日本是一个煤矿资源贫乏的国家。在工业化发展过程中，煤炭开采业作为重要基础产业，对日本的现代化发挥了重要的作用，特别是1950年前后，作为日本唯一的能源，煤炭工业对其产业的发展和国民生活的安定做出了巨大贡献。目前，日本已基本退出了煤炭开采市场，井工煤矿只保留了1个年产精煤70万t的钏路煤矿。今天小编为大家推荐《自动化监控系统安全工程论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。
自动化监控系统安全工程论文 篇1：
安全距离实时监控系统在安全管理中的作用
摘要：我国煤矿在安全距离控制方面一直采用人工收尺的方法，由于人工收尺存在不及时、误差大等问题，造成探放水（气）安全距离控制不准，造成突
水（气），致使大量的人员伤亡和财产损失；在巷道贯通时，由于距离控制不及时，不准确，也容易因为误贯通，形成伤亡事故。安全距离监控系统，实现对距离
的24小时的不间断监控，能够准确、及时测量安全距离，并实现报警警示、强行断电，避免因为安全距离控制不严格造成的各类伤亡事故，具有很好的推广价值。
关键词：安全距离；实时监控；作用
1 系统的研发背景
煤矿井下工程施工中，安全距离的控制是一个十分重要的问题，是关
系到矿工生命安全和矿井安全的重大问题。
例如，山东田陈煤矿，北一采区轨道下山掘进中，为了加快施工速
度，保障建设工期，采用分段两端对打的巷道贯通方法施工，由于两端的
施工队伍干劲都非常高涨，速度加快，但是，由于区队报告进尺不准确，
测量人员的测量工作按照固定的频率进行，造成对进尺的掌握不准，贯通
时间比预计的提前几天，在放炮时，无意识的导致贯通，酿成炸伤、炸残
区队长一人的事故。
再如，山东柴里煤矿，一皮带巷掘进时，因为掘进方向出现偏差，造
成贯通点位置偏差17米，无法贯通的事故。
再如，山东井亭矿，一巷道挡水墙质量出现问题，发生严重变形，由
于没有先进的探查手段，采用人工探查，探查时，挡水墙突然坍塌，大量
水涌出，造探查人被水冲走，并冲走水流经巷道的2人，总共造成3人死亡
的事故。
等等，这类事故每年都有多起发生。
煤矿以及其他矿山目前通用的班、日、旬、月度进尺测量，计划全部
采用人工，使用的测量工具为皮尺，效率低，误差大到几十厘米级别，距
离长时达到米级别。工人甚至有时不能及时到现场测量，经常采用按照平
均速度估算进度的方法提供数据，结果造成数据失真。因此形成安全指挥
方面的重大失误，造成灾害。
因此，施工现场需要一种能够远程控制，每时每刻自动快速测量进
尺，精度高，确保安全距离的一种实时监控系统，当安全距离出现异常
时，进行报警提示，甚至强行断电，终止作业过程。我们称这个系统为安
全指向与安全距离监控系统。
汾西矿业集团河东煤矿和北京龙德时代科技公司，根据矿山应用的实
际需求研发了安全距离监控系统，该系统为一个专门用于指向和安全距离
测量的系统，由专用软件控制现场的指向和测距激光传感器，实现对安全
距离的自动测量。
为此系统申请国家发明专利一项专利，申请并获得实用新型专利一
项。
2 主要技术的特性功能及创新点
2.1 系统构成与基本参数
安全距离实时监控系统，包括激光指向测距仪、地面主机和用于激光
指向测距仪和地面主机之间通信的数据传输系统。现场测量的数据，通过
传输设备，被实时传输到地面主控系统，由主控系统对数据进行分析汇
总、成图。同时，主控系统可以对井下的测量设备发出指令，以此来控制
测量的时间、频率，甚至可以控制测量的方向。
系统的主要技术指标：
同时监控点数：32 64 128或者更多
測距精度：一级0.2—2.0mm，二级20-200m
通讯距离：10—20千米
测量频率：1.0秒——任意设置
