介紹了一種基于LED技術的煤礦照明與安全監控系統,在提供煤礦生產照明環境的同時,充分利用其低壓供電特性,搭建了一套集路標指示、報警檢測、人員身份識別、事故疏散以及礦井地理信息、管理調度等為一體的數字化監控系統。

　　1　LED技術及在礦井應用中的優勢

　　LED (Light Emitting Diode)是一種將電能轉化為可見光的半導體元件,它改變了白熾燈鎢絲發光與節能燈三基色發光的原理,采用電場發光,是一種冷光源,無頻閃且色溫接近日光,能有效保護井下作業人員的視力;可以完全避免因普通照明燈引發的瓦斯爆炸事故。LED采用低壓直流電源供電,工作電壓在6～24 V之間,比使用高壓電源更為安全、經濟,其功耗僅為傳統白熾燈的30% ,能有效地節約能源。此外,還具有響應時間快、穩定性好,工作壽命長( > 10萬h) 、免維護的特點。在礦井中,可以安裝超高亮白光LED燈帶提供坑道照明;還可以間插安裝紅、綠、黃、橙色LED用于標志間隔距離、監測點、岔道、安全撤離路線、預警、報警等信息;可以在坑道內間隔適當距離配置蓄電池后備電源,即便出現塌方事故軋斷照明通信線路,也可以確保局部照明與LED指示信息,幫助井下人員逃生。

　　LED供電能夠采用24 V的低壓線路,這也為實現礦井安全監測設備(模塊級)供電及數據通信提供了一個安全、穩定的供電環境。完全可以建立一個基于單片機模塊的小型通信網絡,對煤礦安全生產環節中的瓦斯、一氧化碳、風量、溫度以及視頻信息等監測模塊提供可靠的信息采集、傳輸通道;還可采用LED技術中的紅外編碼身份識別技術,將紅外采集探頭以適當間隔距離安裝在LED照明燈帶中,對礦井內的人員進行身份信息的采集與傳輸,及時將相關數據發送給礦井地面上的上位機,并通過通信網絡匯總到生產調度、安全監控服務器,與管理信息數據庫、礦井坑道地圖等構成一個立體的、實時的人員分布地理信息系統,對生產調度、安全監控和救援、疏散等都能提供可靠的保障。

　　2　系統設計

　　圖1是采用LED技術實現的坑道照明與安全監控系統在井下坑道中的分布示意圖。

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　　(1) LED照明燈帶及后備供電。圖1中,連接所有節點和設備的帶狀線纜采用市面上廣泛銷售的“可塑霓虹燈”的封裝形式,將白光LED串聯、并聯等距排列安裝,可以解決整個坑道的照明問題。LED取代白熾燈具有功耗小,使用壽命長等明顯優勢。它是一個點光源,比較容易對光的輻射方向和發光面積進行精確的控制,特別是在一些照明面積要求不大的應用領域(礦井)優勢更為明顯。采用傳統光源照明,往往因為照明面積超出了實際的需求而形成一種能源的浪費,而LED光源,既能滿足照明要求,又不至于形成能源浪費。由于采用低壓直流供電方案,每隔50 m左右便可配置一套后備蓄電池,既能實現停電或故障時的應急照明,還能在塌方等事故發生造成斷電的情況下,提供疏散指示與局部照明。

　　(2) 路標、疏散路線指示。白光LED照明條件下,運用彩色的LED點光源可以間隔分布于燈帶中,用于指示間距、安全通道、岔道、撤離路線等路標標識。比如用紅色表示緊急撤離路線,用黃色表示注意路段,用綠色表示20 m、50 m、100 m的間距信息;用組合的符號表示方向、岔道等交通標識等;利用點陣型LED模塊還可以進一步提供更為詳細的方位等信息。

　　(3) 身份識別與安全監控模塊。LED燈帶的低壓供電與通信線路為監控系統提供了便利的條件。

　　選用紅外光編碼/解碼技術,利用安裝于礦工LED燈具上的紅外編碼模塊和等間隔LED光帶上的光解碼接收探頭,實現井下人員的身份識別、考勤、跟蹤、分布位置等管理功能。線路中還可以任意掛接瓦斯檢測模塊、火警探測、排風監測、攝像監測等,這些模塊都采用最新32位嵌入式微控制器設計,集成RS232和標準CAN接口,借助于工業CAN總線網絡,實現現場信息的實時采集并傳輸到監控中心,購建一套在線監測管理信息系統。

　　(4) 通信網絡。在LED燈帶布線系統中可以并行排列抗干擾能力強的工業總線通信網絡———CANbus系統, CAN是一種多主方式的串行通信總線,基本設計規范要求有高的位速率,高抗電磁干擾性,而且能夠檢測出產生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10 km時, CAN 仍可提供高達50 Kbit/ s的數據傳輸速率。使用這種工業級的通信方式,可以保證通信數據的可靠性、實時性,又能結合LED供電線路的特點。CAN總線容錯性能好,可以大大降低后期的維護、維修和擴充成本,它是坑道通信的最佳形式。CAN總線回到地面則與地面終端連接,而各地面終端與管理中心的網絡傳輸,可借助于ADSL或者光纖等方式實現。