智慧矿山安全生产监控系统设计
2（东平金牛矿业有限公司）
摘要：为了提高矿山安全生产监控系统的可靠性和有效性，设计了基于CAN总线的安全监控系统，详细制定了监控系统的结构组成、硬件结构和软件结构。矿山安全生产监控系统主要监控井下环境参数和机电设备的运行状况(启停、局部风机转速、水泵、主风机等)并实时发出警报，甚至在检测到异常问题时切断电源，从而确保地下生产的安全。一个旨在监控地下环境中有害气体部件和电子设备运行情况的监控系统具有自动报警功能。如果监控结果出现异常，地下智能节点和地面监控中心会自动发出警报，从而在一定程度上提高了矿山的安全和安保。
关键词：安全监控；CAN总线；智能节点；安全预警
前言
生产安全管理系统是建设智慧矿山的重要组成部分，目的是进一步提高矿山建设安全管理的信息化水平。国外智慧矿山建设起步较早，形成了一套先进的智慧矿山建设体系和行业标准。国内煤炭生产企业经历了机械化→自动化→数字发展阶段。目前，一些企业已经率先建设信息，建设生产指挥中心，可以补充地下系统的监控和运行。本文件分析和研究了智慧矿山建设中的综合生产监控和联络控制系统，以便为建设智慧矿山综合信息自动化系统提供参考。
一、安全监控系统结构框架
为满足矿址的需要而设计的安全生产监控系统的结构见图1。该系统结构包括地面安全监控系统、通信媒体、地下现场智能节点、CAN接口卡等。地面安全监控系统的结构包括一个监控中心监控系统和一个地面远程监控系统。井下智能节点是安全监控系统的重要组成部分，主要用于监控数据的采集、处理和传输。主要结构是CAN控制器和单片机。通信介质为扭矩电缆，传输距离为10公里。地面智能节点接收来自不同安全传感器(灰尘、气体、温度等)的监控数据。在处理后在本地显示监视数据，并在超过指定阈值时发出警报。同时，监控数据通过智能节点的收发电路通过CAN总线传输到地面监控室内的监控计算机。监控PC处理和分析监控数据，并通过CAN总线传输到监控中心，进行矿山安全监控和监控数据共享。
二、生产综合监控系统的建设准则
1.设备的访问层。根据豪辛格矿山底层系统和信息系统的建设情况，设计并连接了19个子系统。系统硬体透过乙太网路通讯介面连接至所有子系统，软体则透过标准通讯协定连接，以保护程序控制的基本资料。
2.流程控制层。根据各子系统的技术流程，进行远程开机关机，分类异常数据报警，实现相关系统之间的链接和链接。
3.信息层。建立综合信息显示平台，采用面向对象的技术，综合分析各种数据信息(安全、生产、成本、监控数据等)生成报表和图表，为业务决策者有效实施管理和规划提供可靠的基础。
合成生产监控系统平台采用面向属性的对象技术，结合工程信息的配置、操作和管理，将所有受控对象及其相关信息集成到平台上的生产系统中，通过属性链接、个性化工作界面、安全控制确保信息的准确性为了及时做出正确的判断；与第三方应用程序兼容：它使用结合了C/S(客户端/服务器)和B/S(浏览器/服务器)的分布式体系结构。工程站采用C/S体系结构设计，便于进行点到点远程控制。信息层使用B/S体系结构来帮助在管理和决策层导航相关的系统信息。快速备份和恢复：支持导入/导出应用程序数据和非结构化应用程序数据；建立系统数据库，使用关系数据库创建实时数据库和历史数据库共享数据库资源。该平台采用模块化设计，可连接多个操作接口并支持多个标准协议接口。
三、安全监控系统硬件结构
1.监控数据采集系统设计
数据采集和显示由智能节点完成，由外围模拟电路、数字数据采集电路、ATC15单片机等组成。ATC15单片机收集现场不同传感器的模拟信号和开关信号，处理后的监控数据通过两个通道传输到智能节点液晶屏和开井数据收发机(CAN总线传输)。在紧急情况下，例如气体浓度过高、发动机温度异常等对话框，您可以通过控制输出来切断设备的电源。
2.安全监控传感器类型