2.2 系统主要功能与创新点
安全距离测量系统发明的目的就是解决安全距离测量中速度慢、精度
差、容易出错、占用人工多，等影响生产安全的，概括起来有如下功能和
特点：
自动测量安全距离，安装安全距离监控系统后，设备就可以不间断的
在无反射镜的情况下自动测量距离、并记录上传。第一次实现了测距工作
的自动化。可以提高效率10000倍以上，大大减少工占用。
实现了指向与测距一体化，安全距离测量系统中的指向与测距仪具有
传统的激光指向仪的功能和激光测距传感器的功能，实现了两者的合一，
具有集成程度高、整体性好的优点。
实现了测距的快速、实时、准确。系统可以对多个的监控地点同时进
行快速测量，每个地点的测量所用时间仅仅不到一秒钟！并且，可以随时
发布测量命令进行实时测量。测量精度比人工测量精度高100倍以上，为
安全决策提供了可靠的技术保障。
自动进行安全预警。安全距离和方向测量控制不准，造成灾害的形式
有：巷道贯通位置错误、或者时间错误，造成伤亡事故，误贯通透水事
故，误贯通透气事故等。采用安全距离监控系统后，做到了实时的准确测
量，确保了数据的准确可靠。同时，系统可以连接声光报警设备，设定报
警参数，当进尺到规定的标准时，系统能够自动报警提示撤离、停止掘进
等。并可以，给断电控制设备提供指令，强行切断设备电源，达到本质安
全监控，避免事故发生。
安全距离、进尺、采煤推进速度的自动汇总、自动成表、自动填绘矿
图功能。将井下测得的数据，经过传输设备传输到地面主机，由主机进行
分析汇总，生成各类安全距离和进尺报表，并可以将有关数据传输给绘图
系统，实现自动绘图。
3 安全距离监控系统在实现煤矿安全生产中的作用
3.1 安全距离监控系统在保障贯通安全方面的作用
巷道贯通施工是煤矿安全的一个很大威胁，往往因为下列因素导致贯
通安全距离测量出现重大误差，造成伤亡事故。一是，人工测量拉错尺、
读错数据；二是，工人根本就没有到现场测量，三是，根据最近几天的平
均进尺数据估算进尺；四是，施工速度的意外加快后，测量进尺的频率没
有增加。最终，造成的结果就是意外的提前贯通，造成人员直接伤亡，并
可能造成通风系统的紊乱，诱发通风、瓦斯事故。
安全距离监控系统，能够实现每秒一次的自动测量，自动分析，发现
异常自动报警。并且，在贯通距离达到设定的必须停止一个工作面施工
时，系统自动在指挥中心和现场同时报警，提示必须停止一个工作面的掘
进。以确保安全。
3.2 安全距离监控系统在保障探放水（气）安全方面的作用
探放水（气）掘进的安全距离是保障矿井安全的重要安全工程。往往
会出现施工超出距离，造成突水（气）事故，造成人员伤亡甚至淹矿井的
重大事故。
采用安全距离定位系统后，系统能够实时监控掘进进尺的，获得准确
可靠的数据，并在达到停工距离之前一定距离就提示，达到安全距离时报
警，并自动切断电源，强迫停止作业。
3.3 安全距离监控系统在保障防水（气）闸墙安全方面的作用
防水（气）墙（闸）年久了或者有压力条件下，可能产生变形，形成
破坏突水（气），等。可以测量精密距离的安全距离监控系统，能够对墙
体表面进行固定轨迹的连续精密测量，通过对不同时间的距离的测量轨迹
的对比，可以发现变形程度，从而对闸墙的安全性作出客观评价。当，变
形程度超过规定标准时，系统自动报警提示。
3.4 危险区域的远程的无接触距离测量
在火区、透水区、冒顶区等安全环境恶劣，人员不能到达的区域，需
要及时准确测量距离的变化、变形时，采用安全距离监控系统，可以达到
目的。
3.5 安全距离监控系统在准确掌握进尺、准确及时填图等基础安全保
障方面的作用
安全距离监控系统是煤矿各类进尺最准确、最及时的测量和分析工
