基于网络技术的煤矿安全监控系统.pdf

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1、基于网络技术的煤矿安全监控系统X邓奇根,魏建平(河南理工大学 安全科学与工程学院,河南 焦作 454003)摘要:介绍了一种基于网络技术的煤矿安全监控系统,给出了系统实现的原理和结构组成,提出了系统软、硬件的设计思想和工作原理,重点分析了数据采集器、分站、通信接口、监控终端的实现方法及其监控计算机系统软件设计原理,阐述了系统实现的功能和工作过程,开发了灾变预警预报动态化、可视化、决策可靠性高的基于网络化的煤矿安全监控系统.实践表明:该系统性能稳定、可靠性高、易于操作、维护量小,具有广泛的应用前景.关 键 词:煤矿;监控系统;Web;预警中图分类号:TD76;TP 393.02 文献标识码:A

2、文章编号:1673O 9787(2007)03O 0241 O 050 引 言煤矿安全监控系统是集世界三大技术于一体的高技术产物,是具有现代先进水平的产品1,它包括信息采集(电子传感技术)、信息传输(数字通讯技术)、信息处理(微型计算机技术).煤矿安全监控系统是增强煤矿安全、提高生产率的有效工具.目前,我国大中型煤矿均装备了安全监测系统,但大量的应用实践表明,其信息处理手段落后,对灾害监测信息仅能作简单的统计报表、预测预报和动态图像显示功能较少,不能有效、及时、准确地预测预报事故;而且由于它们不具有网络共享和远程监控功能,使它们对存在的安全隐患和已经发生的事故不能做出及时地判断并进行有效的处理

3、,从而造成决策失误和管理不当2.随着煤矿生产的信息化、数字化、网络化,研制具有灾变预测预报动态化、决策可靠性高的煤矿安全监测可视化信息处理系统必将提高我国煤矿安全生产信息化水平,并为我国煤矿的安全生产提供可靠的保证3.1 系统组成及其原理该系统主要由传感器、数据采集器、分站、通信接口、监控终端、Web 服务器、客户机等构成 4-8(图 1).数据采集器和传感器安装在井下,数据采集器采集 CH4体积分数、CO2体积分数、CO 体积分数、炮孔 CH4体积分数、温度等传感器信号,通过井下分站、通信电缆、地面通信接口和监控终端,把采集到的实时数据保存到 Web 服务器上,即可实现报表显示、查询、统计、

4、打印及图形分析、预警提示等功能.第 26 卷第 3 期2007年 6月 河南理工大学学报(自然科学版)JOURNAL OF HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)Vol.26 No.3Jun.2007X收稿日期:2007O 04 O01基金项目:国家/9730 课题(2005CB221501)作者简介:邓奇根(1979O),男,江西乐安人,讲师,从事安全监测与信息技术研究.E O mail:1.1 数据采集器数据采集器的主要功能是通过几个不同的传感器,实时采集 CH4体积分数、CO2体积分数、CO体积分数、炮孔 CH4体积分数、温度等参数.数

5、据采集器电路由数据采集电路、A/D 转换电路、显示电路和通信电路组成 9.1.2 分站分站的主要功能是提高系统采集数据的速度和缩短系统的巡测周期,以及提高系统的整体性能.它一方面接受地面计算机传来的命令,存储系统定义的参数;另一方面又接受数据采集器采集的数据,传递给地面计算机.该分站设计采用了双单片机结构,一个单片机用于计算机通信,一个单片机用于控制数据采集器,并有一块断电不丢失 EEPROM 保存该分站的初始化常数.它有如下特点:(1)分站提供标准的 RS485 接口,以满足与数字信号的连接.(2)分站能根据监测到的参数就地进行安全控制和发出声光报警信号.(3)分站的显示窗口由 4 个数码管

6、组成,第 1 位显示通道号,后 3位显示数据及状态.显示窗口可以动态地实时显示分站所连接的传感器的数据及状态.(4)分站具有自动复位(复位电路)和手动复位(复位按钮)功能.当分站发生意外死机时,分站输出复位信号使单片机复位;分站具有自诊断功能,可以固定诊断并显示该路的值或状态.(5)分站中使用 FLASH 保存监控中心下发的初始化数据,即使分站与监控中心失去联系,分站仍能实现监测与监控功能,做到既能保存监测到的数据又能根据测定值和状态值实现安全控制.1.3 通信接口通信接口的主要功能是完成通信信号的电路转换、隔离和放大.它主要由以下 3 部分电路组成:(1)信号转换电路.完成计算机的 RS23

7、2 信号电平与标准的 TTL 电平的相互转换.(2)光电隔离电路.把计算机用电源与井下通信电缆用电源相互隔离.(3)滤波放大电路.对通信信号进行放大处理,保证信号的远距离传输及计算机的数据通信无误.1.4 监控终端矿井监察终端安装在现场,与矿井安全生产监测监控系统的主站相连,它不但可以取得分站的实时监测数据,而且还可直接监察监控系统自身的运行状况.在获得上述 2 类信息后,即时通过网络发送至网络中心.2 系统软件设计系统软件是一种 3 层结构模式的分布式系统10,它的开发采用了 B/S(浏览器/服务器)应用开发模式.而B/S 模式是指:在 TCP/IP 支持下,以 HTTP 为传输协议,客户端

