韓天峰

（青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266100）

中國作為世界上第一大礦產(chǎn)資源生產(chǎn)國與消耗國。在國內(nèi)的能源資源中，礦產(chǎn)資源在一次能源生產(chǎn)與消耗結(jié)構(gòu)中所占比重高達(dá)百分之八十左右，在以后的五十年內(nèi)還會一度升高至百分之八十五以上[1]，所以，礦山資源在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)依然還是中國的主要消費(fèi)能源。歷經(jīng)多年的發(fā)展，中國礦山行業(yè)的安全情況已經(jīng)有了較為顯著的提高，然而井下傷亡事故依然頻頻發(fā)生，甚至一度會發(fā)生重大惡性事故，這早已經(jīng)成為嚴(yán)重制約國內(nèi)礦山行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要問題。因?yàn)閲鴥?nèi)礦山安全事故屢次發(fā)生，傷亡人數(shù)眾多，所以國內(nèi)礦山的百萬噸死亡率始終居高不下，和國外資本主義國家相比依然存在著較大的差別[2]，而且伴隨礦山挖掘深度的持續(xù)加大以及高產(chǎn)科學(xué)礦井的發(fā)展，均為國內(nèi)的礦山安全生產(chǎn)提出了一系列全新的安全問題。所以采用合理、高效、健康、可持續(xù)的手段轉(zhuǎn)變國內(nèi)礦山安全情況及其落后狀況，強(qiáng)化安全管理以及安全科學(xué)技術(shù)的研發(fā)，合理、及時(shí)預(yù)防與控制各種傷亡事故的發(fā)生。

1 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的礦山機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置

（1）傳感器模塊。在本設(shè)計(jì)之中，瓦斯傳感器主要是采取中國船舶重工集團(tuán)有限公司第八一九研究所的LXK-8催發(fā)元件。這個(gè)系列元件主要是一種廣譜性的氣敏元件，適合用在石油、天然氣以及城市煤氣等多種可燃可爆氣體的監(jiān)測與預(yù)警。Sensite公司高度集成的溫度傳感器芯片SHT20，采取并行時(shí)鐘傳輸線路SPK去和單片機(jī)維持通信同步，并行數(shù)據(jù)線DATA接收通信協(xié)議的一系列命令與信息，這可以直接提供溫度控制在-50℃～160℃范圍以內(nèi)的、濕度在0℃～100%RH范圍以內(nèi)的數(shù)字傳輸。

（2）基站接收機(jī)節(jié)點(diǎn)?；窘邮諜C(jī)節(jié)點(diǎn)需要設(shè)置在礦井主巷道里面，接收到固定式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上傳的有關(guān)數(shù)據(jù)后，再借助于通信電纜把數(shù)據(jù)上傳至信息采集數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)。

（3）信息收集數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。信息收集數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的作用就在于搜集并處理有關(guān)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫后，需要隨時(shí)關(guān)注向其數(shù)據(jù)變動(dòng)并向有關(guān)監(jiān)控單位提供準(zhǔn)確的井下數(shù)據(jù)。

（4）監(jiān)控臺。監(jiān)控人員操作臺，有必要以圖形的方式對井下無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全面監(jiān)控，詳細(xì)顯示出每一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際環(huán)境參數(shù)，從而具備了瓦斯超限預(yù)警等環(huán)境報(bào)警功能。

2 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的礦山機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件配置

（1）通信接口協(xié)議的構(gòu)建。礦井地面的監(jiān)控中心PC機(jī)主要采取并口和下位機(jī)進(jìn)行通訊。這里的下位機(jī)即無線網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)備，其他節(jié)點(diǎn)并不具有和PC機(jī)直接通迅的功能。Model bus RTU通信協(xié)議的傳輸手段主要包括兩種，即ASCII模式與RTU模式兩種。這當(dāng)中PC機(jī)和協(xié)調(diào)器通信采取RTU模式，這種模式定義了環(huán)境域內(nèi)的詳細(xì)內(nèi)容并實(shí)現(xiàn)線路上的并行傳輸，確保數(shù)據(jù)及時(shí)為礦井環(huán)境打包與解析，具體見下表。

表1 Modbus RTU格式

表中Addr代表的是主機(jī)地址，F(xiàn)un代表的是功能代碼，Data start reg lo則代表寄存器中數(shù)據(jù)開始地址的長字節(jié)，Data start reg lo代表的是寄存器中數(shù)據(jù)結(jié)束地址的短字節(jié)，Data of reg hi代表的是寄存器中數(shù)據(jù)讀取數(shù)量的長字節(jié)，Data of reg lo代表的是寄存器中數(shù)據(jù)讀取數(shù)量的短字節(jié)，CRC16 lo代表的是循環(huán)冗雜數(shù)據(jù)的長字節(jié)檢驗(yàn)，CRC16 hi代表的是循環(huán)冗雜數(shù)據(jù)的短字節(jié)檢驗(yàn)。

（2）無線網(wǎng)絡(luò)通訊軟件。系統(tǒng)利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)搜集到的數(shù)據(jù)上傳至中心站后必須立即開展數(shù)據(jù)整合與分析，而完成這部分功能的軟件則是基于數(shù)據(jù)庫的軟件組成，這部分軟件對礦下環(huán)境情況以及整個(gè)無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)控，并工作站提供歷史消息的查找、搜尋以及報(bào)警功能。

3 實(shí)驗(yàn)與效果分析

與傳統(tǒng)的礦山機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行對比，對其數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行比較。

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。為保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將兩種礦山機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)置于相同的試驗(yàn)環(huán)境之下，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸速率能力的實(shí)驗(yàn)。

圖1 實(shí)驗(yàn)對比圖

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)過程中，通過兩種不同的礦山機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)同時(shí)在相同環(huán)境下進(jìn)行工作，分析其滲透率能力的變化。實(shí)驗(yàn)效果對比圖見下圖所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可知，本文設(shè)計(jì)的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的礦山機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)礦山機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)相比，對于礦山設(shè)備安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸速始終居高不下，一直在80%以上。實(shí)驗(yàn)證明本文提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有極高的有效性。

4 結(jié)語

本文對基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的礦山機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)制，對礦山機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)論證表明，本文設(shè)計(jì)的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠?yàn)榛跓o線傳感網(wǎng)絡(luò)的礦山機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法提供理論依據(jù)。