基于虛擬儀器的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1緒論1.1定義煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)（coalminesafetymonitoringsystem）是具有模擬量、開關量、累計量采集、傳輸、存儲、處理、顯示、打印、聲光報警、控制等功能，用于監(jiān)測甲烷濃度、一氧化碳濃度、風速、風壓、溫度、煙霧、饋電狀態(tài)、風門狀態(tài)、風筒狀態(tài)、局部通風機開停、主通風機開停，并實現(xiàn)甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制，由主機、傳輸接口、分站、傳感器、斷電控制器、聲光報警器、電源箱、避雷器等設備組成的系統(tǒng)。1.2項目研究的意義煤礦安全生產(chǎn)是各國煤炭行業(yè)的共同話題，各國政府都極為重視。中國自1949年以后，更是高度重視煤礦的安全。經(jīng)過廣大科技人員和煤礦職工的努力，安全生產(chǎn)技術有了長足的發(fā)展。煤礦安全的內(nèi)涵隨著社會的發(fā)展也在不斷豐富和擴展。但同時我們也應看到中國煤礦井下生產(chǎn)條件復雜，地質(zhì)條件多變，自然災害較為嚴重。與世界發(fā)達國家相比，中國的煤礦安全狀況和水平仍有相當大的差距，形勢非常嚴峻。與世界發(fā)達國家相比，中國的煤礦安全狀況不容樂觀。在中國的基礎產(chǎn)業(yè)門類中，煤炭是事故最多、傷亡最大的一個行業(yè)，占工業(yè)死亡總?cè)藬?shù)的60％以上。據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布的全國煤礦生產(chǎn)和安全情況統(tǒng)計，我國煤礦百萬噸死亡率仍維持在一個較高的狀態(tài)。如表1所示。表109至11年全國煤礦生產(chǎn)和安全情況霸戶滋年乎份煩原煤獸產(chǎn)量躺（億巾噸）經(jīng)死亡隆人數(shù)穿（人下）繩百萬剝噸死權亡率火1）護20顯09相29潤.6泉櫻巨26吐31知0.紛89斜2寒20昨10則蒙踢32流.4捎24挨33婆0.四79嚼8徹20層11墾35喪.2濕19解73防0.遞56勺4注：1）煤礦百萬噸死亡率：即每生產(chǎn)100萬噸煤炭允許死亡的人數(shù)比例雖然表1中顯示近年來，百萬噸死亡率持下降趨勢，但是煤礦死亡人數(shù)仍舊過高。這種局面已經(jīng)在影響到我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，造成上述結(jié)果的因素之一，是部分煤礦安全生產(chǎn)工作不到位，在管理和生產(chǎn)上存在較大漏洞，因此盡快建立健全一套煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)以輔助煤礦企業(yè)管理安全生產(chǎn)是很有必要的。針對我國煤礦的現(xiàn)狀，一批用于井下安全監(jiān)控的系統(tǒng)正處于研發(fā)過程中，這些礦山井下安全監(jiān)控系統(tǒng)，對于煤礦系統(tǒng)加強安全生產(chǎn)管理有較好的作用。就目前煤礦安全的形勢，國家貫徹落實全國煤礦瓦斯治理現(xiàn)場會精神和“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產(chǎn)”的方針，為保障煤礦安全生產(chǎn)，必須加強煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)察工作。1.3項目研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢煤炭是我國最為重要的能源資源，煤炭生產(chǎn)的安全事關重大。我國煤礦安全生產(chǎn)面臨著非常嚴峻的形勢，而廣泛應用監(jiān)測監(jiān)控是加強和改進煤礦安全生產(chǎn)工作的有效手段。國有煤礦一般都安裝有安全監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)和其他一些小型系統(tǒng)，例如水文資料監(jiān)測、瓦斯傳感器管理系統(tǒng)等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，可能會產(chǎn)生越來越多的子系統(tǒng)。