8、通过 Browser 访问 Web 服务器以及与之相连的后台数据库技术及体系结构.服务器的运行环境主要为WIN2000 或 WINXP,IIS5.0 以上版本,MS SQL Server;客户端的运行环境为 WIN2000 或 WINXP,IE5.0 以上版本.系统采用 JavaScript 和 VBScript 脚本语言开发,其总体功能结构如图 2所示 11-15.2.1 实时显示实时显示当班(早班、中班、夜班)监测信息报表,对各测点进行实时跟踪分析、异常测点曲线自动跟踪.瓦斯体积分数分布图采用等高线形式,用红黄绿等颜色表示不同的体积分数.根据这些变化,进行生产决策,为煤矿瓦斯管理工作提供决

9、策依据.2.2 预警预报(1)异常数据预警.实时预警各异常数据(显示报警值、地点和时间),可声、光提示及数据打242 河南理工大学学报(自然科学版)2007 年第 26 卷印等多种形式.同时,可设定报警优先级,对累计报警信息进行动态分析,并结合专家信息库,找出事故隐患,提出优化的防范措施.(2)管辖工区警示.对于煤矿企业中各有关工区的风险管理工作自动进行监测和分析.如果生产过程中存在的风险需要某一工区处理,可及时做出提示,并要求在规定的时间内消除或控制事故风险.随着时间的推移,根据各工区处理事故风险工作状况,按上述原则进行预警或警示.同时,对各工区的风险管理工作成绩进行评价,鼓励先进,鞭策后进

10、,以督促各工区积极、有效地控制风险,防止事故的发生.(3)管辖人员警示.用户登录后,系统根据用户的身份,自动对其进行/预警提示0;自动监测和分析其风险管理工作,进行提示和预警,对其风险管理工作成绩进行评价;将评价结果反馈给本人和高层管理人员,以督促其更加积极主动地做好事故预防工作.2.3 报表查询显示查询各煤矿各测点的历史数据,可实现日报表、月报表、半年报表、年报表和任意所需数据的打印.2.4 在线分析/在线分析0 是根据监测的数据自动生成的/主次图0、/趋势图0、/比重图0、/控制图0,它包括历史数据趋势图、历史数据柱状图、实时数据趋势图、实时数据柱状图、模拟动态图、异常数据趋势图、异常数据

11、柱状图等,并为相关人员提供决策支持.3 现场应用3.1 监测参数趋势图各参数趋势图包括 CH4、CO2、CO、温度变化趋势图(图 3).实时动态显示各测点监测数据,利用不同颜色、声光动态显示异常数据趋势图.3.2 监测参数日报表实时监测参数日报表(表 1)以早班为例.表 1 监测参数日报表Tab.1 Daily report forms of inspect parameter地 点早 班第1 次第 2次U(CH4)U(CO2)U(CO)时间U(CH4)U(CO2)U(CO)时间温度/e炮眼(CH4)1160 轨道上山310-4210-4210-67B16310-4410-4210-611B1

12、7190.181160 胶带上山510-4310-4210-67B18510-4410-4210-611B18190.122303 胶带顺槽410-4210-6310-411B38 19 2304 工作面 410-4510-4310-810B20710-4410-6610-411B5619 2304 面耦角 910-41.210-3910-610B22 20 230 东轨上山410-4210-6310-815B03 19 区队值班人 矿长:总工程师:3.3 预警提示灾变预警提示见图 4.该系统已成功地运用于多个煤矿,并取得了良好的效果.采用分布式多层243第 3 期 邓奇根等:基于网络技术的煤

13、矿安全监控系统体系结构的煤矿安全监控系统,不仅解决了矿山企业安全生产信息监控技术水平低、管理落后的局面,还提高了信息化管理水平;更重要的是,通过联网加强了国家政府机构对煤矿企业安全生产的监督.其运用的 B/S 模式、ASP 技术建立的网络系统具有操作简单、实用,维护、升级方便,功能强大,运行稳定等优越性,它不但全面地形成了信息资源的共享,而且还有效地对人员的行为、设备的监控、办公系统的自动化和信息资源的网上查询进行了管理.实时、准确地收集安全信息,系统、全面地分析安全信息,科学地进行安全决策,符合目前网络信息技术的发展趋势.通过对各煤矿企业生产实时监测,避免和减少了安全事故的发生,降低了事故带

