王云飛

（山西馬堡煤業(yè)有限公司， 山西 長(zhǎng)治 046300）

引言

水倉(cāng)就是在煤礦井下排水系統(tǒng)中起著貯存全礦井井下涌水和沉淀涌水泥沙的作用[1]。在煤礦的生產(chǎn)采區(qū)，必須按要求對(duì)采區(qū)水倉(cāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。因此在煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中，水倉(cāng)起著重要的作用，人員進(jìn)入水倉(cāng)作業(yè)，快速開(kāi)啟水倉(cāng)門(mén)鎖顯得尤為重要，傳統(tǒng)的機(jī)械門(mén)鎖鑰匙管理很麻煩，而且還需要設(shè)置專門(mén)管理鑰匙的人員崗位，鑰匙丟失和人員更換都需要更換鎖和鑰匙，如果工作人員忘記攜帶鑰匙，未能快速進(jìn)入水倉(cāng)工作，會(huì)耽誤工作進(jìn)度，引起不必要的危險(xiǎn)?，F(xiàn)如今，礦井安全己成為制約煤礦開(kāi)采的重要關(guān)鍵問(wèn)題。在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，一旦發(fā)生透水事故，輕則損壞機(jī)電設(shè)備，重則水淹巷道，危及工作人員生命。煤礦井下排水系統(tǒng)作為井下生產(chǎn)中一項(xiàng)重要系統(tǒng)，為確保礦井正常安全地生產(chǎn)，排水系統(tǒng)必須有足夠的排水能力和較高運(yùn)行可靠性。另外，在人員進(jìn)入水倉(cāng)作業(yè)時(shí)，要保證作業(yè)環(huán)境的安全，如果不能及時(shí)檢測(cè)瓦斯，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)控，將有可能造成人員傷亡事故，由此可見(jiàn)，解決水倉(cāng)巷道瓦斯超限、人員進(jìn)入自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)等問(wèn)題是很有必要的。

1 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

1）礦用水倉(cāng)門(mén)禁智能安全控制裝置集刷卡開(kāi)門(mén)、自動(dòng)上鎖，遠(yuǎn)程控制于一體，同時(shí)具備視頻監(jiān)控語(yǔ)音對(duì)講以及地面控制柵欄電動(dòng)鎖的開(kāi)啟關(guān)閉功能。人員開(kāi)啟水倉(cāng)柵欄門(mén)需刷卡，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)并延時(shí)開(kāi)啟柵欄門(mén)，保證人員安全進(jìn)入。

2）礦用水倉(cāng)門(mén)禁智能安全控制裝置可以外接瓦斯超限閉鎖斷電傳感器，同時(shí)具備控制風(fēng)機(jī)起停的輸出節(jié)點(diǎn)。正常情況下，當(dāng)電動(dòng)鎖開(kāi)啟時(shí)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。裝置具有水倉(cāng)巷道瓦斯檢測(cè)功能，當(dāng)瓦斯超限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，同時(shí)閉鎖柵欄門(mén)，禁止人員刷卡進(jìn)入，直至瓦斯恢復(fù)正常。

3）礦用水倉(cāng)門(mén)禁智能安全控制裝置具備上電自檢功能，可以自動(dòng)正確處理斷電到上電過(guò)程中引起的誤上鎖或者誤開(kāi)鎖運(yùn)動(dòng)。

4）具備水倉(cāng)作業(yè)人員監(jiān)測(cè)功能，水倉(cāng)內(nèi)有人員作業(yè)時(shí)風(fēng)機(jī)一直工作，直至作業(yè)人員離開(kāi)水倉(cāng)并自動(dòng)上鎖后，風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止。

5）地面調(diào)度室設(shè)置了遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，遠(yuǎn)程控制自動(dòng)開(kāi)閉電動(dòng)鎖，工作人員需進(jìn)入硐室未帶門(mén)禁卡時(shí)，可通過(guò)就地端與地面視頻對(duì)講，確認(rèn)準(zhǔn)許進(jìn)入后可由地面控制中心遠(yuǎn)程開(kāi)鎖，地面實(shí)時(shí)監(jiān)控井下水倉(cāng)作業(yè)情況。

裝置流程圖如圖1所示。

圖1 裝置流程圖

2 設(shè)備原理

礦用水倉(cāng)門(mén)禁安全控制裝置由電動(dòng)鎖、電氣控制箱、門(mén)禁控制器[2]、門(mén)禁卡、LED顯示屏、紅外熱釋傳感器、瓦斯傳感器和風(fēng)機(jī)組成，電動(dòng)鎖安裝在水倉(cāng)柵欄門(mén)上，門(mén)禁控制器安裝在電動(dòng)鎖的上方或者巷道墻壁上，LED顯示屏安裝在水倉(cāng)柵欄門(mén)的最上方，紅外熱釋傳感器和瓦斯傳感器安裝在水倉(cāng)硐室內(nèi)部上方，電氣控制箱分別與電動(dòng)鎖、門(mén)禁控制器、LED顯示屏、紅外熱釋傳感器、瓦斯傳感器和風(fēng)機(jī)控制連接。

礦用水倉(cāng)門(mén)禁安全控制裝置采用類似樓宇小區(qū)門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，集刷卡開(kāi)門(mén)、自動(dòng)上鎖，遠(yuǎn)程控制于一體的門(mén)禁裝置，同時(shí)具備視頻監(jiān)控和語(yǔ)音對(duì)講功能，可以實(shí)現(xiàn)與調(diào)度中心對(duì)講等功能，可以智能監(jiān)測(cè)并自動(dòng)啟停風(fēng)機(jī)，有效避免水倉(cāng)巷道瓦斯超限，實(shí)現(xiàn)水倉(cāng)柵欄門(mén)的智能管理與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制。

