采煤机无线监测系统的设计
基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统设计与实现
基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统设计与实现随着近年来煤矿事故频发，煤矿安全问题愈加受到人们的关注。
为了保证煤矿工人的生命安全，煤矿安全监测系统应运而生。
其中，基于无线传感器网络技术的煤矿安全监测系统因其便捷、高效且易于部署而备受瞩目。
本文将介绍基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统的设计与实现。
一、系统结构基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统主要由以下几个模块组成：节点采集模块、无线传输模块、数据处理模块、数据存储模块和监控终端模块。
节点采集模块是系统的重要组成部分，主要负责采集各种环境参数，如温度、湿度、瓦斯等，通过传感器对这些参数进行检测，将数据发送至无线传输模块。
无线传输模块是将各节点采集到的信息通过无线方式传输给数据处理模块。
无线传输模块需要建设通信机制，确定传输协议、传输频率、信道复用、信号强度等，以确保数据的准确、稳定和高效传输。
数据处理模块主要完成数据过滤、数据分析、数据转发等工作。
数据处理模块可对采集到的数据进行各种操作，如过滤掉异常值、求取数据平均值等。
通过数据处理模块对数据进行预处理，可以大大提高数据处理的效率和准确性。
数据存储模块用于存储传感器采集到的数据，为数据的分析和挖掘提供数据源。
通过数据存储模块，可对历史数据进行分析，从而了解煤矿的生产情况和安全状况。
监控终端模块是控制中心或终端用户所使用的设备，用于接收数据，进行更深入分析和展示。
通过监控终端模块，用户可以实时监控煤矿环境和设备状态，并根据需要进行报警和处理。
二、系统实现基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统的实现主要包括以下几个方面：系统部署、节点选择、数据传输和数据处理。
系统部署方面，需要在煤矿现场选择合适的节点布置，并以煤矿现场的实际情况为基础对系统进行规划。
在节点的部署上，需要考虑不同环境条件下的节点数量和布置方式，以提高数据采集和传输效率。
节点的选择方面，需要对不同类型的传感器进行测试和比较，以确定采集数据的准确性和稳定性，同时也需要考虑节点的价格和供应情况等因素。
煤矿温度和瓦斯浓度无线监测系统的设计.
煤矿温度和瓦斯浓度无线监测系统的设计O 引言煤炭作为一种重要的能源，在工业生产等许多方面发挥着举足轻重的作用，关系着国民经济的命脉。
煤炭开采中的安全问题一直是受到极大重视的。
如果一旦出现安全问题，不仅会造成巨大的经济损失，而且直接威胁到煤炭工人的生命安全。
近年来，我国煤炭开采的安全问题形势不容乐观，各地矿难时有发生，特别是一些小煤矿更存在着严重的安全隐患。
所以，采取现代安全监测措施势在必行。
随着科学技术的不断进步，煤炭开采中安全监测的现代化步伐也在不断前进。
煤矿安全监测的参数有很多，其中瓦斯浓度是个很重要的参数．如果浓度过大，容易造成爆炸危险，后果不堪设想，同样温度也是一个很重要的参数。
很多系统采用有线传输的方式，但存在着布线困难，价格昂贵的缺点。
基于以上，本文设计了一种煤矿温度和瓦斯浓度无线监测系统。
1 系统组成及工作原理整个系统由主控室PC机、上位机、下位机组成，通信采用无线通信方式，系统整体框图如图1所示。
整个系统包括240个下位机、一个上位机和一台PC机。
本系统采用无线通信方式，上位机发同步信号，下位机依次在各自时隙向上位机发送数据，每隔15分钟发送一次。
瓦斯传感器将瓦斯浓度转化为电信号，输出的电压幅值和浓度成正比，温度传感器使用数字温度传感器。
下位机由单片机和无线收发模块组成，用于现场监测，对采集到的数据进行打包，并通过无线收发模块将数据传给上位机。
上位机也是由单片机和无线收发模块组成，主要作用是负责整个系统的同步和接收下位机发送来的数据，并转发给PC机。
本系统采用TI公司生产的MSP430F135单片机，它具有以下特点：功耗低，工作电流是微安级；速度快，最快指令周期达到125 ns，外围部件丰富，拥有A／D转换器，比较器，两个16位定时器，6个8位并行端口等。
无线通信采用CHIPCON公司生产的CCl000无线收发芯片，它工作在300 MHz～1 000 MHz范围内的ISM频段，通常应用于低功耗无线通信。
基于无线传感器网络的煤矿安全综合监控系统设计与关键技术研究
基于无线传感器网络的煤矿安全综合监控系统设计与关键技术研究基于无线传感器网络的煤矿安全综合监控系统设计与关键技术研究随着煤矿安全问题的日益凸显，构建一种能够实时监测和预警煤矿安全状况的综合监控系统变得尤为重要。
无线传感器网络（WSN）作为一种信息采集和传输的重要技术手段，成为煤矿安全监控系统中的重要组成部分。
本文将探讨基于无线传感器网络的煤矿安全综合监控系统的设计与关键技术研究。
首先，我们需要确定煤矿安全监控系统的功能需求。
煤矿安全监控系统需要实现对矿井内各项参数的实时监测和预警，包括温度、气体浓度、湿度、矿井内部的风速、瓦斯浓度以及地质构造等。
系统需要能够实时获取这些信息，并通过预警系统及时发出警报。
另外，系统还需要能够对矿工的行为进行监测，以及对矿井内的设备和工具进行管理。
其次，我们需要设计一种合理的无线传感器网络拓扑结构。
在煤矿环境下，信号传输具有复杂的高强度射线干扰、传输距离短以及信号衰减等特点。
因此，选择合适的拓扑结构对于构建稳定可靠的无线传感器网络至关重要。
常用的拓扑结构包括星型、网状和树状结构等。
通过合理规划节点间的通信距离和传输带宽，可以更好地避免信号的干扰和丢失。
第三，我们需要确定合适的无线传感器节点的部署方案和参数设置。
在煤矿环境下，由于矿井特殊的地形、难以触及的地点以及复杂的矿井走向，需要合理地选择传感器节点的安装位置。
同时，需要根据实际情况对传感器节点的参数进行设置，包括传输功率、通信频率、传输速率等。
这些参数的合理设置可以提高传感器网络的传输质量和稳定性。
第四，我们需要开发一种高效可靠的数据传输协议。
由于煤矿环境中存在较多的信号干扰和随机噪声，传感器网络的数据传输往往会出现丢包或者错误情况。
因此，设计一种高效可靠的数据传输协议对于维持煤矿安全监控系统的正常运行非常重要。
协议需要具备自适应调整传输速率和自动重传机制等功能，以应对不同环境下的数据传输需求。
