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        在煤炭企業(yè)，安全生產(chǎn)是擺在各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)工作的第一位大事。而目前國(guó)內(nèi)的煤炭生產(chǎn)安全事故不斷，特別是不斷發(fā)生的重大瓦斯爆炸事故造成了嚴(yán)重的損失，已經(jīng)引起各級(jí)部門領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，正采取措施保障煤炭安全生產(chǎn)。

        隨著企業(yè)信息化的不斷深入，安全生產(chǎn)信息化成為企業(yè)信息化首當(dāng)其沖的重要內(nèi)容。利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段，建設(shè)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，才能將安全生產(chǎn)監(jiān)督管理工作落到實(shí)處。

        在我國(guó)煤炭行業(yè)，大多數(shù)企業(yè)都已經(jīng)或正在進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等系統(tǒng)的建設(shè)，這些系統(tǒng)的建立在實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的過(guò)程中起到了重要的作用；但是由于各種系統(tǒng)建于不同時(shí)期，使用不同的技術(shù)，各系統(tǒng)無(wú)法有效的集成，使安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息不能很好的整合、利用。將安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息及時(shí)、準(zhǔn)確的傳送到各級(jí)相關(guān)人員手中，缺乏有效的手段。系統(tǒng)需要在地面的中央控制室可對(duì)全礦井生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和控制，并能把信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給礦級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，使領(lǐng)導(dǎo)在辦公室即可隨時(shí)了解生產(chǎn)、安全等信息，實(shí)現(xiàn)全礦井的統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一管理。需要系統(tǒng)的信息由下而上逐級(jí)集中，可與礦務(wù)局、焦煤公司的局域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程查看。而控制既可集中于監(jiān)控層操作，也可分散于設(shè)備控制層實(shí)施。各個(gè)子系統(tǒng)均可獨(dú)立自成體系，可以按照礦井要求分步配置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最佳配置。

二、項(xiàng)目分析

2.1 系統(tǒng)組成

2.1.1礦井?dāng)?shù)據(jù)采集終端

        礦井?dāng)?shù)據(jù)采集終端負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)礦井現(xiàn)場(chǎng)的瓦斯、一氧化碳、硫化氫等有害氣體的濃度、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、一氧化碳、饋電及風(fēng)門開關(guān)等環(huán)境參數(shù)，還可以監(jiān)測(cè)煤倉(cāng)煤位、水倉(cāng)的水位及主要機(jī)電設(shè)備開停等生產(chǎn)參數(shù)，監(jiān)測(cè)電壓、電流、功率等電力參數(shù)等，將這些參數(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)據(jù)管理中心進(jìn)行分析處理。

2.1.2無(wú)線傳輸設(shè)備

        鑒于對(duì)通訊模塊的要求，廈門四信公司的F2103 IP MODEM(gprs dtu),具有體積小、功耗低、配置使用簡(jiǎn)單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道、實(shí)時(shí)在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網(wǎng)絡(luò)接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費(fèi)。

2.1.3數(shù)據(jù)管理中心

       信息源管理（對(duì)原始數(shù)據(jù)和告警閥值數(shù)據(jù)進(jìn)行配置和管理）；告警策略管理（配置安全數(shù)據(jù)的告警策略，例如通知安全責(zé)任人的順序和時(shí)間等）；數(shù)據(jù)管理（數(shù)據(jù)庫(kù)備份、恢復(fù)等功能）；

2.2 系統(tǒng)總架構(gòu)

        礦井采集終端通過(guò)RS232/485通訊接口與F2103串口連接，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網(wǎng)絡(luò)，例如固定IP、APN、ADSL等。

        無(wú)線傳輸設(shè)備F2103通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當(dāng)采集終端需要上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)直接送往串口，此時(shí)F2103就會(huì)把收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)。當(dāng)數(shù)據(jù)中心下發(fā)的命令或數(shù)據(jù)通過(guò)通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通過(guò)串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。

2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

        （1）系統(tǒng)具備具備的功能有：監(jiān)測(cè)瓦斯、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、一氧化碳、饋電及風(fēng)門開關(guān)等環(huán)境參數(shù)，還可以監(jiān)測(cè)煤倉(cāng)煤位、水倉(cāng)的水位及主要機(jī)電設(shè)備開停等生產(chǎn)參數(shù)；監(jiān)測(cè)電壓、電流、功率等電力參數(shù)；機(jī)電設(shè)備運(yùn)行保護(hù)參數(shù)。