具。采用该系统后，对于各类采煤掘进的进尺的掌握达到了及时与准确，
从而，避免了因为测量不准、甚至是测量人员的弄虚作假等造成的图纸不
准确的严重的安全隐患。对于保障基础数据的准确可靠，促进矿井安全具
有重要意义。
4 应用范围及效果情况
系统在山西河东煤矿试验应用中用于掘進进尺测量、回采退尺测量、
挡水墙变形测量，取得了如下效果：
测量速度大大加快，平时要几个小时完成的现场收尺工作，现在几秒
钟就可以完成了。汇总速度更是快速，平时汇总数据一般要3—64，时，现
在系统自动汇总，而且数据准确。
测量精度大大提高，原来采用人工、皮尺测量，误差到达分米级、米
级，现在误差为毫米级和厘米级。提高100倍以上。
确保了防水墙变形监控的及时准确高效，发现隐患及时处理。
超限报警，自动断电，实现本质安全。当安全距离超过标准时，系统
在现场和指挥中心自动报警提示，并可以自动切断供电电源，确保施工安
全，实现本质安全。
5 前景展望
该系统具有在全国煤矿和其他矿井推广的广阔前景，推广后，能够避
免巷道误贯通、误入积水区、误入老空区等由于安全距离测量不准造成的
事故，同时可以节省测量人员20000人以上，大大提高生产效率。
参考文献：
[1]孔超，矿井安全监测监控系统现场安装使用管理与维护[J].煤矿开
采，2006（05）.
[2]王家振、曾广东、周金峰，矿井安全监控系统在“一通三防”管理工
作中的作用[J].山东煤炭科技，2008（03）.
[3]武永胜，浅谈矿井安全监控系统在煤矿应用中存在的问题[J].山东煤
炭科技，20lO（04）.
[4]李军芳、黄健，煤矿安全生产实时监控系统分站节点设计方案[J].陕
西理工学院学报（自然科学版），2006（03）.
作者：武立文 毛允德
自动化监控系统安全工程论文 篇2：
日本矿山安全管理的特点
日本是一个煤矿资源贫乏的国家。在工业化发展过程中，煤炭开采业作为重要基础产业，对日本的现代化发挥了重要的作用，特别是1950年前后，作为日本唯一的能源，煤炭工业对其产业的发展和国民生活的安定做出了巨大贡献。目前，日本已基本退出了煤炭开采市场，井工煤矿只保留了1个年产精煤70万t的钏路煤矿。日本煤矿安全生产管理的历程基本上经历了一个发展—产量增加—事故多发—加强监管—技术开发—逐步好转的过程，其在煤矿安全管理上的一些经验，值得我们学习和借鉴。
日本煤炭工业简况
1950年，日本经济发展步入稳定期，煤炭开始进入生产过剩阶段，煤炭企业生产的煤炭大量积压，出现了经营赤字。煤炭的价格经过大幅度的调整，相继出现了矿山的关闭和职员的离去，并逐步发展成社会问题。1963年，日本的煤炭生产规模为5000万t，政府制定了有关低能效煤矿的治理整顿和促进高效煤矿的现代化政策，开始向煤矿的合理化、缩小规模、关闭方向推进。随后，政府实施了煤炭工业生产规模逐步缩小，生产体制逐步集中的政策。1965年，日本的煤炭生产量为5011万t，煤矿企业数为222个，劳动者人数为11万人。1975年，日本的煤炭生产量降为1860万t，企业数降为35个，劳动者人数降为2万人，同时，政府进行了切实有效的煤炭工业结构调整。
1973年和1979年的2次石油危机，为世界能源的需求转换带来了契机。日本政府在综合能源政策的指导下，对煤炭工业重新认识，制定了维持日本煤炭生产，搞活煤炭工业，开发海外煤炭，确保进口等煤炭政策。日本煤炭生产尽管呈缓慢下降趋势，但仍维持在年产近2000万t的水平。1985年以后的能源转型，使日本煤炭生产急速下降，再加上日元汇率的上扬，使一度缩小的国产与海外煤炭差价再度拉大，日本煤炭工业的竞争条件恶化到必须进行调整的程度。
