI,這簡化了主程序的設(shè)計(jì)過程?;趌abVIEW監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。
圖1 基于labVIEW監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
礦山井下電纜與計(jì)算機(jī)的端口相連接,安裝在礦山井下傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過微機(jī)處理系統(tǒng)分析,使得井下傳感器收集的數(shù)據(jù)可以在微機(jī)處理過程之前連續(xù)地發(fā)送到微機(jī)處理系統(tǒng),然后使用安裝labVIEW軟件的計(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)的功能對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)處理,最終將處理的數(shù)據(jù)報(bào)告給上級(jí)。
通訊接口一般有以下幾種:RS-232和RS-485,各個(gè)接口連接到安裝labVIEW軟件的計(jì)算機(jī),以備份重要的傳感器采集的數(shù)據(jù)。對于礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),主要監(jiān)測目標(biāo)是有害氣體、人員定位和作業(yè)環(huán)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(yīng)大的地下距離和惡劣環(huán)境的通信要求。RS485可以適應(yīng)遠(yuǎn)程通信,但通信質(zhì)量稍差。因此,我們可以使用RS485通訊接口在地下進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊,并可以在短距離地面通訊時(shí)轉(zhuǎn)換成RS232接口[8]。
由于礦山井下比較深,通信電纜通常達(dá)到幾千米,因此,電纜上信號(hào)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(hào)衰減,信號(hào)衰減將信號(hào)長距離傳輸?shù)叫盘?hào)的物理層[8]。
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(hào)進(jìn)行預(yù)處理。
利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù),建立一個(gè)labVIEW集成技術(shù)的監(jiān)測監(jiān)控和監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。為所有礦山環(huán)境、人員和設(shè)備形成動(dòng)態(tài)監(jiān)測和監(jiān)測監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)預(yù)測集成和智能預(yù)警,從而提高礦山安全監(jiān)測監(jiān)控水平。
系統(tǒng)由以下幾個(gè)子系統(tǒng)組成:視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、頂板監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)、有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)、緊急避險(xiǎn)避災(zāi)系統(tǒng)、地壓監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和決策分析系統(tǒng)組成。
礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)容如下圖2。
圖2 礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)組成
為測試基于LabVIEW集成技術(shù)的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用效果,在湖南郴州某礦進(jìn)行檢測試驗(yàn)。試驗(yàn)中,首先在井下布設(shè)由主控制器和傳感器等組成的安全智能監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)。在某礦山井下,一組傳感器設(shè)置的距離為80m,監(jiān)控基站設(shè)置的距離為800m,在沒有貫通的巷道和采場工作面分別進(jìn)行監(jiān)測,試驗(yàn)結(jié)果顯示:工作場所有害氣體濃度稍微超限,該系統(tǒng)馬上報(bào)警。由此可知該監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)工作靈敏,能夠滿足礦山井下現(xiàn)場使用要求。
與傳統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)相比,該設(shè)計(jì)基于LabVIEW集成技術(shù)監(jiān)測系統(tǒng),可以包含礦井監(jiān)測監(jiān)控的所有內(nèi)容。因此,礦井監(jiān)測監(jiān)控可以遠(yuǎn)程操作,方便管理,便于礦山管理人員作出決策,從而解決現(xiàn)有礦山監(jiān)測和監(jiān)測設(shè)備的不足,使用不方便,及時(shí)有效實(shí)現(xiàn)礦山各類安全監(jiān)測和監(jiān)控,對現(xiàn)有礦山的安全監(jiān)測監(jiān)控有一定的借鑒意義。