工矿自动化

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孙继平

2013, 39(1): 1-5.

<摘要>(49) <PDF>(6)

摘要:
指出要实现煤矿井下固定岗位无人值守、综采和综放等采煤工作面少人作业，应装备具有地面远程控制功能的煤矿监控系统、监视系统、矿用调度通信系统和矿井移动通信系统等；提出矿井信息传输系统应满足传输带宽宽、有线与无线相结合、抗故障能力强、传输距离远、可靠性高、标准化、安全性好等要求；在分析星型、环型、树型和总线型等煤矿井下有线传输网络结构优缺点的基础上，提出了双巷双缆、单巷双缆、单缆双树冗余结构，认为理想的煤矿井下有线传输网络应采用双巷双缆或单巷双缆双树冗余结构；提出煤矿井下有线宽带传输应采用基于无源光网络的矿用以太网或基于有源光网络的矿用以太网的观点，并提出了这两种矿用以太网的主要性能与技术指标要求。

智能矿工装备系统的研究

陆铮

2013, 39(1): 6-9.

<摘要>(34) <PDF>(4)

摘要:
针对目前煤矿普遍存在井下人员无法全面了解周围环境状况、安检人员缺少技术支撑装备、管理人员无法全面了解安全生产状况、应急救灾时缺少移动指挥信息装备等问题，提出了一种智能矿工装备系统的总体设计方案，介绍了该系统中的多环境参数采集器、手持智能终端、智能主机、无线基站等主要设备的功能及设计要求；指出该系统的关键技术和设计难点为井下移动环境场多参数感知、井下人体生命体征感知、灾变情况下井下移动无线自组网技术、矿井多系统信息融合与交互以及装备功耗、体积和重量，并针对这些问题提出了相应的解决方案；阐述了该系统在矿井日常管理、井下安检及井下应急救援指挥中的应用模式。

一种基于同态滤波原理的井下光照不均图像处理方法

刘毅, 贾旭芬, 田子建

2013, 39(1): 9-12.

<摘要>(50) <PDF>(8)

摘要:
传统的同态滤波函数基于高通滤波函数设计，采用该同态滤波函数处理的光照不均图像较暗。根据传统低通滤波器在截止频率半径为5时的图像滤波结果，得出导致图像光照不均现象的主要区域为半径5以内的低频区域的结论；介绍了一种新型同态滤波器的设计过程，进而提出一种基于同态滤波原理的井下光照不均图像的处理方法。该方法采用传统低通滤波函数抑制低频分量，采用传统高通滤波函数增强高频分量；对图像低频分量范围进行细化，对不同的低频分量采用不同的处理方法，即抑制低频分量抑制半径以内的低频分量，使低频分量抑制半径与高频分量增强半径之间较低频率范围内的低频分量基本保持不变，避免了过度抑制低频分量。测试结果表明，该方法在有效处理井下图像光照不均现象的同时避免了对图像整体亮度的过度削弱，效果较好。

瓦斯突变预警上限值确定方法的研究

芦建军, 屈世甲

2013, 39(1): 13-16.

<摘要>(45) <PDF>(5)

摘要:
针对现有煤矿安全监控系统采用超限原理，以瓦斯传感器测量值为判断依据，无法及时发现预定报警值以下范围内瓦斯异常变化的问题，提出了一种不超限瓦斯突变预警方法，介绍了静态预警和动态预警两种不超限瓦斯突变报警方法。结合余吾煤业N2202工作面探头数据，分别对不超限瓦斯突变预警基础数据的静态数据和动态数据进行了分层抽样及分布的验证和拟合，得出静态预警和动态预警的基础数据基本符合正态分布的结论。提出采用假设检验和区间估计等实时计算静态预警和动态预警上限值的方法，并采用N2202工作面探头数据进行了验证。

一种提高EEPROM数据存储可靠性的软件冗余方法

陈家财, 李庆昭, 崔怀兵

2013, 39(1): 16-19.