面对这种情况，日本政府于1987年制订了第八次煤炭价格，1992年开始实行新政策。尽管有煤炭工业自身合理化的努力及需求各方的合作，当时日本煤炭工业的经营状况仍然相当严峻，并且随着煤炭开采的远部化和深部化、矿山劳动者的高龄化，国产与海外煤炭差价的存在等因素，再加上围绕煤炭工业一直不能解决的环境问题，使得1998年日本的煤炭生产量降为369.8万t，煤矿企业数减到2个，劳动者人数减为1490人。现在日本的井工煤矿只有钏路煤矿，年产精煤70万t。与此相对应的是，日本的煤炭进口量，在1998年达到约1.3亿t，2005年达到1.8亿t，并且有进一步增加的趋势。
日本矿山安全管理的特点
1.完善的矿山安全监督体制和法律制度
（1）矿山安全监督体制。二战后，日本以尽快恢复和发展国民经济为中心，把矿山作为重要的基础产业。为了防止对矿山工人造成危害，合理开发矿产资源，日本政府加强了对矿山(包括煤矿)的安全监督和管理，实行了中央垂直管理的矿山安全监督体制，并在《矿山安全法》中对矿山安全监督体制的机构设置、人员构成、职权范围等作了明确的规定，以法律的形式建立和完善了矿山安全监督体制。
根据《矿山安全法》的规定，在经济产业省设立中央原子能安全院，内设矿山安全课、煤炭安全课，对全国各类矿山行使监督职权；在矿山数量较多的市、县设立矿山监督部(产业保安监督部)，由经济产业省中央保安院垂直管理，并根据各地区的矿山数量、业务量设立矿山安全监督部门(署)，隶属于矿山安全监督部。
（2）矿山安全法律体系建设。1949年，日本制定了《矿山安全法》，作为部级法令，颁布实施了煤炭、金属、石油3项安全规则。此后，由于灾害的发生、技术的进步等多次作了修改。1994年整合了这3项规则，统一为《矿山安全规则》。
2005年4月，由于井工开采煤矿大幅减少和安全技术的提高，为了激发民营企业的安全自主性，总结《矿山安全规则》，使之适应现状，提高规则的实效性，日本对《矿山安全法》及《矿山安全规则》实施了修订。修订后的《矿山安全法》将自主安全作为法律的理念执行，以法律的形式给予煤矿执行自主安全所必需的支持。
2.先进的安全理念
日本在所有工矿企业全面开展了自主保安活动，引入了“零灾害”的理念。二战后，加强了煤矿安全管理的法制建设，规范了安全管理体制，采取的模式与我国现在的情况相似，即国家对煤矿企业进行综合监管。完善、强化监督体制，大幅度增加矿务监督官人数，努力防止煤矿事故。但在20世纪60年代，日本经历了一个事故高发期，特别是1963年三池煤矿煤尘爆炸事故，导致458名矿工死亡；1965年山野煤矿瓦斯爆炸事故，导致237名矿工死亡。这些事故对政府的安全管理理念影响很大，促使政府认识到，单纯通过增加监督官的数量，并不能有效控制煤矿事故的发生，还需要通过发挥企业的自主性，明确经营者的责任，由企业作为确保安全生产的主体。日本政府开始改变以监督为主的安全管理方法，深入推进自主安全体制。为了健全企业的经营活动，并维护企业的社会信誉，体现尊重、保护矿工生命的原则，日本中央劳动灾害防止协会于1973年在全国生产行业中推广“零灾害”运动。1982年，矿业劳动灾害防止协会也开始推广这一活动，使煤矿事故大幅度下降。全国百万人工伤事故率由1984年的60降到2005年的7。
3.规范、严格的煤矿安全管理
（1）严格的管理体制。日本煤矿执行的是自主安全管理和监督安全管理相结合的体制，以自主安全管理为主，监督安全管理为辅。自主安全管理就是矿业所有者及煤矿工人，在各自的责任范围内自己进行安全管理和监督安全管理。监督安全管理是他律安全管理，在政府监督机关的监督下，通过企业内部组织制订相关制度，确保安全管理在企业内部的作用。日本的《矿山安全法》对煤矿的安全管理体制作了严格的规定，要求煤矿建立健全3套安全管理机构，即：安全委员会、内部安全监督课及安全生产管理课，这3套机构从不同的角度实施安全管理。