最后，我们需要开发一种智能化的数据分析和处理算法。
基于nRF401煤矿瓦斯无线监测系统的设计
第30卷第5期2009年 5月煤 矿 机 械CoalM ine MachineryVol .30No .5May .2009基于nRF401煤矿瓦斯无线监测系统的设计3马银花1,杨昆松2(11黑龙江科技学院,哈尔滨150027;21鸡西市供电局,黑龙江鸡西158100) 摘 要:针对我国煤矿安全生产情况,提出了利用射频芯片nRF401来构建无线传感器网络,实现煤矿瓦斯的无线监测,给出了节点的硬件设计方案和软件流程图。
与有线监测系统相比,无线监测系统省去了布线环节,使监测系统组网方便、快捷,成本低,具有较好的实用价值。
关键词:无线监测;nRF401;无线传感器网络中图分类号:TP39 文献标志码:A 文章编号:1003-0794(2009)05-0132-02D esi gn of M i n e Ga sW i reless M on itor i n g Syste m Ba sed on nRF401M A Y i n -hua 1,YANG Kun -song2(11Heil ongjiang I nstitute of Science and Technol ogy,Harbin 150027,China,21Supp ly Power Depart m ent of J ixi City,J ixi 158100,China )Abstract:Put f or ward a wireless sens or net w orks based on nRF401chi p.The net w ork can i m p le ment m ine gas wireless monit or .The design method of hard ware and s oft w are is p r ovided .Comparing with wire monit or syste m ,wireless monit or syste m om its linking lines,s o it is si m p le,quick and cheaper .The wireless monit oring syste m has large potential app licati on value .Key words:monit or;nRF401;wireless sens or net w orks3黑龙江科技学院青年基金项目(08-17)0 引言 近年来,由于无线通信技术快速发展,作为无量的计算、计算结果与整定值进行比较、判断是否有故障发生;故障处理子程序则是根据系统判断出的故障类型完成各种的保护动作。
试验研究煤矿监测系统无线传感器网络的设计
试验研究煤矿监测系统无线传感器网络的设计目前煤矿环境监控系统大多采纳有线和固定传感器组成的网络,由于工作面的不断推动,存在着监测盲区。
无线传感器网络采纳无线通信手段,可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如受到污染的区域、环境被破坏的区域或敌对区域),一些临时场合(如发生自然灾害时,固定通信网络被破坏)和一些工作地点常常变幻的区域(如矿井采煤附井)等。
因为无线传感器网络不必须要任何固定网络的支持,具有快速展开、抗毁性强等特点。
本文讨论一个合适在矿区运用的低功耗无线传感器网络的制定,主要传感器网络的网络结构、采纳的通信协议和传感器节点的制定。
1 网络结构无线传感器网络是由大量的小型传感器节点组成,采纳无线数据传输方式的,用来监视物理环境和相关现象并向观察者或者处理中心报告测量结果的网络。
无线传感器网络主要有两种结构:集中式控制结构和分布式结构。
集中式结构的一般节点比较简单,而中心节点设备复杂。
集中式结构的控制也简单,整个网络由主节点控制按照约定好的顺序进行运作,但节点的要求比较高。
而分布式结构中,依据节点数目的多少,又可分为平面结构和分层结构构建。
平面结构的网络比较简单,所有结点的地位平等,所以又可以称为对等式结构,其平面结构如图1-a所示。
它的缺点是可扩充性差,每一个结点都必须要知道到达其它所有结点的路由,维护这些动态变化的路由信息则必须要大量的控制消息。
在分层结构中,网络可划分为多个簇。
每个簇由一个簇头(黑点•)和多个簇成员(白点)组成。
这些簇头形成了高一级的网络。
在分层结构中,簇头结点负责簇间数据的转发,而簇成员只负责数据的采集。
这大大减少了网络中路由控制信息的数量,因此具有很好的可扩充性。
分层结构中网络具有自组织性,相对来说比较灵活,但是通信比较繁琐,控制麻烦。
制定对环境进行监测的无线传感器网络,节点之间的通信和传感数据本身并不是非常重要,而对数据进行分析,使终端用户可以获取被监视环境的相关事件并通过一定的算法对环境变化进行猜测才是最重要的。
某煤矿无线网络监控系统设计方案
某煤矿矿区无线网络视频监控系统解决方案二零一零年十月目录第一章网络视频监控系统简介 (3)第二章视频监控系统简介 (5)2.1 模拟图像监控 (5)2.2 多媒体视频监控 (6)2.3 基于IP视频服务器的远程视频监控 (6)第三章方案总体设计 (7)3.1 监控系统在煤矿矿区应用中的作用及功能 (9)3.1.1矿区监控功能指标 (9)3. 1.2矿区监控箱功能指标 (10)3. 1.3矿区监控系统安全性能 (11)3. 1.4矿区监控系统环境适应性 (12)3.1.5现场视频监控系统可靠性 (12)3 .2中控室系统功能 (12)3.2.1图像实时监控操作 (12)3.2.2历史数据的管理功能 (13)3.2.3图像异地监控操作 (13)3.3设计依据 (13)3.4设计指导思想 (14)3.5设备选型 (15)3.5.1 视频采集部分 (16)3.5.2 信号传输部分 (19)3.5.3 信号控制及数据存储部分（监控中心） (23)3.5.4网络视频监控平台软件 (27)3.6供电设计 (41)3.6.1 接地 (41)3.6.2 供电 (41)3.7组网方案 (42)第四章竣工验收及售后服务 (44)附录1：视频监控及无线网络系统清单 (47)第一章网络视频监控系统简介系统概述：随着国各行业信息化建设的需要，目前各地市公安、电力、金融、交通、水利、油田、煤矿等部门，已建立综合信息网络系统。
其中图像监控是这些部门信息化建设的重点需求之一。
如何利用已建立的综合信息网络系统，将无线监控业务融合在系统中，既可以减少因建立专用监控网络系统的投资，又可以满足各业务职能部门监控信息共享的需要。