3 系統(tǒng)軟件功能的設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和功能需求，提出系統(tǒng)的總體解決方案和軟件功能設(shè)計(jì)。按功能主要分為信號(hào)采集轉(zhuǎn)換模塊和集成控制處理模塊。首先紅外成像探測(cè)器[3]將采集的模擬視頻信號(hào)傳送到圖像采集盒中，經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換，在此過(guò)程中進(jìn)行隔行傳送并內(nèi)插處理，解決視頻圖像丟失問(wèn)題，然后將待處理的數(shù)字視頻信號(hào)傳輸?shù)教幚砥髦?，處理器?duì)到達(dá)的每一幀視頻圖像進(jìn)行圖像縮放處理，采用雙線性插值算法對(duì)原始視頻流進(jìn)行縮放。然后對(duì)視頻的每一幀進(jìn)行圖像預(yù)處理，圖像增強(qiáng)，目標(biāo)識(shí)別算法，完成對(duì)每一幀圖像中行人目標(biāo)的檢測(cè)和定位，若判斷作業(yè)人員在水倉(cāng)區(qū)域，則進(jìn)入軟件保護(hù)控制處理模塊中。預(yù)警保護(hù)策略為：對(duì)目標(biāo)進(jìn)行判斷，若水倉(cāng)區(qū)域內(nèi)不存在工作人員，則不采取任何措施，系統(tǒng)繼續(xù)保持監(jiān)測(cè)；若作業(yè)人員進(jìn)入水倉(cāng)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行工作，則發(fā)送控制指令，通過(guò)繼電器控制報(bào)警燈進(jìn)行聲光報(bào)警，提示正有作業(yè)人員在水倉(cāng)內(nèi)作業(yè)，微處理機(jī)重新發(fā)送通訊控制指令，控制通風(fēng)機(jī)持續(xù)工作，防止通風(fēng)機(jī)停止工作。若檢測(cè)到目標(biāo)全部離開(kāi)水倉(cāng)，微處理機(jī)重新發(fā)送通訊控制指令，控制報(bào)警燈停止報(bào)警，系統(tǒng)繼續(xù)保持監(jiān)測(cè)。軟件流程圖如圖2所示。

4 門(mén)禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

礦用水倉(cāng)門(mén)禁安全控制裝置由電動(dòng)鎖、電氣控制箱、門(mén)禁控制器、門(mén)禁卡、LED顯示屏等組成。其中射頻讀/發(fā)卡器[4]是整個(gè)門(mén)禁系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)中負(fù)責(zé)讀/發(fā)卡、向控制器發(fā)送控制信號(hào)等工作。門(mén)禁系統(tǒng)框圖如圖3所示。

4.1 發(fā)卡器

發(fā)卡器是一種專用的IC卡讀寫(xiě)器，發(fā)卡器與卡片之間采用一對(duì)一通信方式，其作用是完成IC卡與PC機(jī)之間的信息交流。發(fā)卡器直接與PC機(jī)通過(guò)RS232串行口相連，由系統(tǒng)管理員操作，在PC機(jī)上設(shè)置好要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，發(fā)出特定的寫(xiě)卡命令后完成。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

圖3 門(mén)禁系統(tǒng)框圖

4.2 讀卡器

讀卡器在門(mén)禁系統(tǒng)中是核心的工作機(jī)，讀卡方式屬非接觸式讀卡，持卡人只需將卡片在讀卡器感應(yīng)區(qū)內(nèi)快速晃動(dòng)一次，讀卡器便通過(guò)射頻信號(hào)與IC卡通信，認(rèn)證密碼，讀寫(xiě)卡中的數(shù)據(jù)，并將其存入讀卡器系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。整個(gè)過(guò)程只要在有效的刷卡范圍內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)門(mén)禁管理功能。它可以獨(dú)立工作，也可以聯(lián)網(wǎng)工作，通過(guò)RS485或RS232串行口與主機(jī)相連。在聯(lián)網(wǎng)的情況下，讀卡器能應(yīng)PC管理機(jī)的請(qǐng)求將存放在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)一次性地傳送給PC機(jī)。

射頻讀卡器采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，由一臺(tái)微處理機(jī)及相應(yīng)的外圍電路組成。本門(mén)禁系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為射頻讀卡器的核心電路，配置射頻讀寫(xiě)芯片、天線耦合電路、天線、RS232通信接口等部分。系統(tǒng)的工作原理是先由微處理器AT89C52控制射頻識(shí)別讀寫(xiě)器讀取IC卡的信號(hào)，然后AT89C52根據(jù)所得數(shù)據(jù)輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)，用于控制電控鎖繼電器的動(dòng)作和讀取門(mén)卡的磁信號(hào)，并且與整個(gè)上位PC機(jī)之間進(jìn)行通訊，獲得指令以及傳輸系統(tǒng)狀態(tài)等。

5 結(jié)語(yǔ)

基于通風(fēng)需求的礦用水倉(cāng)智能安全管控系統(tǒng)的投入運(yùn)行，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水倉(cāng)狀態(tài)，確保水倉(cāng)內(nèi)的瓦斯?jié)舛鹊陀诎踩?，操作方便，系統(tǒng)反應(yīng)迅速可靠，能夠確保水倉(cāng)柵欄門(mén)打開(kāi)后通風(fēng)機(jī)運(yùn)行，有效保障作業(yè)人員安全。對(duì)預(yù)防和避免水倉(cāng)安全事故、提高煤礦自動(dòng)化、數(shù)字化水平具有重要意義。系統(tǒng)總體可靠性強(qiáng)、靈敏度高、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，有較大的推廣價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。