矿区安全监控系统的设计与研究

(乌海市乌达矿务局信息中心，内蒙古 乌海 016040)

摘要：文章以神华集团公司各矿井安全监控系统为依托，利用计算机网络系统对煤矿安全监控系统进行了统一集成设计与研究，同时还分别对通讯协议与数据库结构、技术指标、网络拓扑结构、数据标准和系统的表现形式C/S、B/S等方面进行了设计与研究，从而实现运用信息化为产业化服务和管理，保证安全生产。

关键词：安全监控；远程监控；网络资源；信息化

中图分类号：TD76    文献标识码：A    文章编号：1007—6921(2009)21—0070—02

煤矿安全监控系统是各矿生产、安全及管理方面的实时监测监管系统，对于煤矿的生产运行状况，安全水平、预测预报具有重要的作用。为了加强对集团公司下辖各矿的安全生产进行管理，利用现有网络了解各矿的安全生产情况，将所辖各矿的环境参数、设备运行状况等监测数据集中到集团公司，使主管部门及领导在网上浏览各种所需的信息，做到对各矿的安全生产状况进行综合动态分析，对各矿井瓦斯数据超限、设备断电、数据实时值等进行实时监测，为领导决策提供依据，实现资源的有机共享。
1 设计

在煤矿安全领域引入数字化监控技术，通过在煤碳企业范围内的联网，可以对区域内所有煤矿瓦斯防治情况，包括井下瓦斯浓度、风机开停状态及设备送电断电情况等，实施集中监控、远程监控和实时监控，针对突发情况及时采取调整作业方式、停止生产、人员撤离等措施。同时，通过监控系统，还可以对井下采掘工作面的位置进行跟踪，防止越界越层开采。

系统设计一般可以分为三级，第一级为矿端本地监控，第二级为集团公司级的远程监控，第三级为省市相关主管部门远程监控。
1.1 总体设计

总体设计包括：①建立煤矿数字化瓦斯远程监控中心;②将所有已安装的瓦斯监测监控系统与集团公司监控中心联网，实现煤矿现场监测数据的采集、远程传输和集中存储，并考虑今后部分新增矿井的顺利接入；③可对所有异常数据进行分析，按时间实现分级短信自动报警，为管理人员提供信息，提供会议通知短信。
因此，系统包含硬件和软件两个平台，其中硬件平台分为监控数据中心设备、煤矿数据采集设备、网络通讯传输设备；软件平台主要包括系统构成、远程数据传输子系统、网络中心数据处理子系统和异地查询子系统。
1.2 系统C/S部分设计

①矿井基本信息：如矿编号、矿井位置、在线状态等，②安装位置定义表：采用矿编号+定义表。定义表包含矿井监控系统对测定进行定义的必要信息，如：传感器编号、安装位置、传感器类型、传感器量程、上限断电值等。③实时数据表：采用矿编号+实时数据表。实时数据表包含矿井监测数据的所有实时信息，如：传感器编号、实时值或状态、异常标志、异常累计时间等。④历史数据表：采用矿编号+日期。历史数据表包含每个矿井每天的监测信息和异常状态，如：传感器编号、某一时刻(3min)的最大值、某一时刻的最小值和平均值等。⑤图形信息：采用矿编号+图形表1编号+图形表2。前者用于存放矿井通风系统图以及当前每个动态点在图上的位置坐标等;后者存放矿井有多少张区域通风系统图等信息。⑥所有异常信息表：存放所有异常信息。如：出现异常的矿井编号、异常情况、时间等。⑦短信分组报警信息表：当异常信息发生后，所有数据自动送入该数据库，当判断时间满足发送条件时自动发送短信进行报警，其格式为：“某某煤矿、某地方、异常信息、单位、异常累计时间，谨请领导关注！”
1.3 系统B/S设计

建设煤矿数字化瓦斯远程监控系统的网站。所有信息均以SQL数据库进行存放，在网站界面上设置以下功能模块：单位简介、实时新闻、法律法规、政务信息、办公动态、软件下载、留言信息、远程管理等栏目。
①远程管理：任何一个网管人员(区县)输入自己的用户名和密码进行验证后，便可以发表最近关于煤矿发生的新闻和事件，以供煤炭行业共享。
②法律法规：摘自全国煤矿行业的规章制度和煤矿的规章制度，以供各煤矿共享和下载。
③办公动态：提供各种工作流程处理程序，如收文、发文、通知、印鉴使用申请等流程问题。包括行政办公类、事务处理类、待处理任务、已完成任务、归档任务、查询等。
④软件下载：为煤矿提供相关软件下载，如：矿编号、系统补丁、各种监控系统联网软件等。
1.4 通讯协议与数据库结构设计

数据传输采用的通讯协议TCP/IP,由于大部分的矿井比较分散，监测点比较多，数据流量大等特点，目前一般采取光纤传输方式。

数据发送端与中心接收端采用自定义格式进行数据传输，具有较好的加密性和数据高压缩性，以确保数据采集的准确性。整个系统采用B/S和C/S模式(B/S：中心服务器与任意授权客户端之间，其客户端不能安装任何软件，直接通过IE进行游览；C/S：中心服务器与矿监测主机之间，其监测主机要安装一个程序，方能把矿上的数据上传至中心服务器进行存储)，服务器端可以实时采用实时数据库加WEB数据库方式作为数据服务器，关键的实时数据库处理，远程访问通过WEB数据库处理。
1.5 技术指标
1.5.1 软件指标。在软件中符合国家安全生产监督管理总局的技术要求，应具备表1所示指标。
1.5.2 网络指标。网络操作系统：WindowsNT、Windows2000、WindowsXP、和Windows2003.

