多系统融合背景下煤矿企业安全监控系统研究

张兴辉

摘 要 我国煤炭生产的安全形势一直以来就比较严峻，而制约现代煤炭工业发展的主要问题就是煤矿的生产安全问题，这需要相关部门和人员重点加强安全监控，并从技术角度进行相关研究工作。安全监控系统作为一种重要的保障措施应该得到广泛关注。而国外从20世纪60年代以来就已经开始了有关监控系统的设计。本文也将以现代多系统融合技术为参考标准，探讨如何建立更加完善的安全监控系统模式。

关键词 多系统融合;煤矿企业;安全监控系统

引言

煤矿的安全监测系统作用是用于检测和控制煤矿井下的瓦斯、一氧化碳、排水等状况等。在各类机电设备工作状态保持正常时，我们也可以将所获取到的数据进行整合，以便于进一步展开研究分析和处理。通常来说系统的特点体现在数据信息内容多、信号传输时间长和检测环境比较复杂等几个方面，如何通过有效的技术手段集中现有的系统监控方案，也成为相关研究的重点内容。

1安全监控系统的硬件功能

1.1 安全监控功能

煤矿的安全监控系统本身在井下会设置分站，不同分站的结构设计保持相似。硬件设计包括对电源和电路的设计、控制电路设计、信号采集电路设计与数据传输电路设计等。安全监控的主要功能是通过多网和多系统的融合方式将人员管理、电力监控和设备监测等方面融入监控系统当中，解决传统的矿井下“信息孤岛问题”。从这一角度来看井下的多网和多系统融合方案将围绕数据融合的客观要求，建立安全监控系统与GIS融合体系。

1.2 人员定位

人员定位系统可以围绕人员信息管理、人员呼叫工作、定位查询和轨迹查询工作展开管控。通过多种数据接入的方式，可以让各种类型的生产数据、人员数据存储在数据库当中建立多系统融合平台。数据可以直接地在操作员站或是某些可视化的应用软件当中进行显示，这样可以实现对人员的管理和监控，也可以对生产数据和状态进行查询和分析，为矿井数据提供合理的平台与防卫接口。各类参数在经过整合和数据处理分析后可以接收到来自于上位机发送的数据，井下的一氧化碳浓度、瓦斯情况等环境信息也可以成为通信状态的重要组成部分，并且在屏幕上显示，相关技术人员可以查阅并分析[1]。如果井下出现某些特殊状况，例如断电、瓦斯超限等，也可以直接通过人员定位功能完成人员的快速撤离。

1.3 语音广播设计

语音广播设计系统本身要在结构、性能上满足工作要求，然后确保信息的完整程度。例如在语言传感器方面，在传感器输出信号选择上要综合考虑到其是否能够有效地反映出井下环境的具体特点。对于井下监控系统来说可以选择井下专用的智能传感器，一方面改进原有传感器的信息处理和通信能力，另一方面也能通过参数修改的方式对输出信号做出调节，保障传感器的适应程度[2]。在不影响系统安全运行的前提下可以利用现有的以太网资源、电话系统资源和工作面扩播资源进行组网，从而实现系统的稳定运行。另外，语音设备界面功能具有非常简便和易于使用的特点，让使用者可以随时地查阅信息，井下广播的数据源也包括广播调度台和某些用于生产调度指挥的多媒体终端。

1.4 多系统融合设计

多系统融合设计的主要功能体现在安全监控、人员定位、语音广播系统三个方面，同时其他的子系统融合接口也会相应开放。总体设计过程中会按照子系统生成多网融合所需求的数据信息，且安全监控系统生成内容之后可以统一地提取和存储。数据交换以FTP方式为主，且不同的系统功能体现在不同方面。

如安全监测监控功能具有数字传感器显示、开关量和累积量显示、模拟量显示、传感器曲线显示、模拟动画显示、系统功能图显示、数据开关状态显示、电源管理与自诊断功能、操作权限功能;语音系统和应激系统则围绕信息查询、群呼功能、定时播放功能和历史呼叫记录查询功能进行工作调度，实现了安全監管。