<摘要>(53) <PDF>(9)

摘要:
针对嵌入式微控制器系统中EEPROM存储的数据在受到干扰时可能丢失或发生变化的问题，分析了EEPROM存储数据丢失的原因，提出了一种提高EEPROM数据存储可靠性的软件冗余方法。该方法通过分区存储和CRC校验，降低了数据在一定时间内被全部破坏的可能性，增强了部分数据被破坏后的恢复能力。应用表明，该方法能够有效提高EEPROM数据存储的可靠性。

煤层底板突水监控系统的设计

李彩萍, 张英梅, 张振国

2013, 39(1): 19-22.

<摘要>(40) <PDF>(4)

摘要:
针对现有煤矿突水防治方法存在的理论参数与实际环境参数差异大、超前预测和实时性差等问题，提出一种基于视频监控的煤层底板突水监控系统的设计方案;以某煤矿的一次突水事件为例，重点介绍了该系统的图像处理算法。该系统对摄像机采集的图像进行灰度化、图像增强、二值化、图像分割、边缘特征提取后得到突水图像边界坐标，对该边界坐标进行曲线拟合后得到突水区域的面积，并根据不同时刻所得突水面积的差值判断突水量变化趋势。试运行结果表明，该系统稳定可靠，视频画面清晰，图像处理算法有效，突水异常时能及时报警。

消息中间件技术在煤矿井下通信系统中的应用

刘鹏

2013, 39(1): 23-26.

<摘要>(54) <PDF>(5)

摘要:
针对矿井 TD-SCDMA通信系统易受环境影响而发生传输数据丢失或错误的问题，提出将消息中间件技术引入煤矿井下通信系统的方案，介绍了通信系统的4层架构，重点阐述了消息中间件技术在煤矿井下通信系统中的应用实现。消息中间件为通信系统各层之间提供同步和异步连接，通过使用“确保信息传输”技术、消息解析与过滤技术、异常处理技术以及Hibernate技术，实现了数据在传输过程中不丢、不错、不漏。测试结果表明，引入消息中间件技术后，煤矿井下通信系统的数据处理速度有了很大提高，出错率明显降低。

Ajax技术在矿用考勤系统中的应用

徐茜亮, 顾俊, 马克峰

2013, 39(1): 27-29.

<摘要>(38) <PDF>(4)

摘要:
针对传统的Web考勤系统使用submit方式进行数据交互导致的响应时间长、用户体验差等问题，提出了采用Ajax技术设计矿用考勤系统的方案，分析了Ajax技术原理，介绍了基于Ajax技术的矿用考勤系统实现过程。Ajax技术通过XmlHttpEngineRequest对象向服务器发出异步请求，然后从服务器获得数据，再通过JavaScript操作DOM来更新页面，避免了用户因提交form而长时间等待服务器应答的情况。实际应用表明，采用Ajax技术设计的矿用考勤系统查询效率高，响应速度快，数据统计准确，用户体验效果好。

采用改进牛顿法计算配电网理论线损

王晓明, 张力, 智勇, 周喜超, 许天鹏, 穆星星

2013, 39(1): 30-33.

<摘要>(37) <PDF>(4)

摘要:
介绍了传统配电网理论线损计算方法，指出电量法和均方根法存在因未充分考虑负荷曲线变化而容易导致理论线损偏小、管理线损偏大的问题；提出采用改进牛顿法计算配电网理论线损的方案，根据某配电网各变电站24 h的电量记录进行电量潮流计算，得出该配电网总线损；分别采用电量法、均方根法、改进牛顿法计算某10 kV配电网线路的理论线损，结果表明，与传统配电网理论线损计算方法相比，采用改进牛顿法得出的结果更接近统计线损值。

论矿山物联网的结构性平台与服务性平台

张申, 张滔

2013, 39(1): 34-38.

<摘要>(62) <PDF>(6)

摘要:
分析了目前煤矿综合自动化存在的主要问题，提出需采用物联网技术及其平台性来实现矿山物理世界的实时控制、精确管理和科学决策；指出矿山物联网的3层架构决定了矿山物联网是一种开放式平台，且该平台体现为结构性平台和服务性平台；提出矿山物联网的结构性平台应具有开放的感知层平台、开放的主干传输平台以及开放的应用基础平台；根据目前煤矿实际需求，介绍了矿山物联网服务性平台中的分布式监测监控底层服务平台、为第三方提供公共服务的平台、多学科协同工作平台以及云服务平台；最后指出结构性平台可确保服务性平台的有效实施，服务性平台有利于矿山不同专业在同一个公共平台上协同工作，形成一种新的基于物联网的协同工作模式，同时有利于将各种不同的应用服务集成到矿山物联网中，推动矿山安全生产所需服务的专业化发展。

综采无人工作面的整体设计与实现方法的构想

付国军, 杨明亮, 许太山

2013, 39(1): 39-42.