14、来的损失.因此,基于分布式多层体系结构的煤矿安全监控系统的建设,对煤炭企业的安全生产、文明生产、科学生产具有重要的意义.参考文献:1 闫广祥,郭圣义.数字化煤矿安全监测监控系统的应用与实践 J.中国煤炭,2004(2):74 O79.2 李建文.可视化矿井安全监测系统的开发与应用 D.北京:北京科技大学,2001.3 梁伟文.基于组态软件的能源计量点数据采集与处理系统研究 J.中国电力,2001(3):14 O16.4 徐乐年,张宪栋,郑效田,等.煤矿瓦检作业跟踪与管理系统的设计与应用 J.煤矿安全,2006,33(5):35O37.5 宋 军,顾永建,高守乐,等.嵌入式井下网络智能分站的研究

15、与实现 J.河南理工大学学报:自然科学版,2005,24(2):109 O112.6 刘富强.煤矿多媒体监测监控系统及其关键技术研究 J.煤炭学报,1998(4):412O416.7 李 鹏.煤矿井下宽带综合业务数字网网络结构与路由算法研究 D.徐州:中国矿业大学,2003.8 蔡 崇,王占飞.KJ70 型煤矿安全生产监控系统的应用 J.煤炭科学技术,2004,32(9):26 O27.9 徐乐年,刘 冲,刘明辉.基于 M OBUS 的智能采集器的设计与应用 J.工矿自动化,2006(4):56O 59.10 邓奇根,曹庆贵,王 燕.B/S 模式的煤矿安全信息系统开发 J.矿业安全与环保,20

16、06,33(1):27 O28.11 CAO QINGGUI,DENG QIGEN,WANG YAN,et al.Dynamic Monitoring System of Occupational Health andSafety Management M.Beijing:Science Press,2005:1 857O1862.12 张子戌,吕闰生,刘高峰,等.基于小波变换的构造煤自动判识软件开发 J.河南理工大学学报:自然科学版,2006,25(5):345O347.13 CAO QINGGUI,SHAN GUOWEN,ZHOU JIZHEN,et al.Safety Informati

17、on System of Colliery Basing on In2tranet CMHUANG PING,WANG YAJUN,LI SHENGCAI,et al.Progress in Safety Science and Technology(vol.).Beijing:Science Press,2002:783O787.14 伍俊良.管理信息系统开发与应用 M.北京:科学出版社,1999.15 文东戈,侯九阳.采用 C/S 与 B/S 混合模式构筑煤矿电力企业信息化管理系统 J.煤矿机械,2004(5):59O61.244 河南理工大学学报(自然科学版)2007 年第 26 卷Co

18、al mine safety monitoring system based on network technologyDENG QiO gen,WEI JianO ping(School o f Safety Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China)Abstract:A mine safety monitoring and control system based on network technology was introduced,itsrealization principle

19、 and structure were explained.Design thought and work principle of software and hard2ware system were put forward.The realization method of dataO acquisition device,substation,communica2tion interface,monitoring terminal and the design principle of monitoring computer software system weremainly anly

20、sised,the realization functions and work process of system was simply elaborated.A dynami2cally cataclysm early warning,visible and high decision reliability for coal mine safety monitoring and con2trol system based on network technology was developed.Practice shows that the system has a stable perf

21、or2mance,high reliability,easy to operate and small maintenance,which has a widespread applicationprospect.Key words:coal mine;monitoring and control system;Web;earlyO warming(责任编辑 杨玉东)科技论文量和单位使用中常见的问题a.使用已废弃的量名称.如比重、比热、原子量、质量百分比浓度等.b.未使用国家标准规定的量符号.如质量符号不用 m,而用 W、P 或Q 等;用多个字母构成一个量符号,如用 CHT 作/临界高温0 的

22、符号.c.使用已废弃的非法定单位或单位符号.前者如斤、千克力(kgf)、卡(cal)、摩尔浓度(M)等;后者如O(开尔文)、rpm(转每分)等.d.非普及性书刊使用单位的中文符号,有的把单位名称当中文符号使用.如将/p=100 帕 0错写成/p=100 帕斯卡0;还有的把既不是单位中文名称,也不是单位中文符号的符号当作中文符号使用,如/摩尔/立方米0.e.同一篇文章中的单位时而用中文符号,时而用国际符号,在组合单位中 2 种符号并用,如/m3/秒0.f.把一些不是单位符号的符号,有的把单位的全称,作为标准化符号使用.如 ppm(10-6),hr(小时),day(天)等.g.量符号及其下标符号、

23、单位及词头符号的正斜体、大小写不符合国家标准的规定.h.不善于使用词头构成十进倍数或分数单位,出现如 100 000m,01000 36 A 的量值书写形式.i.词头使用错误,如独立使用、重叠使用等.j.对单位符号进行修饰,如在单位符号上加下标、复数形式以及其他说明性字符.k.使用单位符号张冠李戴.如把平面角的单位符号/c0/d0 用作时间单位/分0/秒0,说/发电量为 470 亿千瓦0 等.l.在图、表等中用特定的单位表示量的数值时,未采用/量/单位0 的标准化法.如/P/MPa0仍按传统方法表示成/P,MPa0 或/P(MPa)0.245第 3 期 邓奇根等:基于网络技术的煤矿安全监控系统