2煤矿安全监控系统的软件设计

煤矿安全监控系统的软件设计主要功能是将所有采集到的数据进行整合，并且在屏幕上显示相应的融合结果。上位机在发送数据命令之后再将执行机构的动作进行控制。整个系统软件包括程序设计、系统模块设计、环境参数设计、报警程序设计等。

2.1 主控芯片设计

主控芯片设计过程中，当煤矿的安全监控系统启动之后整个功能模块会先进行初始化，让系统数据可以直接载入完成对模块的初始化设计。在特殊的井下环境之下传感器可能需要时间更长的预热期，即分站启动之后要等待一段时间再真正地投入到工作当中。传感器也可以定期地进行一次井下环境数据的研究和分析[3]。

2.2 CAN接口程序设计

CAN总线控制器可以让内部软件的程序系统完成系统的初始化、数据接收和数据传递工作。且在系统运行之前需要进行相应的程序化处理，以设置寄存器的方式来选择CAN控制器的工作方法。需要注意的是初始化本身要在CAN控制器复位模式下完成，且初始化之前本身要预防中断占领CPU情况的出现。通信过程中可以先将上位机数据传输打包成为符合CAN要求的格式与内容，且发送时应该选择对应的发送缓冲器。当缓冲器处于非工作状态指示就会将里面包含的内容进行传输返回，将其作为相应的状态数据，判断某一帧的数据是否能发送成功。

总线接受信息本身是通过中断而实现，中断过程可以保护信息接收的即时性，且不会因此而丢失相应的数据。每次CAN中断后就会接收到一次完整的CAN报文数据，且中断程序为了缩短整个处理过程的时间，并不会对CAN的报文信息进行后续处理。

2.3 后备电源控制程序

后备电源的控制程序在充电过程中会对电压进行监测，如果电压等级过高，则为了对电池进行保护，会将所有的充电电路进行切断。此时当后备电源能够为系统进行供电时，在电压过低的状态也会将电路进行切断。

2.4 数据采集和融合程序设计

数据采集主要是对频率量和电压量的采集，其中频率量的采集可以通过PWM定时器来实现，多个脉冲量的周期可以按倍计算而获得频率的大小数据。而电压量的采集则可以通过AD模块实现，将模拟量转换为数字量后煤矿井下的子程序数据都可以成为流程组成部分。通过井下多个传感器采集到的环境参数，可以通过局部融合全局的方式获取相应的结果。具体来看，在设定初始值和阈值之后，局部融合中心就可以对多种类型的传感器进行融合，同时给不同类型的传感器进行判定[4]。数据融合的过程在融合程序之内可以通过专家数据库确定检测系统的识别框架，对其进行概率分配，按照融合结果了解到煤矿灾害可能产生的情况，对应地进行合理操作。

3结束语

基于多系统融合的煤矿井下安全监控系统可以从硬件和软件方面进行优化，避免传统的信息判断不全面问题。另外，本次研究还对硬件电路设计、内部软件流程设计进行了探索，以便于对井下环境进行监控。以煤矿监控系统的研究和开发入手设计基于数据融合的煤矿安全体系，能够有效地发挥高精度和可靠性的优势，融入多种类型的电子技术、信息通信技术，实现今后煤矿生产环节的自动化监控和处理。

参考文献

[1] 谢莉萍，冯锋.基于RFID与WSN融合的煤矿安全监控系统[J].电脑知识与技术，2012（34）：8180-8182.

[2] 齐笑笑，郭佑民，齐金平.煤矿井下安全监控多系统融合方法研究[J].工矿自动化，2018，44（12）：9-13.

[3] 安永忠.对我国煤矿安全监测监控系统的认识和研究[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2010（4）：196.

[4] 何云文.新形势下煤矿安全监测监控系统运维托管模式探讨[J].能源技术与管理，2016（3）：179-181.