（2）严细的安全管理。日本煤矿在安全管理上，除和我国一样建有安全管理机构、制订标准作业规程外，其主要特点是在严细上下功夫。工人上班前，必须了解工作场所的危险源，然后“手指口述”加以确认，才能开始工作。不懂的事情坚决不做；不清楚的工作必须问清楚后再做；规定不让做的事情坚决不做。这是《矿山安全法》的要求，也是煤矿工人的工作准则。
（3）先进的管理方法。日本煤矿以自主管理、自主运营为原则，在全体员工中开展“5S运动”“TPM活动”，团结员工，共同做好安全生产工作。“5S运动”是为了创造良好的工作环境，即整理、整顿、清扫、清洁、教养，彻底暴露设备的隐患，从根本上保证设备的“零缺陷”。“TPM活动”是全员、全过程进行生产保障的意思，包括宣传教育、个别改进、自主保障、事前保障、培养人才、前期管理、品质保障、安全卫生等内容，通过提高人的素质和设备的本质安全，全面促进企业安全生产。
4.完备的矿井监测监控系统
日本的《矿山安全规则》将矿井集中监测监控系统作为煤矿安全生产的重要保障。煤矿的集中监测监控系统采用仪器(传感器)对作业场所进行及时监控管理和作业人员对工作场所进行精确检测相结合的方法，包括监视、监测、控制、指令等系统以及中心监控室。井下所有人都携带对讲机，可以和地面调度室直接通话，这样任何一个地方发生了事故，井下所有人可以立刻知道，并及时采取防范、急救措施。矿井集中监测监控系统对事故和灾害进行预知、预防，确保煤矿安全和有效生产，起到了重要作用。
集中监视主要表现在以下2个方面：一是安全监测设备方面，对井下各种重要设备运转情况或对作业现场及巷道内的可燃性瓦斯、毒性气体、风速、温度等井下环境实施远距离的集中连续监视。传感器分布点面广、数量大，实现了对事故和灾害的早期异常状态的预知、预防；二是生产设备方面，对井下电器设备、通风设备、运输设备、实现了持续远程监视等，并能发出控制信号。
5.生产的高度机械化、自动化
日本企业通过提高机械化、自动化程度，解放了人力，减少了事故隐患，提高了安全水平。如钏路煤矿采、掘、开、运、洗、装全部实现了机械化，部分实现了自动化。主提升机房等大型设备都实现了无人值守自动控制；巷道维护采用小型挖掘机，只用一个人就可操作，工作效率高；掘进辅助工作也采用了“旱船”“单轨吊”等机械设备，把人力从运送物料工作中解放出来。
6.注重矿害的事前防范
日本将开采造成的地表深陷、地下水污染、废水排放、矸石危害、大气污染等称之为矿害，日本在矿害防治方面有着很完备的法律法规。《矿业法》中第6章关于矿害的赔偿是一项有关矿害（在这里不仅限于煤矿矿害，它包括所有与矿业有关的矿害）赔偿责任的基本法律。《矿山安全法》也对有关矿山对人身危害的预防、设施安全、矿害防止等基本事项作出了规定。为了预防矿害，钏路煤矿排矸石和洗煤厂的水煤浆处理都是在距离矿井较远的山谷中，而且加强了土地复垦，复垦后的矸石山和周围的环境融为一体，防止了对环境、地下水体等造成污染。
7.政府对煤矿安全实施积极的补贴政策
日本政府为了改善煤矿安全生产条件，1965年设立了确保矿山安全事业费补助金制度，将安全专用设备(包括井下无线通讯系统、煤矿监测系统、矿井一氧化碳自动监控系统、计算机管理系统等)、安全工程、矸石山的安全防治等设为补助对象，加强了安全设施的投入力度，提高了煤矿综合防灾抗灾能力，彻底扭转了被动的安全形势。同时，制定了《煤炭矿山安全临时处理法》，改善条件不好的煤矿。对于难于确保安全的煤矿，劝告其停止生产，并给予补助。在1961年至1967年间拨款总额达7.38亿日元，顺利关闭了81座矿井。
编辑 宁 远
作者：江洪清