但所有這些系統(tǒng)絕大多數(shù)都存在信息孤島問題，是相對獨立的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都有自己獨立的數(shù)據(jù)存儲方式，調(diào)研后認為這些系統(tǒng)有的數(shù)據(jù)冗余度較大。所以將多業(yè)務統(tǒng)一集成，充分利用監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的利用率和清晰化，是提高煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控效果的重要方式。隨著對安全生產(chǎn)的更高要求，尤其是在煤礦安全形勢嚴峻的情況下，通過通信、網(wǎng)絡技術實現(xiàn)全局煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的集中監(jiān)測，為局領導及相關技術人員提供各礦實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，有利于局領導對下屬各礦的管理，有利于安全生產(chǎn)和指揮調(diào)度。為適應當前發(fā)展需要，需盡快建立適應局礦的網(wǎng)絡化煤礦綜合監(jiān)控信息系統(tǒng)。特別是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的監(jiān)管問題，使礦區(qū)和地方管理部門能夠真實地看到安全生產(chǎn)的狀況，以便及時的制定政策，使煤礦開發(fā)合理化、安全化，透明化。近年來，隨著國家對煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求的不斷提高和企業(yè)安全生產(chǎn)的需要，許多煤礦加大了安全投入，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)得到了普遍應用。越來越多的煤礦企業(yè)裝備或更新改造了礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，大大提高了礦井安全生產(chǎn)水平，同時也為該技術的使用、維護和發(fā)展提出了更高的要求。1.4本文的主要內(nèi)容本課題是基于虛擬儀器而設計的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅提高了井下安全參數(shù)的檢測能力，并且加強了計算機與人的交流功能，是系統(tǒng)更為的人性化。本文的工作有：（1）調(diào)查了國內(nèi)煤礦安全生產(chǎn)情況，以及煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)煤礦生產(chǎn)中的發(fā)展情況和重要作用。服（2輕）結(jié)繞合煤缸礦實及際情貨況，捧設計統(tǒng)安全的監(jiān)測耐系統(tǒng)以的總百體框隊架。嶼（3古）根拋據(jù)建盜設喪綜合怨監(jiān)測作應用肢平臺蚊的需偵要，膏主要硬針對擊關鍵胳技術輪：底燒層數(shù)腔據(jù)采渡集、跟數(shù)據(jù)衣傳輸點等進剪行了樹重點卸分析概。凳本文暮主要康內(nèi)容巧有：冬本文游首先芬介紹摔了課場題的變研究云背景鉛和意威義以稼及煤福礦安腳全監(jiān)鉛測技葛術在潛國內(nèi)殲的發(fā)用展，餅講述伶了論同文研冊究的蒜目的近和意身義，適以及石文章悶的主忘要內(nèi)喬容和飛結(jié)構遼。浴然后部介紹鎖本系默統(tǒng)總腰體設兵計，焦這里銷主要傍介紹靠了肺基于忍虛擬甚儀器殲的煤體礦安刪全監(jiān)洋控系余統(tǒng)的趴優(yōu)勢皆以及計系統(tǒng)載設計質(zhì)的任睡務分滅析，腳從而罰給出湊了系敲統(tǒng)的擾原理戴框圖顫。提在介沸紹總當體設藏計之錘后本環(huán)文再更分別籠介紹絞了起系統(tǒng)道的模養(yǎng)塊懂設計豪過程覆和軟惜件設聲計過萬程便。余在?；貕K逼設計閥過程跌中主翁要介掘紹憂硬件場設計醒和選舍擇，的并燭分別炭列出味了采來集模撓塊、繁信號哈處理床模塊切、數(shù)洗據(jù)采爹集卡告模塊耽和顯乖示模小塊驕的設敗計。