煤炭是我国重要的能源资源，我国的煤炭工业长期停留在人工开采水平，生产效率低，安全隐患多，如瓦斯爆炸、地下渗水等事故经常发生。
随着计算机应用在各行各业的逐步普及，煤炭生产水平目前逐步实现了自动化，生产效率大大提高。
因为煤矿开采的特殊环境，容易发生事故，煤矿行业也被称为高危险的行业。
基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统设计
2020年6月15日网络移动办公•居家办公Mobile Office*Home Office总第425期基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统设计张玉凤(江苏建筑职业技术学院徐州221116)摘要：本文介绍了由无线传感器网络组成的煤矿顶板压力检测系统的构成、系统工作原理及其硬件系统的选型等，本系统利用 功耗和成本较低、方便组网和维护的Zigbee无线传感器网络，整个设计方案包括数据采集模块和Zigbee通讯模块。
通过中心计算 机系统对煤矿顶板压力的变化状况显示、数据储存及报警，为煤矿的安全生产提供技术支持。
试验运行证明，该系统的功能可以满 足煤矿系统的各项要求，性能稳定。
关键词：无线传感器；安全监测系统；Zigbee通讯模块中图分类号：T P212.9; T D76 文献标识码：B 文章编号：7425Design of Coal Mine Safety Monitoring SystemBased on Wireless Sensor NetworkZHANG Yufeng(Jiangsu Institute of Architectural Technology Xuzhou 221116)Abstract：This paper introduces the structure, working principle and selection of hardware system of coal mine roof pressure detection system composed of Wireless Sensor Network. The system adopts ZigBee Wireless Sensor Network with low power consumption, low cost, easy to build and maintain. The system includes data acquisition module and ZigBee communication module. Through the control center to the whole coal mine roof pressure change situation display, data storage and alarm, to provide technical support for coal mine safety production. The test operation shows that the function of the system can meet the requirements of the coal mine system, and the performance is stable.Keywords：Wireless sensor; Safety monitoring system ;—'弓I言在煤矿井下煤炭开采过程中，最可能的事故是冒顶。
基于ZigBee无线传感器的煤矿监测管理系统设计与实现
2020.101概述煤炭作为重要的能源物质,煤炭可用于煤炭、冶金还原剂、发电等,为国民经济发展提供了支撑。
我国煤炭资源分布多在地表层下,开采煤矿需要开设矿井。
由于煤矿地质条件、矿金装备等技术条件限制造成矿难频繁发生。
如何监测煤矿是当前急需解决的技术难题。
目前煤矿监测系统研究主要有顾建疆针对矿井瓦斯监测传感器布线制约、调校周期短等因素造成信号丢失率高问题,设计了一种无线传感器系统。
将系统应用到矿井中,应用结果表明所设计的系统降低了信号丢失率问题。
莫莉针对煤矿井下弯道多、倾斜度高等问题,使用ZigBee 无线传感器网络进行了煤矿监测管理系统设计,实现了甲烷、一氧化碳等数据传输,测试结果表明所设计的系统能够准确监测到井下甲烷、一氧化碳数据,误差在2.22%,满足工程要求。
目前研究多进行硬件设备升级研究,关于井下大数据监测研究较少,将在现有ZigBee 无线传感器的煤矿监测管理系统中增加大数据管理技术从而实现更精准数据分析。
2煤矿监测管理系统需求分析煤矿监测管理系统包含功能有:设备管理、定位管理、人员管理、监测数据管理、系统管理。
基于无线传感器煤矿监测管理系统中有大量的无线传感器,为了方便管理这些传感器,在系统中建立了设备管理模块,主要用于无线传感器设备信息添加、无线传感器设备信息修改、无线传感器设备信息查看、无线传感器设备信息删除;定位管理主要是煤矿定位信息进行管理,包括定位信息添加、定位信息查看、定位信息删除、定位信息修改;人员管理包括人员信息添加、人员信息修改、人员信息删除、人员信息查看;监测数据管理包含监测数据传输、监测数据查看、监测数据挖掘、监测数据备份;系统管理包含系统配置信息管理、系统数据备份管理、系统数据还原管理。
3煤矿监测管理系统设计与实现3.1硬件设计基于ZigBee 无线传感器的煤矿监测管理系统通信协议使用ZigBee 无线技术,非常适合矿井数据监测。
所设计的无线ZigBee 无线监测管理系统如图1所示。
煤矿无线视频监控系统设计方案
煤矿无线视频监控系统设计方案随着经济的发展煤炭是国家的基础工业，尤其现在能源紧张的形式下，煤炭行业更是得到了人们的关注。
同时由于煤矿井下环境复杂，也给生产带来了巨大的困难，事故频频发生，给工人造成了身体的伤害;同时也给煤炭行业造成了不好的影响。
于是，煤矿监控开始出现并逐渐得到普及和发展。
煤矿监控的产生据不完全统计，2007年中国煤炭产量占世界产量的38.8%，可事故伤亡人数却显得很高。
在这些事故中，瓦斯爆炸又占绝大多数。
这其中固然有很多因素，但各煤矿生产企业安全监测不完备、管理手段落后也是造成事故频发的重要原因之一。
在国内频繁发生的煤矿事故中，既有自然因素也有人为因素。
国内各有关方面为了提高产量、降低事故发生的概率，现代化的信息管理模式也就应运而生了，为了对井下情况有全面的了解，监控系统为煤矿监控提供了良好的技术保障。
目前，煤矿系统的监控分为井下监控系统和井上监控系统两大类。
煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣，所以容易发生事故。
利用远程视频监控系统，地面监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，而且能及时发现事故苗子，防患于未然，也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料。
基于TCP/IP协议的IP网的应用得到广泛普及，高速宽带主干网的建成和各地区高速接入系统的迅速发展，促进了基于IP技术的各种视频通信应用，如网络远程视频监控系统的发展。
所以在煤矿监控系统中引入现代网络远程视频监控系统将是一种趋势。
这也是本文要讲述的重点。
煤矿监控的特点煤矿监控系统是煤矿安全生产综合监控系统的重要组成部分。
煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣。
利用远程视频监控系统，地面监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，而且能及时发现事故苗子，防患于未然，也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料。
随着现代通信技术与测试测量技术的发展，数据传输时代已经到来。
基于无线传感网络的煤矿安全监测系统设计
1.在煤矿安全监测系统架构时遵从的原理
俩肛 管理
应用层
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一
网络层
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图1煤矿联网妥全监测系统
能够充分的利用传感网络所具备的良好容错线以及灵活的结构，具备更低功耗的一系列功能，从而使无线监测系统能够直接丝将井上CAN
总线以及井下无线通信相结合，直接的将釆集到的煤矿开采数据，传达到监控中心，之后通过使用PEC纠错算法，使得整个安全检测系统 在数据传输过程中具备了更高的可靠性.此外，又因为该安全检测系统具备有良好的抗毁能力，能够进一步餉保障煤矿开釆及生产过程中
and blind detection zones, we apply the tireless sensor network to it. It can make full use ofthe goodfault-tolerant lines andflexible structure of the sensor network, and has a series ofJunctions such as lowerpower consumption, Thus, the above-ground CAN bus and the underground tireless communication can be directly combined in the tireless monitoring system, and the collected coal mining data can be directly transmitted to the monitoring center. After that, through using the PEC error correction algorithm, the whole safety detection system has higher reliability in the data transmissionprocess. In addition, because the safety detection system has good anti-damage ability, it canjurther ensure thepersonalsafety ofthe staff in theprocess ofcoal mining andproduction.
连采工作面无线监测系统最新课件
在连采面的巷道上端安 装一个声光、扩音报警 器，通过声音和闪光报 警来提醒连采面的工作 人员停车或停机。
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KT105A-F2矿用本安型无线基站
1、概述
KT105A-F2矿用本安型无线基站是一款针 对多种服务的高性能无线基站。基站为矿用本安 型设备，产品执行标准为Q/LDJ 038-2009，防 护等级为IP54，防爆形式为矿用本质安全型, 可 以采用双绞线和网线传输数据。
体字标示“警告” 、“注意”的部分。在使用过程中，请正确理解该
设备的工作性能，严格按照操作规程进行。
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济南蓝动激光技术有限公司。济南蓝动激光技术有限公司保留对本说
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知用户。
2、警告和注意事项
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根据连采工作面的整体工作环境，概括为以下几点 需求：
能够监视连采面的生产情况及进出工作面的具 体人员，同时能存储所有视频图像便于对工作 面的管理。 在有人员需进入连采工作面的时候有声光报警。 在工作面上工作的所有人员能够以点对点或点 对多方式随时进行通话。
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煤矿连采工作面在工作期间，安全 要求非常高。由于生产设备的特点及不
作为一个连采工作面的独立子系统可与矿上综合 自动化联网，实现地面调度室的远程监控。对工 作面设备进行部分改造后，可实现远程遥控。
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2、系统配置及功能
皮带
在入一掘口台进处电巷放脑道置用在 备 线在上对在时连一覆采台盖安射禁连，在各来移面进移摄井两安接动装，止采报的行动像下个装收通一时面警当所及通掘一巷讯头实对间的。有有时讯进台道终时，v工的终误巷工红巷无口端数监作通端入道人外道线处的人话，据控入基摄信员。通口站像号都过处用头。配无、
基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统设计