自动化监控系统安全工程论文 篇3：
“安全监测与监控”课程改革与实践
基于LabVIEW程序设计的
摘 要：“安全监测与监控”是安全工程专业的一门专业课。为了提高教学质量，本文通过对“安全监测与监控”课程特点及存在问题的分析，提出基于LabVIEW程序设计的“安全监测与监控”课程改革与实践，根据煤矿瓦斯监测监控系统的硬件组成，在LabVIEW环境下开发设计整个虚拟过程，包括虚拟传感器的信息采集、井下分站的信息收集和汇总、信息传输通道的信息传输及地面中心站的信息处理和显示。课堂教学效果表明：基于LabVIEW虚拟仪器的程序设计是“安全监测与监控”的另一种更加快速、有效的“课堂实验教学”。“课堂实验教学”演示在教学过程中提高了学生的学习兴趣，学生可以根据不同的实验要求，编写相应的控制程序，提高了学生的编程能力和创新思维能力，大幅度提高了学习效果。
关键词：安全监测与监控；LabVIEW程序设计；实验教学；课堂效果
作者简介：倪冠华，博士，山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心讲师，研究方向为安全技术及工程；于师建，山东科技大学矿业与安全工程学院；程卫民，山东科技大学矿业与安全工程学院；周刚，山东科技大学矿业与安全工程学院；刘震，山东科技大学矿业与安全工程学院。（山东 青岛 266590）
基金项目：本文系2015年山东省普通本科高校应用型人才培养专业发展支持计划“安全工程”建设项目（编号：BKYY2015）的研究成果。
安全工程专业是在矿井通风与安全专业的基础上发展而来的，安全监测监控作为安全工程专业的一门专业课[1-2]。近年来，随着材料科学、传感器技术的发展，关于工业生产安全问题的监测与监控技术发展很快。在煤矿生产方面，自从国家煤矿安全监督管理总局进行了全国范围内的煤矿瓦斯灾害专项整治以来，要求国内大中小型煤矿都需要安装煤矿安全监测监控系统[3]，主要监测的目标有两类：一类为矿井环境参数监测，包括瓦斯浓度、一氧化碳浓度、矿井温度、湿度等；另一类为工况参数监测，包括煤仓煤位、皮带运行情况、掘进机、采煤机运行情况等。以上安全监测监控的广泛和深入的应用，逐步凸显了“安全监测与监控”课程的重要性。但是，根据笔者3年来的授课经验获悉，此课程课堂效率不高，学生学习积极性不足，主要因为“安全监测与监控”的教学方式主要以讲授为主，对于包括计算机技术、通信技术、网络技术和电子技术为一体的安全监测监控技术的讲授方式使学生感到枯燥无味，学生学习效率低下。因此，如何使学生能有效、生动地掌握“安全监测与监控”课程成为亟待解决的关键性问题，而基于Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench（LabVIEW）虚拟仪器[4-5]的程序设计正是对“安全监测与监控”这一课程进行的改革与实践。
一、安全监测与监控课程概述及特点
安全监测监控系统是包括计算机技术、网络技术、通信技术和电子技术为一体的综合自动化产品。主要包括传感器、监控分站、通信信道、中心站和电源5部分组成，如我们常见到的建筑消防监测监控系统、楼宇火灾安全监测监控系统、煤矿瓦斯监测监控系统、交通监测监控系统等，都以环境系统的安全为目标而设置的一套综合性电子系统。可见，安全监测监控系统是国内外各行业都应用到的一种预防安全事故的综合性技术产品，通过对环境状态参数、安全信息的监测与监控，来实现安全性分析和预测的自动化、准确化和及时化，并给予必要的预警和控制。