<摘要>(37) <PDF>(2)

摘要:
综采工作面的无人化和少人化是解决煤矿安全的核心课题。文章指出应从综采系统的整体角度来思考自动化采煤问题，并将综采工作面的设备分为生产设备、辅助设备、工作面控制中心，指出了各种设备的控制要求；重点阐述了工作面控制中心的组成及各组成部分应具备的主要功能；介绍了综采无人工作面的组成，给出了综采无人工作面的系统架构及特点；最后认为综采无人工作面可实现四级监控、三级控制的预期效果。

防爆型煤灰分仪的关键技术研究

王文清

2013, 39(1): 43-47.

<摘要>(47) <PDF>(12)

摘要:
针对目前煤灰分仪不能在煤矿井下使用的现状，提出了一种防爆型煤灰分仪的总体设计方案；指出防爆型煤灰分仪设计中的关键技术为射线透窗技术和基于电流变化率检测的本安电源技术；研究了煤灰分仪射线衰减特性，提出了防爆型煤灰分仪射线透窗技术要求，经过理论分析和测试提出了射线透窗材料选择方法，解决了低能γ射线在穿透隔爆外壳时衰减率大的难题，保证了煤灰分仪的精度；研究了本安设备的负载特性对本安电源性能的影响，提出了基于电流变化率检测的本安电源技术，克服了检测感性负载电流滞后变化的缺点，提高了煤灰分仪的可靠性。防爆型煤灰分仪在采区的应用有效降低了采区煤矸石的排放量。

基于GOOSE的煤矿井下防越级跳闸方案研究

马星河, 王永胜, 闫炳耀

2013, 39(1): 47-51.

<摘要>(60) <PDF>(2)

摘要:
针对煤矿井下高压配电网络经常发生越级跳闸这一难题，分析了井下高压配电网络发生越级跳闸的原因以及目前常用的电气闭锁方案、分站集中控制方案、数字化变电站方案、光纤电流纵联差动保护方案这4种越级跳闸解决方案在应用中存在的问题；介绍了基于IEC61850标准的GOOSE报文传输协议在数据交换上的优越性，在此基础上提出了一种基于GOOSE的煤矿井下防越级跳闸方案，并以某煤矿井下高压供电线路为例，阐述了该保护方案的实现过程。基于GOOSE的煤矿井下防越级跳闸方案中下级开关只关联到其上一级，上、下级开关形成纵向关联并采用GOOSE协议传输信息，同级开关之间没有通信，提高了信息传输的实时性和可靠性。

下井人员生命体征传感器的设计

叶锦娇, 温良, 王红尧, 孟庆勇, 魏峰

2013, 39(1): 52-54.

<摘要>(31) <PDF>(4)

摘要:
针对目前中国矿井人员健康在线监测技术落后、未实现下井人员身体状况在线监测的现状，介绍了一种矿井人员区域定位与健康监测系统的总体结构，重点研究了下井人员健康监测传感器技术，提出了体温监测传感器、脉搏监测传感器、救护队员姿态监测传感器及一种集成的生命体征监测传感器的设计方案，对预防矿井潜在医疗紧急事件具有重要意义。

常见浮选液位测量装置的分析及对比

王英, 张克

2013, 39(1): 55-58.

<摘要>(41) <PDF>(4)

摘要:
为了解决浮选控制过程中的液位计选型问题，从现场应用出发，分析对比了常用的浮力式液位计、激光液位计、静压液位计、超声波液位计等浮选液位测量装置的基本结构、工作原理及现场应用情况。分析认为因传感器性能、附属装置稳定性、测量介质等不同，各测量装置均有优缺点，实际应用时应综合考虑现场浮选生产过程具体情况、维修条件、装置性能、安装使用费用等因素，选择合适的浮选液位测量装置。

无线网络控制系统研究现状及方向

陈惠英, 李祖欣

2013, 39(1): 59-63.