基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统设计近年来，煤矿事故频发，给人们的生命财产安全带来了巨大威胁。
因此，如何有效地监测和预防煤矿安全事故成为一个重要的研究课题。
针对这一问题，基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统应运而生。
1. 引言随着科技的进步和物联网的快速发展，无线传感器网络成为了一种重要的技术手段，被广泛应用于各行各业，尤其在煤矿安全监测方面具有巨大潜力。
本文旨在设计基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统，通过对煤矿工作环境、矿井瓦斯、矿山裂隙等多个因素的监测，实现对煤矿安全状态的实时监测、预警和故障诊断，从而有效预防煤矿安全事故的发生。
2. 系统设计原理基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统主要由传感节点、网络通信模块、数据处理与存储模块、决策与控制模块组成。
传感节点负责感知煤矿环境参数，如瓦斯浓度、温度、湿度、煤尘浓度等，同时还能检测局部微震和裂隙变形情况。
网络通信模块负责传感节点之间的数据通信，采用无线传输方式，通过组网算法建立起可靠的传感器网络。
数据处理与存储模块负责接收和存储传感节点发送的数据，通过数据预处理算法进行数据清洗、滤波和校正，准确地反映煤矿环境状态。
决策与控制模块负责根据传感器节点所采集的数据进行安全状态分析，当检测到异常情况时，能够及时发出预警信号，同时还能通过遥控设备对煤矿进行远程控制，切断有害因素的源头。
3. 系统实施细节（1）传感器选择和布置：根据煤矿安全监测的需求，选择合适的传感器进行参数感知，如瓦斯传感器、温湿度传感器、微震传感器等。
同时，根据煤矿的特点和布局，合理安排传感节点的位置和数量，确保全面覆盖矿井不同区域。
（2）网络组建与通信：根据煤矿的实际情况，设计合适的组网算法，包括拓扑结构选择、节点选择和数据传输方式选择等。
通过无线通信技术，实现传感器节点之间的数据传输，并确保数据的可靠性和实时性。
（3）数据处理与存储：设计合理的数据采集频率和传输间隔，通过数据预处理算法对传感器数据进行清洗、滤波和校正处理，消除噪声和误差，提高数据的准确性。
基于无线传感器网络的煤矿安全监管系统设计
基于无线传感器网络的煤矿安全监管系统设计无线传感器网络技术的快速发展为煤矿安全监管系统的设计提供了新的可能。
传统的煤矿安全监管系统主要依赖于人工巡检和有线传感器设备，这种监管方式存在许多局限性和隐患。
基于无线传感器网络的煤矿安全监管系统利用无线传感器节点和数据传输技术，能够实现对煤矿环境参数的实时监测和数据采集。
本文将探讨基于无线传感器网络的煤矿安全监管系统的设计要点和关键技术。
首先，基于无线传感器网络的煤矿安全监管系统的设计需要考虑节点布局和网络拓扑。
节点布局是指如何合理地将无线传感器节点部署在煤矿各个区域，以实现全面的监测和覆盖。
在节点布局过程中，应该考虑到煤矿的地质条件、矿井的通风系统和瓦斯分布情况等因素，并结合煤矿的具体情况进行优化布置。
网络拓扑设计则是指如何构建一个高效可靠的无线传感器网络，使得数据能够稳定地传输到监控中心。
常见的网络拓扑结构有星型、树型、网状等，不同的拓扑结构适用于不同的煤矿情景，设计者需要根据具体情况进行选择。
其次，基于无线传感器网络的煤矿安全监管系统设计需要考虑节点能量管理和数据传输协议。
由于无线传感器节点的能量有限，节点能量管理成为系统设计的重要问题。
设计者需要考虑如何延长节点的续航时间，可以采取的策略包括节点休眠策略、能量划分策略等。
此外，为了保障数据的准确传输，设计者需要选择合适的数据传输协议。
常用的数据传输协议有LEACH、SMACP等，这些协议不仅能够保障数据的稳定传输，还可以节省节点能量，提高系统的可靠性。
再次，基于无线传感器网络的煤矿安全监管系统设计需要考虑数据处理与分析。
煤矿安全监管系统采集到的数据庞大而复杂，如何高效地处理和分析这些数据成为系统设计的难点。
设计者可以采用数据挖掘和机器学习等技术，对采集到的数据进行分类、预处理和分析，从而实现对煤矿安全状态的自动识别、预警和报告。
此外，为了提高系统的实时性，设计者还可以引入分布式数据处理和边缘计算等技术，将数据处理的部分任务分配给节点进行处理，减轻监控中心的负担，提高系统的响应速度。
基于dsp的采煤机无线监测网络设计
基于DSP的采煤机无线监测网络设计周信，季晓刚中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州（221116）E-mail:cumtzhouxin@摘要：本文根据采煤机工况在线监测和故障诊断的要求，设计了一种基于DSP的采煤机无线监测网络系统。
该系统采用分布式无线传感器网络和DSP技术，能够更好地完成数据采集和数据处理任务，获得更加准确的实时工况信号。
及时获取真实的现场工况对维护采煤机械的长期稳定工作具有重要的意义。
关键词：采煤机监；DSP；无线传感器网络；分布式中图分类号：TD761. 引言随着现代科学技术的迅速发展，越来越多的国家将电力电子技术、计算机通信技术、微电子技术等应用于采煤机的制造及其运行过程的检测监控中，显著提高了采煤机的安全性、可靠性和自动化水平[1]。
和国外相比，我国生产的电牵引采煤机的工况监测范围不全面，检测参数比较少，故障诊断功能非常有限。
而在集计算机通信和微电子技术于一体、能够实现自动监测和具有故障诊断功能的采煤机制造领域尚处于空白状态。
不断发展的测量技术、传感器技术和计算机技术为采煤机在线监测与故障诊断提供了可能。
微电子技术和集成电路制造技术的发展，特别是数字信号处理器（DSP）的发展，为采煤机分布式在线振动监测网络系统提供了新的解决思路和方法。
井下现场繁冗的布线和维护任务更是增加了生产成本和降低了生产效率。
无线传感器和传感器网络作为一项新兴的技术，其具有组建容易，设置和维护都比较简单的特点，与有线网络比较，具有很强的灵活性。
2 采煤机状态参数检测2.1 采煤机状态参数采煤机综合监测系统的监测参数[2]如表1所示：表1 检测参数表tab.1 Parameters of the detection参数类型类别单位温度倾角流量电流位置压力左右摇臂转动系统润滑温度左右截割电机定子绕组温度左右牵引转动系统润滑油温度左右牵引电机轴承温度系统液压油温度高压控制箱温湿度等左右摇臂倾角传感器采煤机机身倾斜度等冷却水进水流量左右截割电机电流互感器泵电机电流传感器等采煤机推进位置传感器冷却水进水压力摄氏度(°C)度数(°)升/分钟(L/min)安培(A)米(m)帕斯卡(Pa/Mpa)其他采煤机机身状态参数主要有：大电机电流、牵引速度、切割、破碎等各主要部件的温度、左右摇臂倾角、采煤机位置状态等，准确获取这些参数是采煤机实现自动控制的基本前提。