(1)甲烷传感器。设备类型为JWC-1，可实时监控回道、合成工作面和井下开挖工作面的气体浓度。具体监控参数:气体浓度测量在0 %至4 %之间；输出信号响应时间1 ~ 5mA ≤30秒。
(2)局部通风管气流开关传感器。设备类型为GFD6，能够在不通电的情况下监控局部通风机风道内的空气量。主要监控参数:接触电阻≤1ω；信号传输距离≥2公里；输出信号类型为被动开关。
(3)一氧化碳传感器。选定的传感器类型为KGA3，用于实时监控采煤工作表面和巷道中的co浓度。主要监控参数如下:测量范围为0 ~ 1000×10-6；响应时间≤35s；输出频率为200至1000 Hz。
(4)温度传感器。您选择的传感器类型是KGW5，它可以实时监控井底温度。主要监控参数:测量范围为0 ~ 100℃；输出电流1~5mA。
(5)负压传感器。使用KGY4型传感器安装在气闸和行车道上的气井封闭端口上，持续监控负压通风情况。主要监控参数:测量比例0 ~ 5kPa 1~5Ma的输出信号。
(6)烟雾传感器。烟雾传感器类型为GQQ0.1，布置在井下，用于监控电源线发热、机械摩擦和煤层自燃引起的烟雾。主要监控参数:输出信号的开闭量为0/5ma；响应时间< 60秒。
(7)机电设备启停传感器。传感器类型采用GKT18监控电流大于5A的各种交流驱动电机的运行情况。主要监控参数:输出信号:孔径0/5ma；设备电流≥5A。
(8)水位传感器。所选水位传感器类型为KGU9，用于实时监控水库水位深度。主
要监控参数为:水位深度为0-10米，输出信号分辨率为0.01米。地下安装的所有传感器和电源本身都是安全的。采矿作业表面和其他道路以及地下室内安装的传感器的位置和类型必须符合《矿山安全条例》的有关规定。
3.CAN总线收发器设计
智能节点作为CAN-can总线收发器接口电路连接到上层位置和其他can总线节点。接收和发送电路由sja 2000(can通信控制器)、ATC51(微控制器)、PCA82C250(总线驱动器)、6N137(光耦合)等组成。ATC51单片机是接收和发射核心，负责初始化、接收数据并将数据发送到SJA1000。PCA82C250总线是CAN总线与SJA1000之间的通信接口，主要起到发射、差分发射和接收的驱动作用。
4.CAN接口卡
CAN总线与监控PC之间的连接采用CAN接口卡，其中PC用于监控和规划整个监控系统，向每个节点发送控制指令，以及接收节点信息。CAN介面卡透过将CAN汇流排上的资讯转换为USB通讯协定支援的资讯，支援电脑内建的应用程式。
四、智能节点软件设计
1.节点初始化程序
智能节点通信主要依赖SJA1000通信控制器。SJA1000通信控制器必须初始化，以确保节点发送和接收准确的数据。SJA1000提供两种重置和操作模式。节点以重置模式进行初始化，主要是为了恢复SJA1000操作模式和过滤器设置。初始化完成后，智能节点将进
入运行模式。
2.发送和接收程序
在运行模式下，智能节点发送和接收消息。消息从rim智能节点发送到CAN总线，并通过CAN控制器传输到监控计算机。MCU首先将信息发送到SJA1000并开始发送订单。整个发送过程由SJA1000自动执行。接收方通过SJA1000自动将CAN总线信息传输到CAN缓冲区。
结束语
总之，建设智慧矿山是未来煤炭生产企业实现高效、绿色和安全生产的可持续发展目标和提高企业经济效率和竞争力的关键手段。安全监控系统对于提高矿山安全生产十分重要。但是，由于建造智慧矿山的复杂性和信息技术的迅速发展，建造智慧矿山将是一项长期发展目标。因此，必须应用行之有效的信息、自动化和智能技术，提高控制能力，优化生产过程，改进自动系统，促进发展。
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