       （2）配接更大的面積上顯示更多的工藝流程模擬圖、監(jiān)測(cè)曲線、表格和文字

       （3）系統(tǒng)可配置顯示屏，可以顯示動(dòng)、靜態(tài)模擬圖形、數(shù)據(jù)表格、歷史曲線、分層顯示采掘平面圖、測(cè)點(diǎn)配置，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示等。也可通過(guò)顯示屏控制主機(jī)編制礦井實(shí)時(shí)礦井安全信息或提示。

       （4）系統(tǒng)的人機(jī)界面十分友好，所有顯示和打印有操作人員只要用鼠標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊即可，任何人都可方便使用，即使偶爾有錯(cuò)誤的操作也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。為了確保系統(tǒng)配置等信息不被破壞，專門為系統(tǒng)管理人員、普通操作人員定義了操作權(quán)限并配置相應(yīng)的口令密碼，只有口令密碼正確才能進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行操作權(quán)限范圍內(nèi)的操作。

       （5）系統(tǒng)所有被檢測(cè)的參數(shù)、開/停信息及累計(jì)量累計(jì)、存儲(chǔ)，并可連續(xù)保持一年（系統(tǒng)軟件每三分鐘存盤一次），如有特殊情況可保存更長(zhǎng)時(shí)間，這些數(shù)據(jù)可隨時(shí)用表格、二維曲線等形式顯示出來(lái)，可以打印保存。對(duì)重要設(shè)備用戶能夠調(diào)整模擬量或設(shè)備開停信息和存儲(chǔ)時(shí)間。

       （6）系統(tǒng)有簡(jiǎn)便的繪圖工具。所有動(dòng)態(tài)、靜態(tài)圖都可由礦上一般操作人員繪制（繪圖時(shí)不影響主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能）。

       （7）系統(tǒng)具有列表顯示功能。模擬圖及相關(guān)顯示內(nèi)容包括地點(diǎn)、名稱、單位、報(bào)警門限、斷電門限、監(jiān)測(cè)值、最大值、平均值、最小值、斷電命令、饋電狀態(tài)、超限報(bào)警、斷電邏輯不符報(bào)警、傳感器故障、封鎖與解鎖等。開關(guān)量顯示內(nèi)容包括地點(diǎn)、名稱、開/停時(shí)刻、狀態(tài)、工作時(shí)間、開停次數(shù)、傳感器狀態(tài)、閉鎖與解鎖等。累計(jì)量顯示內(nèi)容包括地點(diǎn)、名稱、單位、累計(jì)量值等。

       （8）系統(tǒng)具有模擬量實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線功能，在同一坐標(biāo)上用不同顏色顯示最大值，平均值，最小值曲線，在一屏上，最多顯示6個(gè)模擬量曲線，并設(shè)時(shí)間標(biāo)尺，可顯示對(duì)應(yīng)時(shí)間標(biāo)尺的模擬量。

       （9）系統(tǒng)具有柱壯圖顯示功能。能直觀地反映開機(jī)率、開/停次數(shù)、傳感器狀態(tài)、閉鎖與解鎖等，并設(shè)時(shí)間標(biāo)尺。

       （10）系統(tǒng)具有模擬動(dòng)畫顯示功能。能形象、直觀、全面地反映安全生產(chǎn)狀況。點(diǎn)擊設(shè)備圖標(biāo)即可顯示該設(shè)備的有關(guān)內(nèi)容，包括工藝流程模擬圖、相應(yīng)設(shè)備開停、相應(yīng)模擬量數(shù)值和曲線等。

       （11）方便地由用戶自行生成各類表格，打印所要求的各類數(shù)據(jù)表格、圖形及曲線。

       （12）對(duì)各類報(bào)警信息進(jìn)行處理，并實(shí)時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)和報(bào)警。傳感器數(shù)值超限時(shí)聲光報(bào)警提示，并在監(jiān)控主機(jī)的相應(yīng)的條目以變換背景顏色和閃爍的方式提醒用戶發(fā)出報(bào)警信號(hào)的具體設(shè)備及安裝地點(diǎn)。

