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1煤礦監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)建立的初步構(gòu)想

傳感器網(wǎng)絡(luò)包括大量的節(jié)點(diǎn)，再加上無線傳感器節(jié)點(diǎn)CPU和能量有限，這所導(dǎo)致的直接后果就是較高的通信并行度，如果簡單地使用傳統(tǒng)通信協(xié)議，很難滿足需要，因此TinyOS將主動(dòng)消息通信協(xié)議技術(shù)納入到通信層當(dāng)中。所謂主動(dòng)消息通信，就是依托于事件驅(qū)動(dòng)的一種通信并發(fā)性能優(yōu)越的通信方式。基于事件驅(qū)動(dòng)的操作系統(tǒng)所具有的突出優(yōu)勢在于不同的執(zhí)行邏輯可以共享單個(gè)執(zhí)行上下文。TinyOS系統(tǒng)由于采用了事件驅(qū)動(dòng)深度嵌入式操作系統(tǒng)，因此，對于從通信層所傳輸來的基于主動(dòng)消息協(xié)議的通信事件，TinyOS系統(tǒng)可以十分迅速地做出響應(yīng)，這樣CPU的利用率就大大提高。為了滿足煤礦企業(yè)的需求，結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，可以總結(jié)出煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)建中需要注意的幾個(gè)方面：①系統(tǒng)的安全性，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)開放性的系統(tǒng)，因此煤礦的生產(chǎn)同時(shí)也面臨著很多安全性的問題；②自有選擇的工具和平臺，煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中將會涉及到很多的平臺和工具，企業(yè)需要自有的選擇和使用工具和平臺，對工具和平臺進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到最佳的效果；③與已有的系統(tǒng)集成，現(xiàn)今已有的大多數(shù)的煤礦企業(yè)都有自己的計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)，因此新的系統(tǒng)必須與現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行集成。

1.2煤礦監(jiān)控管理系統(tǒng)

煤礦生產(chǎn)中的計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件環(huán)境主要有web瀏覽器、工作站、監(jiān)控系統(tǒng)、服務(wù)器和信息網(wǎng)絡(luò)等。該智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要分為工作站和服務(wù)器兩個(gè)部分。工作站的主要任務(wù)是采用界面的形式來完成系統(tǒng)的交互過程，其交互過程主要包括監(jiān)控主機(jī)數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器、圖形錄入、報(bào)表數(shù)據(jù)的輸出和輸入、計(jì)算結(jié)果的顯示。而服務(wù)器的主要任務(wù)是對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)計(jì)算和數(shù)據(jù)的管理，同時(shí)要采用統(tǒng)一的門戶方式向工作站一方表現(xiàn)出服務(wù)器的功能。

1.3系統(tǒng)主要功能分析

（1）網(wǎng)絡(luò)化信息共享。此系統(tǒng)能夠在公司不斷的生產(chǎn)發(fā)展情況下不斷地修改、完善，此系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫格式和圖形還能夠與office等辦公軟件、CAD等繪圖軟件進(jìn)行調(diào)用和相互轉(zhuǎn)換。（2）煤礦安全監(jiān)測控制參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)在與上傳的通風(fēng)系統(tǒng)圖相互結(jié)合之后，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和反應(yīng)礦井井下通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、井下測風(fēng)站的風(fēng)量、礦井巷道的溫度和風(fēng)速、井下一氧化碳、二氧化碳、瓦斯等有害氣體的狀況。（3）系統(tǒng)管理員對用戶的管理功能。此功能模塊主要完成的是對不同級別用戶采用不同身份登錄系統(tǒng)時(shí)的操作工作，以及完成用戶更改密碼、添加和刪除用戶等工作。（4）文件數(shù)據(jù)上傳功能。此功能的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)上傳與系統(tǒng)圖相關(guān)的巷道數(shù)據(jù)信息和各個(gè)礦井的通風(fēng)。

1.4煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)

煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)是一種能夠通過智能手機(jī)和網(wǎng)上報(bào)警對煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行全時(shí)段、全程監(jiān)管的基于web的全礦區(qū)分布式的安全信息監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及,不僅有利于加強(qiáng)煤礦安全監(jiān)管的力度,還能夠提高煤礦安全信息化水平。在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和視頻服務(wù)器等視頻設(shè)備，可以建立一套網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，還可以與現(xiàn)有的安全監(jiān)測系統(tǒng)形成一個(gè)很好的集成?，F(xiàn)今一些煤礦企業(yè)中較為成熟的安全監(jiān)測系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)解決方案主要是以現(xiàn)有的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過改造和發(fā)展形成一個(gè)集主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測、頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測、電網(wǎng)監(jiān)測、火災(zāi)監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用、信息管理、生產(chǎn)監(jiān)控和環(huán)境安全等多個(gè)次級系統(tǒng)為一體的煤礦企業(yè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

