于蘭蘭?孟天星

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)開發(fā)技術(shù)廣泛的應(yīng)用，在煤礦的生產(chǎn)中有著重要的作用。雖然我國(guó)煤礦資源豐富，但是地質(zhì)條件極其復(fù)雜，在采礦的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些安全事故，導(dǎo)致井下人員的傷亡。本文結(jié)合了煤礦安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀，探討了計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用。（本文原刊于煤礦開采2013年）

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；軟件開發(fā)；技術(shù)；井下作業(yè)；煤礦；應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在煤礦的井下生產(chǎn)安全監(jiān)控中起到了非常重要的作用。雖然科技水平的提升使煤礦機(jī)械化的程度提高很多，但是在長(zhǎng)期運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，必然會(huì)產(chǎn)生安全隱患。計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)的遠(yuǎn)程的監(jiān)控和運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)跟蹤，很大程度上提高了煤礦生產(chǎn)的安全性。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的影響

1.1 煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀

隨著煤礦事業(yè)的不斷發(fā)展，在煤礦的生產(chǎn)中一定要保證安全質(zhì)量，加強(qiáng)防護(hù)措施，采用先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)改善當(dāng)前煤礦生產(chǎn)中的難題。雖然煤礦生產(chǎn)和管理基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但是還是存在很多的事故，這就暴露了在技術(shù)和措施上的不足。由于煤礦的生產(chǎn)環(huán)境比較復(fù)雜，在生產(chǎn)和管理的過(guò)程中難度很大，所以存在很大的安全隱患。特別實(shí)在瓦斯防治、沖擊地壓等技術(shù)處理上還有待加強(qiáng)，而且井下與井上之間的通信不是很緊湊，導(dǎo)致一些緊急的情況不能及時(shí)的處理。同時(shí)在礦井事業(yè)中缺乏專業(yè)的人才，在礦區(qū)的管理和生產(chǎn)中的工作人員技能水平很低，在信息化的時(shí)代，綜合型人才是企業(yè)所稀缺的，然而對(duì)于大多數(shù)的煤礦企業(yè)中，這也是面臨的難題之一。因?yàn)橹挥胁粩嗉訌?qiáng)煤礦企業(yè)的內(nèi)部管理，制定基本的生產(chǎn)準(zhǔn)則，在安全、技術(shù)上都要達(dá)到生產(chǎn)的要求，這樣才能帶到企業(yè)的快速發(fā)展。

1.2 存在的主要問(wèn)題

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用煤礦生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，比如電牽引采煤機(jī)的自動(dòng)化控制、通信系統(tǒng)以及環(huán)境的安全監(jiān)測(cè)。在煤礦的井下生產(chǎn)的安全問(wèn)題是施工中的重點(diǎn)難題，目前對(duì)井下安全監(jiān)測(cè)有很多種方法，雖然種類結(jié)構(gòu)不同，但是其基本原理和功能相差不大，井下的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般包括傳感器、分站點(diǎn)、監(jiān)控中心和相應(yīng)的傳輸設(shè)備這些組成，這些部分相互聯(lián)系，缺一不可，完成信息的采集、傳輸?shù)裙δ堋?在進(jìn)行井下狀態(tài)檢查時(shí)，主要對(duì)一氧化碳體積分?jǐn)?shù)、進(jìn)風(fēng)以及回風(fēng)的速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，然后傳遞給傳感器。對(duì)于傳感器包含很多種，像一氧化碳傳感器、溫度傳感器、風(fēng)速傳感器等，這些都是在礦井安全生產(chǎn)中的重要設(shè)備。

2 計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)功能模塊

計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)主要包括工控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊以及通訊模塊等，嵌入式系統(tǒng)主要在煤礦的設(shè)備當(dāng)中使用，使這些設(shè)備具備高度的智能化，完善了系統(tǒng)的功能，增加了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

2.1 通訊模塊

數(shù)據(jù)采集儀將采集到的數(shù)據(jù)存放到存儲(chǔ)器當(dāng)中，需要通過(guò)在通訊模塊的作用下傳到上位機(jī)系統(tǒng)。通訊模塊能夠與局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系進(jìn)行信息技術(shù)操縱。這種系統(tǒng)能夠利用在生產(chǎn)中所用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)用技術(shù)，這樣可以減少很多設(shè)備資源的使用。同時(shí)，信息傳輸?shù)倪^(guò)程中采取一般的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議能夠保證信息在傳輸?shù)倪^(guò)程中的及時(shí)和精準(zhǔn)性。通訊模塊采用光纖的原料提高了信息的傳輸速度，在傳輸?shù)倪^(guò)程中誤碼低于8，而且外界因素也不會(huì)對(duì)該模塊起到任何的干擾，確保了信息通訊的可靠性。在通訊網(wǎng)絡(luò)中的使用權(quán)限很廣泛，一般的TCP/IP在局域網(wǎng)或者計(jì)算機(jī)的通訊功能中作為基礎(chǔ)的技術(shù)，只要滿足網(wǎng)絡(luò)的傳輸要求，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)信息的在線傳輸。在多數(shù)試驗(yàn)裝置的數(shù)據(jù)傳輸采用逐點(diǎn)傳送或者批處理傳送的手段，通過(guò)數(shù)據(jù)通訊線將瞬時(shí)值傳給D/A，然后會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)源。在國(guó)內(nèi)像北京維特MRT—02B由于幅頻特性很差，對(duì)于諧波疊加和變頻試驗(yàn)不能夠進(jìn)行非定量的測(cè)量，所以在輸出的數(shù)據(jù)與設(shè)定的參數(shù)值有一定的誤差。國(guó)外的試驗(yàn)裝置不管在任何頻率下它的點(diǎn)數(shù)都很固定，一般都是每周輸送256點(diǎn)，幅頻特性很好，所以產(chǎn)生的誤差就很小。因?yàn)樵?0次諧波的時(shí)候，其誤差值在3%一下，所以很適合做單頻率試驗(yàn)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