鉴于此，本课程首先介绍了安全监测监控的系统组成和发展历程、传感器基本理论，其次，介绍了瓦斯检测、矿井环境状态参数（一氧化碳、温度、湿度、粉尘、硫化氢等）检测、矿井生产系统工况参数（风门开关状态、机电设备开停状态、煤炭运量等）检测三大检测应用；然后，介绍了安全监测数据采集（A/D转换器、采样保持器、信号放大器、D/A转换器）、数据通信（数据基带传输、频带传输、数据多路复用）及计算机网络三项关键技术，最后介绍了安全监测监控系统管理（辅助管理和远程管理）、性能测试、设计原则及步骤等设计方法。另外，“安全监测与监控”课程设置有2个学时的实验教学，实验教学内容为“煤矿安全生产监测监控系统实操实验”，实验目的包括：熟悉矿井安全生产监测监控系统；了解各种传感器的原理和實际使用方式、方法。具体内容为实施监测监控矿井井下各种安全参数：瓦斯浓度、风速、负压、温度等并做记录。因此，现有的“安全监测与监控”课程特点为以讲授为主（30学时）、课堂实验为辅（2学时）。
二、教学过程中存在的问题
虽然“安全监测与监控”课程包括讲授和实验两个方面，但是，通过课间和学生的交流反馈，以讲授为主的理论讲解必会造成学生在课堂学习过程中枯燥无味、学习困难的严重问题，主要因为安全工程专业学生电子电路技术理论、通信理论基础薄弱，以讲授为主的理论讲解，很难使学生理解，难以激发学生的学习热情和兴趣。
此外，虽然2个学时的煤矿安全生产监测监控系统实操实验，可以让学生理论联系实际，更加具体形象地了解安全监测监控系统的实际工作过程，让学生在课堂学习安全监测监控系统组成、传感器的工作原理、数据采集、通信及计算机网络等技术的基础之上，使学生更加深刻地理解安全监测监控系统工作原理。但是，笔者在传授课程过程中发现，由于各高校为了专业各门课程的统筹发展[6]，往往对于“安全监测与监控”实验教学的设备投入不够，并且众多学生围绕一台实验仪器的现象比较突出，实际学习情况并不令人满意。因此，如何改善学生学习条件及方式，如何使其获得更加有效的实践学习，是摆在我们面前的一项紧迫任务。
三、基于LabVIEW程序设计的“安全监测与监控”课程改革与实践
参考当前煤矿安全监测设备的各项技术指标，通过煤矿瓦斯监测监控系统LabVIEW虚拟仪器的设计，使学生在煤矿瓦斯监测监控系统的理解和应用上更加直观、具体、方便。
1.LabVIEW程序简介。LabVIEW是一种程序开发环境，类似于C语音和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的根本区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言编写程序，产生的程序是框图的形式[7-8]。LabVIEW开发的软件程序由数据流程图、前面板和图标连接端口三部分组成。
（1）数据流程图。数据流程图[9]，又称框图程序，采用图形化的编程语言进行框图程序的编写，代替传统编程语言中的文本代码。框图的程序由节点、端點、图框和连线四种元素构成。
（2）前面板。前面板是LabVIEW应用程序的图形化用户界面，可以布置输入参量和查看输出参量，前面板可包含按钮、度数盘、开关量、仪器量及其他实际仪器工具，LabVIEW应用程序的前面板相当于实际监测监控系统的操控面板，并且其图标均为功能模块。
（3）图标连接端口。图标的连接端口可以实现图标之间的连接，并可以实现LabVIEW的层次化结构。用户可以把上层次的LabVIEW程序来调用以创建更加复杂的下一层次LabVIEW程序，且这种层次化调用的梯次可以无限增加。
2.LabVIEW虚拟仪器应用程序设计。煤矿瓦斯监测监控系统LabVIEW虚拟仪器的程序是根据煤矿瓦斯监测监控系统的硬件组成和功能，在LabVIEW环境下开发设计的。包括虚拟传感器的信息采集、井下分站的信息收集和汇总、信息传输通道的信息传输及地面中心站的信息处理和显示，这是一个完整的虚拟过程[10】。