无线低功耗采煤机状态在线监测系统设计
目前煤矿井下 的综采 工作面已进入 了机械化 和信 息化 ． 作为综采 工作面 的重要 设备 ，采煤 机在 减轻 体力 劳动 的 同 时也 提高了煤矿生 产 的安全 性 和高效 性 。但 由于矿井 环境 恶 劣 ，采 煤 机 运 行 出现 故 障将 会 导 致 整 个 采 煤 工 作 的 中 断 ， 从而 引发 安全 问题 和 经济损 失 ¨１］。针 对 以上 问题 。设计 了 无线低功耗 采煤机 状态 监测 系统 ，能够对 采煤 机 工作 过程 中的三轴加 速度和 温度 进行监 测 ，进 而避 免采 煤机 发 生故 障 。系统 能够将 采煤机 工作 过程 中产 生 的振动 能量 转换 为 供系统使 用的 电能 ，并 且各模 块 都 以低功 耗来 实现 ，其 中 数据采集模块 选用 了低功耗 的
第 ５０卷 第 ８期
煤 炭 工 程
Ｃ０ＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ１．５０， Ｎｏ．８ பைடு நூலகம்
ｄｏｉ： １０．１ １７９９／ｃｅ２０１８０８００５
无 线 低 功 耗 采 煤 机 状 态 在 线 监 测 系统 设 计
原 景超 ，郭 涛 ，王思 宁
（中北大学 仪器科学 与动态测试教育部重点 实验 室 ，山西 太原 ０３００５１）
摘 要 ：为监 测采 煤机 在煤 矿 综采 工作 面的运 行 状 态 ，设计 了无线 低 功耗 采煤 机 监 测 系统 。 系统通 过微 能 源模块 将 采煤机 运行 过 程 中的振 动 能量 收 集 后 转 换 为 可供 系统使 用 的 电 能 ．并 通 过数 据 采 集模 块 将采 煤机 工作 时的加 速度 和 温度信 息进 行 采 集 ．最 终传 送 到 ＣＣ２５３０无 线发 射模 块进 行 无线发 送 。经测 试 ，在 ３．７Ｖ供 电下 ， 系统 的功 耗仅 为 ３．６ｍＡ，所测 温度 误 差 小于 ０．５￣Ｃ， 加速 度误 差 小 于 １％，从 而保证 了 系统 能够 有效 地监 测 采煤机 的状 态。
基于WIFI和SIM300的煤矿监测系统设计
８ ０ ２． １ １ ｇ标 准 都 使 用 ２． ４ ＧＨｚ频 段 ， ８ ０ ２．１ １ ｇ提 供 最 高 ５ ４Ｍｂ ｐ ｓ的 数 据 传 输 速 率 ， 而 ８ ０ ２． １ １ ｂ是 使 用 历 史 最 长 的 ＷＩ ＦＩ技 术 ， 信 号 覆 盖 范 围为 ８ ０ ～ｌ Ｏ Ｏｍ．目 前 常 用 的 展 频 技 术 主 要
的技 术 ， 它 基 于 Ｉ ＥＥＥ ８ ０ ２．１ １系 列 标 准 ， 该 标 准 包 括 Ｉ ＥＥＥ ８ ０ ２．１ １、 ８ ０ ２．１ １ ａ、 ８ ０ ２． １ １ ｂ和 ８ ０ ２． １ １ ｇ ． 其 中 ８ ０ ２．１ １ ａ 标 准 使 用 ５ＧＨｚ频 段 Ｊ ， 支 持 的 最 大 速 度 为 ５ ４ Ｍｂ ／ｓ ； ８ ０ ２．１ １ ｂ和
温 （湿 ） 度 传 感 器 等 ， 地 上 部 分 主要 有 Ｉ Ｔ Ｓ ４ ８ ５模 块 、 处 理 模 块 和 Ｓ Ｉ Ｍ３ ０ ０模 块 等 ．
２ ＷＩ Ｆ Ｉ 简 介
ＷＩ ＦＩ是 一 种 可 以 将 个 人 电 脑 、 手持设备 （ 如 Ｐ ＤＡ 、 手Ｊ Ｏ Ｅ ） 等 终 端 以无 线 方 式 互 相 连 接
［ 中图分类号 ］ Ｔ Ｄ ６ ５＋ ５ ［ 文献标 识码］ Ａ ［ 文章编 号］ １ ０ ０ ４— ７ ０ ７ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５— ０ ０ ９ ７— ０ ３
０ 引言
煤 炭 行 业 事故 频 发 ， 尤 其 是 在 情 况 复 杂 多 变 的井 下 ， 需要 实时监测 环境信息 ， 提 前 做 出预判采取必要 措施． 然而 以往通信 大 多采用 物理 连接 的方式 ， 现 在 的 大 中 型 煤 炭 企 业 也 相 继 引 入 了 光 纤 环 网通 信 …， 一旦 发 生断 路 ， 所 有 信 息 的 传 递 将 被 截 止 ．因 此 ， 保 障 矿
采煤机自供电监测系统的无线终端设计
采煤机自供电监测系统的无线终端设计发表时间：2018-08-21T14:33:45.657Z 来源：《电力设备》2018年第13期作者：石磊[导读] 摘要：采煤机在工作时很容易受到煤层和岩石层的冲击，产生部件损坏，从而致使机械出现故障，影响煤矿生产效率。
（平顶山天安煤业股份有限公司六矿河南平顶山 467000）摘要：采煤机在工作时很容易受到煤层和岩石层的冲击，产生部件损坏，从而致使机械出现故障，影响煤矿生产效率。
自供电监测系统的无线终端设计恰巧可以解决这一难题，弥补了传统的有线测量技术的不足。
关键词：采煤机械；自供电监测系统；无线终端设计引言在煤矿机械等旋转类设备运行过程中，极易受到矿石、岩石等坚硬物的巨大冲击，从而导致煤矿机械出现轴承、液压系统及机械系统的故障，其故障通常体现在异常的温度和振动状态变化，因此对采煤机械在工作时的温度和振动状态进行监测十分必要。
设计了一个可在采煤工作面对采煤机工作状态进行实时监测的自供电无线传感系统，以实现信息的实时传输、处理、显示、记录和控制。
1 采煤机监测系统自供电技术自供电系统就是将系统中传感器节点收集到的其他形式的能量通过一定的技术转化为其他的可以稳定供电的能量，其他形式的能量常常包含：风能、光能、热能和机械能。
收集到的能量是较为微弱的，无法为系统持续供能，因此需要对采集到的能量进行合理的管理，从而为系统提供稳定的能量。
在采煤机中，机械振动产生的能量可导致系统的不稳定，新能源技术可将这种振动能量转化可用于为无线端提供能量，有效避免了因系统不稳定导致的一系列问题。
2 终端硬件设计方案通过在第一节中对所要设计的采煤机械自供电无线监测系统的技术要求介绍，分析终端节点设备应该具有以下特点：（1）小型化：为便于终端节点在采煤机械工作的恶劣环境中大范围地部署和使用，所设计的终端体积应尽量小，这也有助于降低终端节点的成本和功耗；（2）低功耗：由于振动能量采集转化的电能相对较弱，难以满足终端长时间、高效率的工作，故在安装备用电池作为备用储能和供电设备时，还要尽可能的降低终端设备的功耗，以期达到真正的自供电效果；（3）高可靠性：由于是针对采煤机械在线状态进行的监测，若节点出现故障将会严重影响煤机工作进程，故整个监测系统中各个节点要能够长时间保持稳定工作，在设计时要注意各模块的可靠性，保证系统有良好的工作能力；（4）可扩展性：要预留数量足够的控制模块通用I/O接口与通信接口，以便于系统功能调试和日后各功能模块的改进。