數(shù)據(jù)庫(kù)是對(duì)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集合成的資源系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要有空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)兩方面?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)就是容量大，能夠快速的查詢到所需要的數(shù)據(jù)，同時(shí)還能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行修改，但是它的模型很復(fù)雜，在整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中按照不同的關(guān)系等級(jí)分為了幾個(gè)數(shù)據(jù)層。平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中就會(huì)以數(shù)據(jù)庫(kù)格式存儲(chǔ)設(shè)備的運(yùn)行信息，屬性信息全部存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，而且有對(duì)應(yīng)的空間數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)中二者是不可分割的，通過(guò)二者之間的相互聯(lián)系維持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

2.3 瀏覽電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

瀏覽電子系統(tǒng)主要是接收測(cè)量的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分析，對(duì)于礦區(qū)的管理信息可操作性強(qiáng)，而且具備了瀏覽器、服務(wù)器以及數(shù)據(jù)處理等系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)的作用下主要的功能包括以下三個(gè)方面：①數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)層。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)層是對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，由windows NT服務(wù)引擎提供的技術(shù)支持，減少了用戶的操作時(shí)間，可以快速的瀏覽煤礦的生產(chǎn)管理信息，所以該服務(wù)層的安全、可靠性非常的高。②應(yīng)用服務(wù)層。應(yīng)用服務(wù)層主要是由WESGIS組成，實(shí)在數(shù)據(jù)服務(wù)層的下一步驟，但是所有的操作平臺(tái)以及技術(shù)都是與數(shù)據(jù)服務(wù)層是一樣的。③瀏覽器層。瀏覽層是將最后的處理信息通過(guò)顯示器顯示出來(lái)，所有的礦區(qū)信息都要經(jīng)過(guò)傳送、處理最終達(dá)到瀏覽層。所以瀏覽層能夠方面用戶的查詢、瀏覽，而且操作上很簡(jiǎn)單。

3 計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的功能實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠達(dá)到自動(dòng)化、智能化、信息化的技術(shù)水準(zhǔn)，是我國(guó)煤礦事業(yè)中必備的重要手段，對(duì)于企業(yè)在生產(chǎn)中的安全防護(hù)有重要的意義，適應(yīng)于各種礦井的使用。其中主要系統(tǒng)就是地面中心站，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，主體的控制程序?yàn)橛芍鳈C(jī)—各分站點(diǎn)—傳感器。中心站主要負(fù)責(zé)采集各分站的信息，然后在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理，能夠在瓦斯等爆炸性氣體中使用。監(jiān)控系統(tǒng)的主要是通過(guò)地面的監(jiān)控主機(jī)對(duì)于在礦井底下的分站點(diǎn)不斷的進(jìn)行信息的交流，分站點(diǎn)將不同時(shí)間段采集的每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)傳到主機(jī)，然后在地面的監(jiān)控主機(jī)設(shè)定一個(gè)規(guī)定的參數(shù)作為報(bào)警的最大額度，主機(jī)對(duì)于分站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng)傳到主機(jī)的數(shù)據(jù)高于設(shè)定的報(bào)警參數(shù)時(shí)，監(jiān)控主機(jī)以及傳感器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，傳感器的報(bào)警的指示燈也會(huì)閃爍，提醒施工人員加以注意，在監(jiān)控主機(jī)的屏幕上會(huì)顯示礦井下報(bào)警傳感器的時(shí)間地點(diǎn)，然后鎖定事故的地點(diǎn)。對(duì)于程序而言最重要的就是接口的定義，用戶在配置文件的過(guò)程中就能夠?qū)崿F(xiàn)不同的切換。系統(tǒng)的試驗(yàn)測(cè)試一般都是采用二分法自動(dòng)尋找動(dòng)作邊界，然后得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以將他們?cè)谄聊簧侠L制測(cè)試點(diǎn)，利于分析處理。由于很多的試驗(yàn)裝置不夠全面，不能利用智能擬合的方法測(cè)繪，所以對(duì)于動(dòng)作阻抗的數(shù)值不能測(cè)定出來(lái)，導(dǎo)致結(jié)果的誤差不能確定。

總而言之，隨著計(jì)算機(jī)軟嵌入式系統(tǒng)的不斷應(yīng)用，會(huì)給企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益，但是在我國(guó)礦井的安全監(jiān)測(cè)管理中還是處于發(fā)展階段，在實(shí)際的操縱過(guò)程中存在很多問(wèn)題，通過(guò)在計(jì)算機(jī)嵌入式技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸與在線的監(jiān)控，所以在很大程度上提高了生產(chǎn)的安全性，給企業(yè)安全、可靠生產(chǎn)帶來(lái)了保障。（本文原刊于煤礦開采2013年）

參考文獻(xiàn)

[1]樓楊；王廣龍；陳建輝；郭曉冉；朱建峰；；基于PowerPC的嵌入式設(shè)備數(shù)據(jù)采集接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]；儀表技術(shù)與傳感器；2011年06期

[2]張春平；戴青云；；嵌入式系統(tǒng)及其發(fā)展前景[J]；石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)；2006年04期

[3]王成義，薛慶軍，崔建明；基于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人防警報(bào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]；青島大學(xué)學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版）；2003年04期

作者簡(jiǎn)介

于蘭蘭（1980-），女，山東煙臺(tái)人，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制與信號(hào)處理。

孟天星（1968-），女，河北辛集市，碩士研究生，副教授，研究方向?yàn)檫^(guò)程控制與電機(jī)拖動(dòng)。