       （13）系統(tǒng)具有防雷電功能，再加上接口和分站的光電隔離；為了確保萬(wàn)無(wú)一失，專門在主傳輸電纜聯(lián)接監(jiān)測(cè)主機(jī)端配置了法國(guó)生產(chǎn)的避雷器。

三、項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)施

3.1 傳輸模塊與礦井采集終端連接

       在工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備一般都采用以太口或串口傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)線通信模塊F2103同時(shí)支持232/485通信方式，因此可以直接和礦井?dāng)?shù)據(jù)采集終端進(jìn)行連接通信，如下圖：

3.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入方式分析

1.專線接入

        中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過(guò)一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。

        用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過(guò)認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。

        用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過(guò)認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾。此種方案無(wú)論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。

2. ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）

        中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的?？蛻粝扰cDNS服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。

3. 通過(guò)固定公網(wǎng)IP連接

        中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INT ERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
 

3.3 數(shù)據(jù)中心軟件平臺(tái)構(gòu)建

        中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對(duì)于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來(lái)幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。

目前四信提供三種方式的中心接口：

        1.首先是對(duì)于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動(dòng)了，可以直接配置使用；

        2.對(duì)于后臺(tái)中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串口數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)利用無(wú)線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的完美結(jié)合。

        3.在客戶想要開發(fā)自己的數(shù)據(jù)中心是，此時(shí)我公司會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)客戶可以很輕松的與傳輸通道進(jìn)行對(duì)接，同時(shí)會(huì)提供一個(gè)的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)?？蛻艨赡芡ㄟ^(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)快速開發(fā)一個(gè)靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。

下圖為后臺(tái)中心管理軟件：

四、方案特點(diǎn)

        1. 利用四信無(wú)線IP MODEM可基本不用布線，且采用多點(diǎn)對(duì)一中心的組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一中心統(tǒng)一管理，由于礦井在地下深處，可配高增益延長(zhǎng)天線解決地下信號(hào)不強(qiáng)的情況。

        2. 四信IP MODEM采用高性能工業(yè)級(jí)處理器以及看門狗等安全機(jī)制設(shè)計(jì)，保證IP MODEM 萬(wàn)一通信中斷也會(huì)自行檢測(cè)然后自動(dòng)斷電重啟，保證IP MODEM 永遠(yuǎn)在線，通信鏈路永遠(yuǎn)正常。

        3. 目前礦井檢測(cè)工程數(shù)量及規(guī)模都不斷的在擴(kuò)大，因此系統(tǒng)采用多點(diǎn)對(duì)中心的組網(wǎng)方案，不論采用普通無(wú)線GPRS還是APN專網(wǎng)都可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)增加新的采集控制點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)不會(huì)造成任何的中斷和影響。

        4. IP MODEM 采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設(shè)計(jì)，體積小巧方便維護(hù)。

        5. 礦井安全事件頻發(fā)，直接涉及人身安全，國(guó)家高度重視，四信IP MODEM完全采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP安全傳輸協(xié)議機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的安全和及時(shí)，而且采用完全透明傳輸機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

        6. 多中心設(shè)計(jì)，可同時(shí)設(shè)置5個(gè)中心監(jiān)控采集現(xiàn)場(chǎng)，避免因某個(gè)中心網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者關(guān)閉導(dǎo)致無(wú)法對(duì)礦井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。

        7. 礦井一般都在偏遠(yuǎn)地區(qū)且，在此F2103進(jìn)行人性化工程設(shè)計(jì)，可是工程人員無(wú)需到現(xiàn)場(chǎng)就可以遠(yuǎn)程直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的配置，達(dá)到時(shí)間和人力的合理利用。

        8. 高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65ºC、 相對(duì)濕度 95%(無(wú)凝結(jié))環(huán)境下正常工作。
 

五、小結(jié)

        目前礦井環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)應(yīng)用廣泛，直接關(guān)系到生產(chǎn)生態(tài)安全，在特殊的大背景下國(guó)家政策也是大力推行，廈門四信在礦井監(jiān)測(cè)領(lǐng)域已有全國(guó)范圍性的應(yīng)用。在物聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境下廈門四信解決方案和產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于移動(dòng)POS終端、金融、供應(yīng)鏈自動(dòng)化、智能化運(yùn)輸、工業(yè)自動(dòng)化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護(hù)、氣象信息采集、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測(cè)、軍事、空間探索、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務(wù)、電力、煤礦、石化等行業(yè)。