采煤机变频器无线监控系统设计
采煤机变频器无线监控系统设计黎青【摘要】设计了一种基于STM32微控制器和CC1100芯片的ACS880变频器无线监控系统,系统通过无线方式,具有快速查看和修改采煤机变频器参数、功能测试、应急操作等功能.硬件电路以STM32微处理器为核心,通过RS-485接口电路与变频器间实现ModBus协议通信,读取与修改变频器参数,并配合CC1100无线收发芯片,通过433MHz频段的RF信号实现防爆腔体内外的数据通信.软件设计采用C 语言编写,模块化设计的方案.电控箱内采用主显示屏进行人机交互设计,可有效地解决遥控器操作时监控画面过小的问题.该系统已应用于采掘装备上,经煤矿井下工业性试验表明,该系统满足设计要求,取得了较好的效果.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】4页(P6-9)【关键词】采煤机;无线遥控;ACS880变频器;STM32微控制器;ModBus协议;CC1100芯片【作者】黎青【作者单位】天地科技股份有限公司上海分公司,上海201706【正文语种】中文【中图分类】TN9260 引言变频器作为电牵引采煤机电气控制系统中最主要设备之一，其可靠性直接影响到采煤机正常工作。
采煤机工作面的条件非常恶劣，变频器在使用过程中会出现很多问题，比如变频器过温、过流故障，直流母线欠压、过压故障，短路故障，通信故障等[1]。
当变频器出现故障时，煤机检修人员需要快速定位故障。
当检修人员对采煤机变频器进行功能测试或参数调整时，往往需要打开采煤机变频腔防爆面板来实现变频器参数的修改和功能的测试[2]，而这种情况对煤矿井下尤其是瓦斯矿井是不允许的。
为有效实现对采煤机变频器参数在线监控，文献[3]研制了一种基于MSP430F149的本质安全型变频器测控装置，该装置的优点是能可靠有效地实现采煤机变频器的操作控制、全部系统参数的实时监测和修改，但该装置的缺点是人机交互性不强，液晶显示仅能一次显示少量几行信息。
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从表3可看出,采用式(1)计算的煤层瓦斯压力为0.56~0.57M Pa,与采用双套管带压注浆技术联合M-Ò瓦斯压力测定仪封孔测压工艺所测的煤层瓦斯压力完全一致。
因此,采用双套管带压注浆技术联合M-Ò瓦斯压力测定仪封孔测压工艺所测的煤层瓦斯压力为煤层原始瓦斯压力,并且该工艺能够彻底排除钻孔围岩承压水等干扰因素。
5结论(1)通过应用双套管带压注浆技术联合M-Ò瓦斯压力测定仪封孔测压工艺,排除了顶底板承压水大、裂隙发育等客观因素对测压钻孔施工过程的干扰,可精确定位测压位置,快速准确测得煤层瓦斯压力。
(2)利用双套管带压注浆技术能够彻底封堵围岩含水裂隙,使得承压水难以进入测压孔,隔绝瓦斯气室与围岩裂隙的连通,这样可以消除因不能严密封闭钻孔周边的裂隙、易于漏气、测出的煤层瓦斯压力通常低于真实的煤层瓦斯压力的现象。
(3)该工艺具有稳定、可靠等优点,可以避免在松软围岩层测压时因钻孔垮塌等原因造成测压封孔设备埋入孔中无法回收的现象,降低了瓦斯突出危险性预测资金的投入。
参考文献:[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992.[2]煤炭科学研究总院重庆研究院.AQ1047)2007煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法[S].北京:煤炭工业出版社,2007.[3]王轶波,陈彦飞,王凯,等.煤层瓦斯压力测定钻孔新型封孔技术[J].煤炭科技,2003(2):17-19.[4]何书建,张仁贵,王凯.新型封孔技术在煤层瓦斯压力测定中的应用[J].煤炭科学技术,2003,31(10):33-35.[5]中华人民共和国煤炭工业部.防治煤与瓦斯突出细则[M].北京:煤炭工业出版社,1995.[6]唐本东.煤层瓦斯压力计算[J].煤炭工程师,1997(1):45-48.第9期2010年9月工矿自动化Industr y and M ine A utomationNo.9Sep.2010文章编号:1671-251X(2010)09-0009-04采煤机无线监测系统的设计谭超,周信,季晓刚(中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221116)摘要:为准确获取采煤机的运行状态参数,提出了一种采煤机无线监测系统的设计方案。
该系统在采煤机机身的指定部位安装具有特定功能的无线传感器节点,用于采集采煤机的工作信号,该信号由DSP处理后,通过无线M ESH网络传至无线网桥A P,再通过光纤传送到中心计算机,中心计算机上的分析软件对接收到的采煤机的工作信号进行分析,并根据预先设定的门限值进行报警或其它处理。
现场试验结果表明,该系统运行良好,无线MESH网络的信号强度能够满足采煤机无线监测系统的要求。
关键词:采煤机;无线M ESH网络;在线监测;故障诊断;WM N;DSP;CPLD中图分类号:TD632文献标识码:BDesign of Wireless M onitoring Syst em of ShearerTAN Chao,ZH OU Xin,JI Xiao-gang(Schoo l of M echatr onic Engineering o f CU M T.,Xuzhou221116,China)收稿日期:2010-06-24基金项目:国家高技术研究发展计划(863)重点资助项目(2008A A062202),教育部霍英东基金优选资助课题(114003)作者简介:谭超(1966-),男,四川重庆人,副教授,主要研究方向为装备自动化。