<摘要>(35) <PDF>(10)

摘要:
从基于无线传感器网络理论的无线网络控制系统的工业应用、控制方法设计、调度策略和通信协议的设计以及控制与调度协同设计等方面阐述了目前无线网络控制系统的主要研究内容和研究现状，并讨论了今后无线网络控制系统的研究方向。

基于M2M技术的矿区环境监测平台研究

张开生, 陈明泽

2013, 39(1): 63-67.

<摘要>(46) <PDF>(2)

摘要:
为了有效监控矿区环境状况，预防安全事故的发生，介绍了一种基于M2M技术的矿区环境监测平台的设计方案。该平台采用M2M技术对矿区温湿度、瓦斯体积分数、土壤压力等环境数据进行监测，并采用RSSI算法实现矿区人员定位功能；采用最小二乘法对各环境监测数据进行曲线拟合处理后在上位机监控界面进行实时显示。实验结果表明，该平台运行良好，通信正常，且经拟合处理后的环境监测数据曲线更光滑，大大减小了数据误差。

基于遗传算法优化的跳汰机排料系统PID控制仿真

吕亭亭, 马小平, 陈力

2013, 39(1): 67-70.

<摘要>(38) <PDF>(2)

摘要:
针对传统PID控制方法应用于跳汰机排料系统时难以获得最优控制参数、控制效果差的问题，提出一种基于遗传算法的PID控制参数优化方法，介绍了基于遗传算法优化的PID控制结构、参数优化方法及步骤，并以某矿井跳汰机排料系统为例，对基于该方法的PID控制器的控制性能进行了仿真研究。仿真结果表明，该方法能够实现PID控制参数的在线优化，收敛速度快，具有较强的鲁棒性；基于该方法的PID控制器具有良好的动、静态性能，无超调现象，控制精度高。

一种改进型ip—iq谐波检测法

公茂法, 张旭, 朱义凯

2013, 39(1): 70-74.

<摘要>(33) <PDF>(2)

摘要:
介绍了基于瞬时无功功率理论的ipiq法的基本原理，指出传统ipiq法检测到的基波有功电流分量的幅值和相位因电网电压与其正序分量的相位差而存在误差；提出一种改进型ipiq谐波检测法，该方法通过正序电压分量和移相算子相结合的方式获取同步旋转信号，减小了因三相电压不对称而导致的检测误差，同时引入电流平均值理论以取代低通滤波器，提高了谐波检测的动态响应能力。Matlab仿真结果表明，该检测法在三相电网电压不对称的情况下能准确检测到基波正序有功电流，且具有较好的动态响应特性。

基于交流斩波装置的三相不平衡无功补偿方案

程顺足, 郭西进, 李素英

2013, 39(1): 74-77.

<摘要>(46) <PDF>(3)

摘要:
中国矿业大学信电学院，江苏徐州221008

MPPT算法与输入输出反馈线性化控制技术在光伏发电系统中的应用

张明光, 李鹏远, 谢雯洁, 李鹏飞

2013, 39(1): 78-83.

<摘要>(48) <PDF>(3)

摘要:
针对目前光伏发电系统采用的固定电压法、增量电导法等最大功率点跟踪控制技术跟踪速度慢、精度不佳的问题，提出采用变步长电导增量法进行最大功率点跟踪控制；为了控制光伏系统中电网电流和直流母线电压，采用输入输出反馈线性化控制技术，使得系统的功率因数和直流母线电压可用相同的算法进行控制。在Matlab/Simulink环境下对基于变步长电导增量法算法与输入输出反馈线性化控制技术的光伏发电系统进行了建模仿真，结果表明，采用反馈线性化技术控制逆变器后，日照强度和温度变化不会对电网功率因数产生影响；变步长电导增量法提高了光伏发电系统的动态和稳态性能，且降低了电网电流的总谐波失真率。

三电平并联型有源电力滤波器的无差拍控制研究

史丽萍, 王晶波, 朱宁坦, 翟福军

2013, 39(1): 83-87.

