井筒安全监测可视化系统的设计

井筒安全监测可视化系统的设计

近年来，全国金属和木炭地下矿山相继发生重大事故，给人民生命财产造成重大经济损失。矿山企业要加强对提升运输系统的维护保养,最重要的是加强日常安全检查,发现问题要及时处理。由于井筒竖直高度达几百米,难以通过人工进行逐步检查,安装监测可视系统大大降低了井筒安全监测的难度。监测可视系统便于工程技术人员和管理人员随时掌握井筒、罐道、罐绳等在生产期间的安全稳定状态及发展趋势,迅速诊断病态,及时采取处理措施,防止重大事故发生。1收视频信号监控采用无线监控可视探头(传输距离超过1000m)接收视频信号,将视频信号以无线电波形式传输给中继器,中继器将信号转给接收端,接收端将信号经过转换器转换后传给计算机,计算机处理并显示视频信号,实现可视监控的目的。2系统组成2.1红外探测器的效应输出无线红外可视探头是将入射的红外辐射信号转变成电波信号输出的器件。一般来说,红外辐射照射物体所引起的任何效应,只要效果可以测量而且足够灵敏,均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量,或者可用适当的方法转变成电量。一个红外探测器至少有一个对红外辐射产生敏感效应的物体,称为响应元。此外,还包括响应元的支架、密封外壳和透红外辐射的窗口。有时还包括致冷部件、光学部件和电子部件等。选用无线红外可视探头优点是不需要布线可以远程实时监控,使网络上的节点具有可移动性,能快速方便地解决有线方式不易实现的网络信道的联通问题。与传统的监测系统相比,无线传感器网络系统结构更灵活、可扩展性更强,这在井筒复杂的环境中显得尤为重要。有线信号受地形或局域限制,布线麻烦,特别是罐笼上下运动时,有线传输的缺点更显得突出。由于井筒中的特殊环境,要选用红外可视探头,在较黑暗的环境中也能清楚地看到罐道及罐绳的各个部分。2.2网络有损耗。网络传输的基本信息会在网络上传播中继器是局域网环境下用来延长网络距离的互联设备,操作在OSI的物理层。中继器对在线路上的信号具有放大的功能,主要是负责在2个节点的物理层上按位传递信息,完成信号的调整、复制和放大,以此来延长网络的长度和绕过障碍物。由于存在损耗,信号在传输过程中会衰减,衰减到一定程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误。中继器就是为了解决这一问题而设计的,它完成物理线路的连接,对衰减的信号进行放大,并保持与原数据相同。中继器扩大了通信距离,但是增加了一些存储转发时间。网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定,中继器只能在此规定范围内进行有效的工作,不能无限地延长网络,否则会引起网络故障。在此系统中只使用中继器进行了一次转发,在延长通信距离的同时,保证了信号的延时在规定的范围内。2.3模数转换器的a/d转换模数转换器即A/D转换器,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。由于数字信号本身不具有实际意义,仅仅表示一个相对大小,故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准,比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小,而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中,有些过程是合并进行的,如采样和保持,量化和编码在转换过程中是同时实现的。模数转换器原理图如图2所示。2.4rs232/rs485转换用主从通信方式,计算机为主站,通过RS485总线与转换器相连。由于计算机仅有标准的RS232接口,故采用RS232/RS485转换器进行总线接口转换。转换器不断循环输出数字信号,传入计算机,计算机通过软件显示并保存视频信号。2.5无线红外可视接头显示系统在竖井底部,罐笼侧面,绳轮上方分别安装无线红外可视探头,在竖井口安装中继器。无线红外可视探头感测画面并将信号以无线形式传给中继器,中继器调理并放大信号传给接收器,接收器接收信号输入模数转换器,模数转换器接收模拟信号,把模拟信号转换为数字信号通过RS232/RS485线缆传输给计算机,计算机处理并显示视频信号。2.6无线中继器系统主要设备组成:ST58Q型无线可视探头;BDT-GSM96170无线中继器;TLC2543电容型逐次逼近模数转换器;RS232/RS485线缆。2.7采样速率滤波器额定电压:AC127V(+15%～-20%),50Hz;环境温度:-20～+40℃;采用H.264视频压缩技术,压缩高,方便在窄带上实现高清晰的图像传输;无线传输距离不小于5km;抗干扰性强,适合在恶劣环境使用;互调衰减≤-40dBc;66ksps的采样速率转换器线性度误差最大为±1LSB;安装地点无剧烈碰撞和震动。3应用应用井筒安全监测可视系统,先后对2个井筒的罐道、罐绳进行了仔细检查,获得了大量的现场视频数据,对保证煤矿安全生产起到了重要作用。4构建井筒安全监测可视系统本系统构成的无线传输网络提供了一种高效的数据获取和处理方式,将该系统应用于矿井井筒监控,可对有线监测系统难以布置或者人员不易达到的区域实施有效灵活的监