煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

李漢濤

【摘要】根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，在分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的原理以及該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)后，提出了煤礦安全監(jiān)控的設(shè)計(jì)方案，探討了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的可行性以及具體的方法和應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線傳感器；網(wǎng)絡(luò)；煤礦安全；監(jiān)控系統(tǒng)

1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量分散布置、具有通信和一定處理能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集井下作業(yè)區(qū)的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各種信息，并且可以及時(shí)的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由廣泛分布的傳感器將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)上，然后再通過(guò)光纖骨干網(wǎng)發(fā)送到地面的監(jiān)控中心。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)綜合的應(yīng)用了傳感遙感技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)以及無(wú)線通信技術(shù)，在這些技術(shù)的綜合運(yùn)用中，結(jié)合AdHoc網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)自組以及多跳的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了信息在感知節(jié)點(diǎn)以及通信中間結(jié)點(diǎn)間的快速傳送。該技術(shù)操作比較簡(jiǎn)單、空間占用小、組網(wǎng)的成本比較低，以及維護(hù)簡(jiǎn)單。無(wú)線傳感器作為監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集終端，應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下作業(yè)的全方位、無(wú)人值守的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能預(yù)警，使其成為新型的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)，提高了礦山的生產(chǎn)效率。

無(wú)線傳感器在包裝上有外封裝，其電源可以采用電池進(jìn)行供電。由于無(wú)線傳感器本身耗能低，采用電池作為其電源能夠持續(xù)供電數(shù)月， 可以滿足其使用要求。無(wú)線傳感器作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)伦鳂I(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸。需要上傳的數(shù)據(jù)由無(wú)線網(wǎng)關(guān)、光纖網(wǎng)傳至監(jiān)控中心主機(jī)。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，主要是由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作為處理的中樞系統(tǒng)，并通過(guò)無(wú)線通信方式構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器，擁有感知、處理以及傳輸三種功能，能夠全方位、實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)頂板壓力、環(huán)境溫度和濕度、巷道中有害氣體濃度等多種信息，為礦山安全生產(chǎn)提供智能化監(jiān)測(cè)手段。

2應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，主要是由地面監(jiān)控中心、光纖骨干網(wǎng)、無(wú)線監(jiān)控分站、無(wú)線傳感器共同構(gòu)成。在該系統(tǒng)中，光纖骨干網(wǎng)是系統(tǒng)的主要信息傳輸載體，它能夠?qū)⒎稚⒉贾玫臒o(wú)線監(jiān)控子系統(tǒng)有效的連接在一起，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦山的無(wú)線傳感。該系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的具體應(yīng)用表現(xiàn)：感知、轉(zhuǎn)換各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳感器散布在煤礦井下采掘巷道中，通過(guò)無(wú)線通信將各種數(shù)據(jù)匯集到區(qū)域監(jiān)控分站。各分站對(duì)本區(qū)域匯集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后通過(guò)光纖骨干網(wǎng)發(fā)送到地面監(jiān)控中心，借助監(jiān)控中心主機(jī)強(qiáng)大的處理功能對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、環(huán)境信息進(jìn)行分析，以便對(duì)煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的突發(fā)事件進(jìn)行及時(shí)的預(yù)警和處理。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)的基本單元，擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)的采集與傳送等功能（見(jiàn)圖1）。

2.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)的理念進(jìn)行具體的實(shí)施，其關(guān)鍵的部分包括：環(huán)境模塊、生產(chǎn)監(jiān)控模塊、中心主站控制模塊。環(huán)境模塊在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要考慮對(duì)煤礦井下的各種氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，主要是對(duì)甲烷氣體、一氧化碳、氧氣、巖煤溫度、負(fù)壓、頂板的壓力以及煙霧等進(jìn)行具體的環(huán)境分析，需要保證這些因素在環(huán)境中保持合理的狀態(tài)，避免危害井下作業(yè)人員的安全；在生產(chǎn)監(jiān)控模塊中，由于井下生產(chǎn)包含著許多環(huán)節(jié)和因素，具體有煤倉(cāng)煤位、水倉(cāng)水位、供電的電壓、供電電流。另外，還需對(duì)主要生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，包括排水水泵、提升機(jī)、局扇、膠帶輸送機(jī)、采煤機(jī)、高低壓饋電開(kāi)關(guān)等；在地面控制中心主控系統(tǒng)中，依托計(jì)算機(jī)信息技術(shù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)區(qū)域之間的數(shù)據(jù)檢索，自動(dòng)對(duì)井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，生成各種生產(chǎn)環(huán)節(jié)報(bào)表，形成完整的生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境出現(xiàn)影響安全生產(chǎn)的變化時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，為安全生產(chǎn)提供了有效的保障。

2.2煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，形成了有效的煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)控體系，主要表現(xiàn)在：能夠?qū)律a(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，對(duì)各種環(huán)境以及生產(chǎn)信息進(jìn)行狀態(tài)分析，確保了安全監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。當(dāng)某一項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出了安全范圍后，該系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，以便采取及時(shí)的措施。該系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作，能夠自動(dòng)監(jiān)控，保證了數(shù)據(jù)的有效性，為井下安全生產(chǎn)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫(kù)，提高了煤礦安全生產(chǎn)的技術(shù)水平。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的具體分析，結(jié)合煤礦安全體系的多種要求，設(shè)計(jì)出基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在煤礦監(jiān)控體系中，促進(jìn)了現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提升，保障了煤礦安全生產(chǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

［1］劉艷玲,張軍.煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)[J].煤礦技術(shù),2011(28).

［責(zé)任編輯：湯靜］