<摘要>(48) <PDF>(2)

摘要:
介绍了基于开关函数的三电平并联型有源电力滤波器工作原理，建立了该种有源电力滤波器的数学模型，并提出一种三电平并联型有源电力滤波器的无差拍控制方案。该方案采用ipiq法检测谐波电流，根据当前采样时刻得到的负载电流和补偿电流值预测出下一采样时刻的电流参考值，并计算出有源电力滤波器在下一个采样时刻的输出电压参考值，最后采用电压空间矢量算法得出桥臂开关信号，从而达到电流跟踪控制的目的。仿真结果表明，采用该方案的三电平并联型有源电力滤波器能够很好地对检测电流进行跟踪控制，有效抑制了谐波，且具有良好的动态响应效果。

大功率三电平防爆变频器散热分析及计算

王昌南, 何凤有, 田明

2013, 39(1): 88-91.

<摘要>(36) <PDF>(6)

摘要:
针对大功率三电平防爆变频器工作时产生的大量损耗会导致温升，从而影响变频器性能的问题，分析了常见的电力电子器件散热方式的原理及优缺点，指出热管结合强制冷风的散热方式较适用于对煤矿井下大功率三电平防爆变频器进行散热；对采用热管散热方式的大功率防爆变频器的IGBT、二极管、快速恢复二极管等主要功率器件的损耗和温升进行了分析，得出了功率器件的温升计算公式。实验结果表明，根据功率器件温升公式计算所得结果的误差在工程允许范围内，证明该公式具有一定的可行性和准确性。

基于移动机器人的无线传感器网络数据收集方法

王方, 胡彧

2013, 39(1): 91-95.

<摘要>(63) <PDF>(3)

摘要:
稀疏无线传感器网络中各传感器节点距离较远，而传统的静态数据收集方法要求各传感器节点直接通信，导致网络延迟时间长，能耗高。针对该问题，提出一种基于移动机器人的无线传感器数据收集方法。该方法首先由静态节点选择与路径最短的移动机器人作为簇头，移动机器人比较一定周期内检测到的邻居节点的平均剩余能量与整个网络传感器节点平均剩余能量，根据比较结果决定其是否移动，若移动则采用范围可控的随机移动策略；当移动机器人移动到新位置时，传感器节点更新路由，选择新的移动机器人作为簇头。仿真结果表明，与传统的静态无线传感器网络数据收集方法相比，基于移动机器人的无线传感器网络数据收集方法大大降低了数据传输延迟和节点能量消耗。

煤矿安全监管信息管理系统的研究及探讨

贺超, 宋学锋, 李贤功

2013, 39(1): 96-99.

<摘要>(46) <PDF>(2)

摘要:
分析了煤矿安全监管信息管理的研究及应用现状，指出目前煤矿安全监管信息管理存在仅建立在煤矿或矿业集团层次、安全监管部门仅能监控简单数据的问题；分析了物联网在煤矿安全监管中的应用优势，提出可基于物联网构建一种涵盖省级和国家级安全监管的煤矿安全监管信息管理系统，给出了该系统的信息结构，并探讨了该系统在具体实施过程中所面临的信息标准、安全因素分级、安监体系、信息采集内容等方面的挑战。

基于ZigBee的矿井无线语音通信系统探讨

徐肖肖, 瞿光祥, 黄艳秋, 才媛

2013, 39(1): 99-102.

<摘要>(66) <PDF>(2)

摘要:
针对现有煤矿语音通信系统常采用有线方式而导致发生事故时无法保证通信可靠性的问题，提出一种基于ZigBee技术的无线语音通信系统设计方案，重点介绍了该系统无线语音通信节点的软、硬件设计方案。在实验室环境下测试了不同距离下语音通信节点的收包率与信号强度，结果表明，当节点距离通信距离>60 m时，丢包率逐渐变大，且信号强度随节点距离的增大而减小，由此确定基站间距为60 m，基站覆盖半径为60 m。

煤矿电器设备常见故障及排除对策的研究

王树丰

2013, 39(1): 103-104.