首先，在数据流程图中利用图形化方法进行编程，实际上是LabVIEW的程序代码。利用数据流程图中的各种图形控件虚拟煤矿瓦斯监控系统的硬件部分，具体如下：
（1）利用四组信号输入图形控件虚拟不同井下分站的多组瓦斯传感器，采取在0～5.3之间随机取值的方式，模拟煤矿井下传感器对井下瓦斯的浓度的随机连续的取样过程。
（2）采用四个信息收集图形控件虚拟四个井下分站，对信号输入图形控件传来的多通道信息进行收集和汇总，模拟井下分站对井下各瓦斯传感器传来的信息的收集和汇总。
（3）对地面中心站的虚拟，则根据地面中心站的多个功能进行设计编程，包括利用显示器控件虚拟地面中心站的显示器及大屏幕，模拟显示器及大屏幕对地面中心站传出的信息的显示功能；利于比较控件虚拟地面中心站的处理器，模拟地面中心站的信息处理；利用一个LabVIEW子程序虚拟地面中心站的声光报警功能，传出的数值经过比较控件的比较，当信息大于5%时，则实现声光报警功能。
（4）数据流程图中的各种连线，即可虚拟矿井井下及地面CAN总线及各种通信电缆，实现模拟井下分站和地面中心站及各井下分站与传感器之间的信息传输。
其次，LabVIEW应用程序的前面板相当于实际监测监控系统的操控面板，并且其图标均为功能模块。其中，包括图形显示控件、报警灯控件、文本显示控件、按钮与开关控件。具体设计方案如下：
LabVIEW从数据流程图接收指令，在前面板上有设置四个图形显示控件，虚拟地面工作站的显示器或大屏幕。图形显示控件中分别显示各信息的大小，并用直线连接。分别模拟显示掘进工作面、回采工作面、机电设备洞室、主要运输巷道的瓦斯浓度。当数值大于5%时，则在前面板中弹出瓦斯超限窗口，同时在前面板中实现声光报警功能，从而提示工作人员瓦斯超限。工作人员还可以通过前面板上的图形显示窗口观看瓦斯浓度的显示，并进行预测，确定瓦斯超限的地方，快速、准确地获取瓦斯超限信息。
3.实践及效果分析。基于LabVIEW虚拟仪器的程序设计，可以说是另一种更加快速、有效的“课堂实验教学”。“课堂实验教学”的优势在于：①基于LabVIEW程序设计的“安全监测与监控”课程改革，可提高学生的学习热情和兴趣，提高课堂效率；② 提高学生的编程及创新思维能力，学生可自定义数据流程图、前面板和图标连接端口，通过不同参数、不同报警值的设定，来模拟不同的安全监测监控系统，相当于多套传统实验教学系统，丰富了实验内容。
在具体实践“课堂实验教学”过程中，以基于LabVIEW程序开发的煤矿瓦斯监测监控系统为例，模拟传感器采集掘进工作面、回采工作面、机电设备洞室、主要运输巷道的瓦斯浓度，将数据传送给监控分站，监控分站通过通信信道传给地面中心站，地面中心站通过数据处理和分析，将指令传给执行机构，若瓦斯超限，则实现声光报警功能。学生学习的效果比传统讲授教学具有明显提升，首先，通过学生的学习及反馈，由于LabVIEW程序设计软件是一种图形化的编程软件，学生不必去学习复杂的编程语言，而是直接采用数据流程图中的各种控件实现编程的功能，学生容易掌握；其次，当数值大于5%时，则在前面板中弹出瓦斯超限窗口，同时在前面板中实现声光报警功能。此时，学生可以自定义报警值，可以实现不同瓦斯浓度条件下的声光报警功能，激发学生的学习热情。第三，学生掌握LabVIEW程序设计软件，可以自主开发其他安全监测监控模拟软件，如楼宇火灾监测监控等，可以开拓学生的创新思维，提高学生学习及工作能力。
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责任编辑 程 华
作者：倪冠华 于师建 程卫民 周刚 刘震