2煤礦監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1通信方式的設(shè)計(jì)

煤礦生產(chǎn)中的計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一對多的通信方式，往往是1臺上位機(jī)控制井下多臺帶式傳送機(jī)的運(yùn)行情況。為了保證多臺下位機(jī)與上位機(jī)的通信安全可靠、有序順暢，為防止通信沖突，需要設(shè)計(jì)出一種良好的通信方式。這個(gè)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中主要采用的是兩級通信方式，上位機(jī)是連接到現(xiàn)場控制中心，而不是直接連接到下位機(jī)。每個(gè)上位機(jī)一般最多可以連接到4個(gè)現(xiàn)場控制中心，而每個(gè)現(xiàn)場控制中心最多可以連接到8個(gè)下位智能終端，因此煤礦傳送智能監(jiān)控系統(tǒng)最多可以監(jiān)控32臺輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。上位機(jī)主要與現(xiàn)場控制中心進(jìn)行直接通信，而現(xiàn)場控制中心主要負(fù)責(zé)與多個(gè)下位機(jī)進(jìn)行通信。上位機(jī)所發(fā)送的指令都會發(fā)送到現(xiàn)場控制中心，再由現(xiàn)場控制中心上傳到上位機(jī)。以上的兩極通信方式能夠使得煤礦監(jiān)控智能系統(tǒng)的上下通信穩(wěn)定，現(xiàn)場控制中心緩沖協(xié)調(diào)。

2.2下位機(jī)的硬件構(gòu)成

煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的下位機(jī)系統(tǒng)的主要任務(wù)是采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其硬件的主要構(gòu)成有通訊電路、報(bào)警輸出電路、語音電路、人機(jī)對話界面、數(shù)字處理電路、放大電路、電源電路、傳感器連接件、傳感器和工業(yè)級單片微機(jī)等等。煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都是由傳感器獲得，例如張力傳感器在輸送帶中將傳送帶張力值轉(zhuǎn)換為電信號，放大電路再將電信號進(jìn)行放大，當(dāng)張力值超限時(shí)給出相應(yīng)的觸點(diǎn)信號及報(bào)警信號,其觸點(diǎn)信號還可以作為開關(guān)拖動(dòng)電機(jī)信號使用,同時(shí)還可以作為拉緊絞車電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制的使用,從而達(dá)到張力自動(dòng)控制的目的。

2.3工作現(xiàn)場與上位機(jī)監(jiān)控動(dòng)畫的一致性

為了達(dá)到工作現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)與監(jiān)控界面顯示的畫面一致，此計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)必須要具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，在系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)過程中需要利用一個(gè)爾維數(shù)組作為聯(lián)系監(jiān)控界面畫面和聯(lián)系現(xiàn)場設(shè)備的橋梁。煤礦下位機(jī)將現(xiàn)場中采集的信號上傳到上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行分析和整理，并將數(shù)據(jù)寫入二維數(shù)組，同時(shí)程序能夠?qū)⒍粩?shù)組中的數(shù)據(jù)讀出，根據(jù)數(shù)據(jù)的定義來控制界面的顯示。由上述的程序設(shè)計(jì)方式可知，現(xiàn)場數(shù)據(jù)中二維數(shù)組的讀取和寫入是兩個(gè)相互獨(dú)立的過程，互相不存在影響，這樣一來就保證了上位機(jī)監(jiān)控能夠?qū)崟r(shí)地顯示現(xiàn)場的工作情況。

3結(jié)語

總之，煤礦企業(yè)的監(jiān)控管理系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)的集中共享，不僅能夠使得作業(yè)過程中采集的數(shù)據(jù)得到有效的利用，還能夠使得企業(yè)生產(chǎn)的效率得到有效的提高。同時(shí)，以煤礦企業(yè)監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享作為基礎(chǔ)，建立各種不同的煤礦生產(chǎn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，可以為煤礦工作人員提供可靠的科學(xué)依據(jù)，引導(dǎo)煤礦企業(yè)的發(fā)展方向。

作者:石井單位：山東省經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院