网络访问方式：局域网、广域网、互联网、无线拨号网络等。

通讯方式：煤矿终端与网络服务器间采用GPRS、CDMA无线通讯，也可以用有线和微波方式。

网络用户数不受限制，取决于所采用的服务器硬件设备的能力和容量，最低至少1台主服务器，主频在500MHz、内存在512M、硬盘在20G以上。

联网煤矿的监测系统型号不限，按提供的标准数据通讯协议，对原系统软件稍作增补即可实现远程数据通讯传输功能。

联网煤矿的监测系统运行的操作系统不限。
1.6 网络系统结构设计

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网络系统示意图如图1所示。从图1可以看出，本系统由远程监测数据中心、异地查询系统、安装在矿井现场的矿终端三大部分组成。

监测网络中心一个交换机将网络中心的系统服务器(数据库服务器)、光纤陈列、WEB服务器(异地查询服务器)、工作站、短信自动报警装置、防火墙互相连接起来组成一个局域网。网络中心的网通营运租赁至少10M的光纤通道或自己网络和申请一个公网IP地址接入INTERNET公网或内部分配的IP地址，通过INTERNET公网接收各矿传输来的监测数据，通过KJ2003Server将数据保存到数据库服务器上或者光纤阵列中。各级煤矿监管机构接入宽带后，即可查询监测数据，通过这些技术的应用即可组成从集团公司各子公司、煤矿和职能管理部门的庞大煤矿安全生产监控网络系统。如果出现超限监测数据，系统通过短信自动报警装置自动按预先设置的级别将该超限数据发送到指定人的手机上面进行告警(其格式为：XX煤矿、传感器安装位置、实时值、异常累计时间，谨请领导关注！)，同时将告警短信记录到数据库中，以备以后查询。

对煤矿端的数据采集来说，在现有已安装的瓦斯监测监控系统的基础上只需增加一个相应通讯方式接入设备，通过双绞线与监控主机相连，采集程序将监测数据压缩转换后，检查网络情况，如果网络畅通，通过各种通讯方式将压缩转换后的数据发送到监控网络中心存储，如果网络不通，采集程序将监测数据压缩转换后，直接存放在本地数据库或者文文章件，待网络通后将压缩转换后的数据发送到监控网络中心存储。同时监控人员可以对数据进行分析处理，实现24h实时监控。

各级主管部门以及外出办公人员通过异地查询系统(系统要具有外网IP地址)，经过一定的权限分配，也可以了解煤矿瓦斯的监测情况。
1.7 数据标准

监测数据中心收集和传输的数据采用统一格式，即采用统一的数据点表来定义、规范矿井瓦斯数据。数据点表是监测监控系统中重要的数据表格式，对每一个信息采集点进行统一编码，用以识别来自不同信息采集点的信息方法。
2 应用软件系统

应用软件系统主要由五大子系统组成，按功能划分为煤矿监测数据采集子系统、远程数据传输子系统、监测数据管理子系统、系统设置子系统、异地查询子系统，每个子系统的详细功能分述如下。
2.1 煤矿监测数据采集子系统

煤矿监测数据采集子系统主要包括KJ76数据采集功能、KJ66数据采集功能、KJ90数据采集功能、KJ101数据采集功能、KJ78数据采集功能、KJ95数据采集功能和KJ111数据采集功能、KJ93数据采集功能和KJ102数据采集功能。
2.2 远程数据传输子系统

远程数据传输子系统主要包括光纤传输功能、CDMA传输功能、卫星传输功能、GPRS传输功能、公用电话网传输功能和ADSL传输功能。
2.3 监测数据管理子系统

实时数据接收功能、数据存储功能、通讯状态监控功能、异常声光报警功能、异常信息按时间分级自动短信报警功能、实时数据查询功能、历史数据查询及分析功能和各种报表统计。
2.4 异地查询子系统

远程登录功能、管理人员远程管理功能、实时办公动态信息查询功能、煤矿分布监控图(GIS)和煤矿监控系统井下通风示意图查询。
2.5 煤矿实时数据查询

分站实时信息、瓦斯实时数据、开关量实时数据、断电实时信息、所有实时数据、异常分站实时信息、异常瓦斯数据实时数据、异常开关量实时信息、所有异常实时信息。
2.6 异常数据查询(瓦斯＼设备开停等)

历史数据查询、历史曲线查询、历史柱图查询、瓦斯趋势分析、数据报表(日报＼月报＼年报)、历史曲线查询与打印、小时数据查询五打印、实时超限报警(声光＼短信＼滚动)。
2.7 系统设置子系统

系统设置子系统主要包括服务器参数设置、数据点表自动创建、煤矿实时数据表、煤矿历史数据表、煤矿示意图表、煤矿传感器安装位置信息表、所有煤矿报警数据表、所有煤矿统计表。
2.8 煤矿编码名称设置

传感器设置(编码、类型、量程)、网站用户设置、短信分级报警条件设置、操作员管理(后台)。
3 结束语

通过以上的设计可以实现各矿监控系统采集到的数据在及时转存到所属监控信息中心的数据库，通过磁盘阵列可自动备份数据，防止数据丢失。监控软件为B／S结构，上传采用C／S结构，局端为服务器，矿端为终端。任意授权用户端(矿端)通过WEB游览器随时对安全信息进行查询、监测和管理。丰富的数据显示方式，能以文字、图形、报表、语音、声光等多种方式为操作提供信息；能够全面反映监测参数，具有单矿、多矿同屏和全局滚动循环监测功能；能够自动实时报警；能够兼容各种类型的监测系统入网；可以实现对异常信息如瓦斯、水害等事故的逐级分权限报警处理，并可通过无线网络向有关领导发送相关的手机短信，矿井事故发生后也可通过手机短信、电话拨号、网上信息发布等方式实现对救护、公安、医疗、职能监管等部门的灾害处理应急联动机制。