摸而在柱系統(tǒng)加軟件純設計禁介紹戰(zhàn)中，非提出千了攝系統(tǒng)在的軟戰(zhàn)件設任計方妻法和堤使用礦的仿堡真軟帆件如La剃bv炮ie診w謙,給進出了槍系統(tǒng)玩的軟昂件流鹿程信框暑圖，僑并饅對子冊程序登進行座了介新紹。規(guī)系統(tǒng)陰設計類完成緩之后弓再對籌系統(tǒng)渾進行汪調(diào)試孫及仿御真。套文章兔最后鄰對整朽篇文勿章的霉主要層設計汁工作注給以士簡要婆總結(jié)期，然紙后分灣析煤嶄炭行哪業(yè)的束業(yè)務語發(fā)展成和安其全監(jiān)沉測技宿術的商發(fā)展手趨勢削，碎并汁指出儉需要戀進一演步研靈究和破完善繳的問煩題。如2崗系統(tǒng)戴的總拖體設革計勇2.筑1系沈統(tǒng)的甚方案并論證贈與選搭擇么國內(nèi)葬煤礦膀都安黎裝有泡煤礦姜安全繳監(jiān)控酷系統(tǒng)羞，下捎面我歐們分澤別就屯傳統(tǒng)隱的煤駕礦安內(nèi)全監(jiān)恥控系撞統(tǒng)和遙基于估虛擬誤儀器賀的煤歲礦安慚全監(jiān)模控系收統(tǒng)分階別加嗽以介刃紹和盤比較完。摔方案違一：講傳統(tǒng)滑煤礦滋安全撫監(jiān)控拐系統(tǒng)非國有善煤礦閉一般貍都安勉裝有堵安全題監(jiān)控攔系統(tǒng)察、工屯業(yè)電銹視系令統(tǒng)和湖其他來一些奶小型蛙系統(tǒng)邪，例紗如水驗文資祝料監(jiān)輪測、詳瓦斯歐傳感槐器管目理系蒼統(tǒng)等贈。隨永著生奴產(chǎn)的圣發(fā)展艙，可毯能會幻產(chǎn)生頂越來天越多燥的子擱系統(tǒng)乒。但仰所有兵這些嚇系統(tǒng)寇絕大葛多數(shù)次都存烈在信仰息孤蒜島問彎題，裝是相股對獨奴立的方系統(tǒng)乏。這花些系冠統(tǒng)都例有自街己獨瞎立的確數(shù)據(jù)弱存儲漫方式務，調(diào)舊研后偶認為技這些鄭系統(tǒng)每有的萌數(shù)據(jù)謊冗余演度較湯大。別傳統(tǒng)帖的煤彩礦安摟全監(jiān)解控系賞統(tǒng)如后圖傍1雷所溪示。瓦斯傳感器瓦斯傳感器溫度傳感器XX傳感器濕度傳感器瓦斯監(jiān)控分站溫度監(jiān)控分站濕度監(jiān)控分站壓力監(jiān)控分站數(shù)據(jù)傳輸接口地面中心站壓力傳感器XX監(jiān)控分站……由圖胸1舉傳第統(tǒng)的飯煤礦嚼安全姓監(jiān)控勵系統(tǒng)偽原理護框圖蛾方案醒二：女基于塌虛擬蓮儀器緊的煤炊礦安明全監(jiān)溫控系獵統(tǒng)燒基于治虛擬盈儀器管的煤腐礦安犬全監(jiān)辭控系椅統(tǒng)，驚是在熱計算蛙機基緞礎上鳳通過綿增加息相關村硬件封和軟紙件構還建而按成，哈具有背可視績化界旋面的堆儀器箭，它至可使瓶任何訴一個錯用戶尤方便迫靈活牢的用故鼠標濕或按水鍵在擔計算今機顯約示屏湯幕上飽操作盾虛擬班儀器是軟面滑板的書各種訪“跑旋鈕概”辱進行廟測試賺工作踏；并汪可以只根據(jù)哈不同某的測跨試要融求，軌通過壩窗口凍切換汽不同抹的虛氏擬儀槳器，嘉或通曠過修絡改軟鑰件來禽改變滑、增束減虛導擬儀麻器系蠶統(tǒng)的槽功能遠與規(guī)秩模。浪虛擬主儀器國系統(tǒng)嗽利用桐各種收儀器舊驅(qū)動夕程序買和實聾用軟夜件包養(yǎng)，實師現(xiàn)對錯各種城儀器采的編耳程控本制，亭完成域數(shù)據(jù)挪的采袋集、評傳輸竹和分逼析處各理。烈該系工統(tǒng)如潛圖卸2椅示。瓦斯傳感器瓦斯傳感器溫度傳感器XX傳感器濕度傳感器數(shù)據(jù)采集卡計算機虛擬儀器壓力傳感器…崇圖句2往基杠于虛悟擬儀均器的良煤礦彎安全意監(jiān)控蓮系統(tǒng)警原理胳框圖痰該增系統(tǒng)撕的特王點在犯于：術(1治)另性能鉗高團虛擬掀儀器界技術懷是在怎PC會技術床的基嶺礎上暮發(fā)展躬起來觀的，扁完全查“蔥繼承肺”挺了以工現(xiàn)成晝即用芬的挨PC露技術省為主抽導的仁最新旦商業(yè)滴技術繩的優(yōu)海點，賴包括常功能覽超卓懲的處漢理器爐和文演件蠅I定／悔0故，工填程師儲在數(shù)頃據(jù)高充速倒逮入磁歷盤的奴同時續(xù)就能饒實時權的進茶行復恐雜的挺分析卷。醒(2真)熟擴展千性強瓶由于秤虛擬鞭儀器勢軟件席的靈絕活性裂，用按戶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