<摘要>(52) <PDF>(2)

摘要:
给出了煤矿电器设备常见故障的识别方法以及电源、电器设备控制系统、电器设备保护系统、真空接触器常见故障的排除方法，提出了排除煤矿电器设备常见故障时需要注意的问题，指出应根据故障发生概率进行分级排除、采用信息系统监控电器设备、提高煤矿企业电工的专业素养和职业素养等。

煤矿35 kV线路防雷保护间隙的研究

邓杰文, 任文斌, 刘源, 张东, 易小飞, 廖志华

2013, 39(1): 105-110.

<摘要>(36) <PDF>(2)

摘要:
为验证保护间隙对35 kV线路的防雷保护效果，在ATP-EMPT电磁暂态分析软件环境下，以某矿区35 kV架空线路为模型，模拟雷击入侵35 kV变压器，对比加装保护间隙前后变压器高压侧过电压峰值，结果表明，35 kV线路在遭受单相或三相雷击后，保护间隙能够大幅降低变压器高压侧的雷电侵入波峰值；分析了加装防雷保护间隙后35 kV线路的耐雷水平与雷击跳闸率，结果表明线路耐雷水平降低，雷击跳闸率上升，但均符合DL/T 620—1997要求。应用结果表明，煤矿35 kV线路安装防雷保护间隙后能够有效抑制雷电波入侵变电装置，但需配合自动重合闸装置，以提高线路防雷的可靠性。

煤矿掘进面远程视频监控系统的设计与应用

李平, 张生旺, 张会柱, 孙晋永, 彭庆虎

2013, 39(1): 110-112.

<摘要>(34) <PDF>(7)

摘要:
针对煤矿井下工作面掘进机采用人工操作方式而导致操作人员得不到人身安全保障的问题，设计了一套基于无线网络传输的煤矿掘进面远程视频监控，介绍了该系统的组成、功能特点及在云驾岭煤矿12113工作面的应用情况。应用结果表明，该系统运行状况良好，能在多煤尘且剧烈振动的环境下进行视频采集、分析、处理及数据传输，在掘进巷道中的无线视频传输距离达40 m，视频监控距离达500～20 000 m，实现了掘进机的远程可视化监控。

一种隔离式频率电流转换器的设计

杨澎, 丁继存, 张磊

2013, 39(1): 113-115.

<摘要>(57) <PDF>(2)

摘要:
提出一种隔离式频率电流转换器的设计方案。该频率电流转换器采用PIC16F1823单片机采集200～1 000 Hz频率信号，通过SPI协议与DA芯片MCP4911通信，将频率信号转换成电压信号，然后通过集成电路AD694将电压信号线性转换为标准的4～20 mA电流信号。工业测试结果表明，该频率电流转换器的数据采集精度可达0.5级，误差范围小于±0.5%，满量程工作时电流为26.8±0.2 mA，最低功耗仅为450 mW。

矿井提升机稳车集中控制系统

高宇

2013, 39(1): 116-118.

<摘要>(65) <PDF>(6)

摘要:
针对矿井提升机稳车常采用的继电控制方式存在的保护简单、操作人员劳动强度大等问题，介绍了一种以PLC为控制核心、以电动机综合保护器为主要保护器件、以触摸屏为人机界面的新型稳车集中控制系统。该系统实现了某煤矿新主井4台16 t稳车及2台10 t稳车的单台运行、多台同步运行以及多台稳车运行时的单台停止、多台同步停止功能，稳车电动机的多种保护功能以及稳车参数的实时显示功能，提高了稳车安全运行的可靠性，减轻了操作人员的劳动强度。

西门子PLC与英格索兰压风机之间的Modbus通信

孟彬, 王传松, 孙晋永, 黄庆龙, 卫炜, 程梁峰

2013, 39(1): 118-120.

<摘要>(43) <PDF>(5)

摘要:
针对英格索兰压风机自带远程控制硬接点少，难以实现压风机多参数在线监控的问题，提出一种基于Modbus通信方式的煤矿压风机集控系统结构及功能，重点介绍了该系统中西门子S7-300 PLC通过Modbus方式与英格索兰压风机通信的实现方法。该通信方法硬件配置简单，程序条理清晰，能实时采集大量压风机工作参数，无需另配检测传感器。运行结果表明，基于该通信方法的煤矿压风机集控系统运行良好，可靠性高。

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2013年第39卷第1期

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