E-mail:tccadcum t@Abstract :In order to obtain parameters of running state of shearer accur ately,a design schem e of w ir eless m onito ring system of shearer w as proposed.T he w ir eless sensor no des w ith specific -function are installed o n appointed part of shearer fr am e,w hich are used to collect w or king sig nal of shearer.The signal is rea-l timely pro cessed by DSP and is transmitted to wireless bridge AP by w ir eless M ESH netwo rk,then it is transm itted to center com puter by fiber.The w orking signal of shearer is analyzed by softw are o f the center com puter w hich makes alarm ing or other processing according to set threshold.T he result of actual test show ed that the sy stem runs w ell and the sig nal intensity o f w ireless netw ork can meet w ith requirements o f w ir eless m onitor ing sy stem of shear er.Key words :shearer,w ireless MESH netw o rk,o n -line m onitor ing,fault diagnosis,WM N,DSP,CPLD 0 引言采煤机是综采工作面落煤和装煤的机械,它的运转正常与否决定着综采工作面的生产率。
对采煤机的运行状态及参数进行监测与诊断,是提高电牵引采煤机可靠性与安全性的重要手段[1]。
由于采煤机特殊的工作环境,一方面,传统传感器不能完全适应井下的工作条件,井下现场繁冗的布线以及线路的维护问题不但增加了生产成本,也使生产效率降低;另一方面,大量信息的实时快速处理需要高性能的处理器,如果处理器的性能不能满足要求,就会产生信息拥塞等问题,造成通信中断[2-4]。
无线M ESH 网络作为一项新兴技术,具有组建容易、设置和维护简单的特点,无线M ESH 网络简称WMN 。
在WM N 中,任何一个节点都可以同时作为AP 和路由器,每一个节点都具有发送和接收数据的功能,任意两个WM N 之间都可以建立连接,从信源到信宿之间有多条冗余的通信路径,有效避免了网络的单点故障和潜在的链路瓶颈[5]。
与传统的无线网络相比,WMN 具有增强的可靠性、更低的部署成本、更大的覆盖范围。
DSP 是专门用来进行高速数字信号处理的微处理器,与传统的CPU 和MCU 相比,DSP 采用了哈佛结构、流水技术、硬件乘法器等技术,提高了处理器的处理速度。
因此,笔者采用WM N 和DSP 设计了一种采煤机无线监测系统,该系统通过WMN 采集采煤机的工作信号,利用DSP 完成信号处理任务,将处理后的信号通过WM N 、网桥AP 、光纤等发送至监控中心。
1 采煤机状态参数检测1.1 采煤机状态参数采煤机无线监测系统监测的参数如表1所示[1],准确获取这些参数是采煤机实现自动控制的前提。
表1 采煤机无线监测系统监测的参数参数类别温度/e左右摇臂转动系统润滑温度左右截割电动机定子绕组温度左右牵引转动系统润滑油温度左右牵引电动机轴承温度系统液压油温度高压控制箱温度左右摇臂倾角传感器倾角/(b )采煤机机身倾斜度流量/(L #min -1)冷却水进水流量电流/A左右截割电动机电流互感器泵电动机电流传感器位置/m 采煤机推进位置传感器压力/M Pa冷却水进水压力1.2 系统结构采煤机无线监测系统采用分布式、模块化结构,如图1所示。
每个监测单元都是一个独立的数据采集传输节点,各单元与中心计算机的数据传输采用数字式传输方式。
中心计算机利用采集到的状态信息和参数值进行实时操作控制。
图1 采煤机无线监测系统结构应用于采煤机的传感器从采煤机的牵引功能、滚筒调高功能、截割破碎功能和辅助功能4个方面进行配置,实现对采煤机姿态控制、滚筒高度调节、牵引速度调节、主电动机运行保护和环境参数监控等方面信息的采集。
根据采煤机监测系统的监测要求,配置的开关#10#工矿自动化2010年9月量传感器分为开关状态检测信号、设备状态检测信号和运行保护信号;模拟量传感器分为电动机温度和湿度传感器、电动机电流传感器、机身及摇臂倾角传感器、油缸位移传感器、摇臂振动传感器、瓦斯传感器等。
1.3 系统工作原理在采煤机机身的指定部位安装特定功能的无线传感器节点,用于采集采煤机的工作信号,该信号通过信号调理电路处理后,由AD 转换电路转换为数字信号,再由DSP 对数字信号进行实时处理(集成化智能传感器节点中,实时信号处理单元集成在微片中),并按照规定的格式将处理后的数据存入输出数据缓存区。
数据处理的步骤由复杂可编程逻辑控制器(CPLD)完成。
输出数据缓存区中的数据经过无线收发模块传至无线网桥AP,再通过光纤传送到中心计算机,并按照规定格式保存在数据库中。
中心计算机上的分析软件对接收到的采煤机的工作信号进行分析并在电脑屏幕上实时显示数据值和分析曲线,根据预先设定的门限值进行报警或作其它处理。
采煤机工作信号传递流程如图2所示。
图2 采煤机工作信号传递流程2 采煤机无线监测网络2.1 网络结构采煤机无线监测系统的网络结构如图3所示。
图3 采煤机无线监测系统的网络结构图3中,传感器节点单元由传感器单元和无线传输单元2个部分组成[6]。
传感器单元负责采集采煤机工作时的实时信号。
无线传输单元需要集成并实现T CP/IP 的传输功能,物理结构部分主要由处理器、存储器、无线接口和电源组成,它支持低带宽和有限数据的传输,也可以支持需要高带宽的流视频、图像和音频。
WMN 和光纤之间通过无线网桥AP 进行连接。
2.2 无线传输协议常用的无线传输协议有Zig Bee 、WiFi 、Bluetooth 等,每一种协议都有其自身特殊的使命。
采煤机无线监测系统网络间的数据传送协议选用WiFi,相比于其它无线传输协议,WiFi 具有信号覆盖范围广、传输速度快等特性,能够满足现场的使用需求。
WiFi 主要由无线网卡和无线网桥AP 组成,无线网桥AP 作为传统的有线局域网络和无线局域网络之间的桥梁,能够很好地解决无线与无线、无线与有线传输之间的连接问题。
3 基于DSP 的实时信号处理单元信号实时变换和处理是采煤机无线监测网络的主要任务之一[7]。