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解決方案solution

基于GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)-礦井安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案
一、項目背景

        在煤炭企業(yè),安全生產(chǎn)是擺在各級領(lǐng)導(dǎo)工作的第一位大事。而目前國內(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)督管理工作落到實處。


        在我國煤炭行業(yè),大多數(shù)企業(yè)都已經(jīng)或正在進行生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)測監(jiān)控等系統(tǒng)的建設(shè),這些系統(tǒng)的建立在實現(xiàn)安全生產(chǎn)的過程中起到了重要的作用;但是由于各種系統(tǒng)建于不同時期,使用不同的技術(shù),各系統(tǒng)無法有效的集成,使安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控信息不能很好的整合、利用。將安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控信息及時、準(zhǔn)確的傳送到各級相關(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全礦井生產(chǎn)過程及設(shè)備實現(xiàn)自動化監(jiān)測和控制,并能把信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送給礦級領(lǐng)導(dǎo),使領(lǐng)導(dǎo)在辦公室即可隨時了解生產(chǎn)、安全等信息,實現(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集中,可與礦務(wù)局、焦煤公司的局域網(wǎng)內(nèi)的計算機聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)實時遠程查看。而控制既可集中于監(jiān)控層操作,也可分散于設(shè)備控制層實施。各個子系統(tǒng)均可獨立自成體系,可以按照礦井要求分步配置,進而實現(xiàn)最佳配置。


二、項目分析

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)采集終端負責(zé)監(jiān)測礦井現(xiàn)場的瓦斯、一氧化碳、硫化氫等有害氣體的濃度、風(fēng)速、負壓、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)測煤倉煤位、水倉的水位及主要機電設(shè)備開停等生產(chǎn)參數(shù),監(jiān)測電壓、電流、功率等電力參數(shù)等,將這些參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)據(jù)管理中心進行分析處理。

2.1.2
無線傳輸設(shè)備

        鑒于對通訊模塊的要求,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、實時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。

2.1.3數(shù)據(jù)管理中心

       信息源管理(對原始數(shù)據(jù)和告警閥值數(shù)據(jù)進行配置和管理);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)任人的順序和時間等);數(shù)據(jù)管理(數(shù)據(jù)庫備份、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。

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

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2.3系統(tǒng)實現(xiàn)功能

        (1)系統(tǒng)具備具備的功能有:監(jiān)測瓦斯、風(fēng)速、負壓、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)測煤倉煤位、水倉的水位及主要機電設(shè)備開停等生產(chǎn)參數(shù);監(jiān)測電壓、電流、功率等電力參數(shù);機電設(shè)備運行保護參數(shù)。

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

       (3)系統(tǒng)可配置顯示屏,可以顯示動、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、測點配置,實時數(shù)據(jù)顯示等。也可通過顯示屏控制主機編制礦井實時礦井安全信息或提示。

       (4)系統(tǒng)的人機界面十分友好,所有顯示和打印有操作人員只要用鼠標(biāo)進行簡單的點擊即可,任何人都可方便使用,即使偶爾有錯誤的操作也不會影響系統(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入系統(tǒng)進行操作權(quán)限范圍內(nèi)的操作。

       (5)系統(tǒng)所有被檢測的參數(shù)、開/停信息及累計量累計、存儲,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時間,這些數(shù)據(jù)可隨時用表格、二維曲線等形式顯示出來,可以打印保存。對重要設(shè)備用戶能夠調(diào)整模擬量或設(shè)備開停信息和存儲時間。

       (6)系統(tǒng)有簡便的繪圖工具。所有動態(tài)、靜態(tài)圖都可由礦上一般操作人員繪制(繪圖時不影響主機實時監(jiān)測功能)。

       (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、名稱、單位、報警門限、斷電門限、監(jiān)測值、最大值、平均值、最小值、斷電命令、饋電狀態(tài)、超限報警、斷電邏輯不符報警、傳感器故障、封鎖與解鎖等。開關(guān)量顯示內(nèi)容包括地點、名稱、開/停時刻、狀態(tài)、工作時間、開停次數(shù)、傳感器狀態(tài)、閉鎖與解鎖等。累計量顯示內(nèi)容包括地點、名稱、單位、累計量值等。

       (8)系統(tǒng)具有模擬量實時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個模擬量曲線,并設(shè)時間標(biāo)尺,可顯示對應(yīng)時間標(biāo)尺的模擬量。

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

       (10)系統(tǒng)具有模擬動畫顯示功能。能形象、直觀、全面地反映安全生產(chǎn)狀況。點擊設(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)對各類報警信息進行處理,并實時進行存儲和報警。傳感器數(shù)值超限時聲光報警提示,并在監(jiān)控主機的相應(yīng)的條目以變換背景顏色和閃爍的方式提醒用戶發(fā)出報警信號的具體設(shè)備及安裝地點。

       (13)系統(tǒng)具有防雷電功能,再加上接口和分站的光電隔離;為了確保萬無一失,專門在主傳輸電纜聯(lián)接監(jiān)測主機端配置了法國生產(chǎn)的避雷器。


三、項目架構(gòu)實施

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),無線通信模塊F2103同時支持232/485通信方式,因此可以直接和礦井?dāng)?shù)據(jù)采集終端進行連接通信,如下圖:

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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, 所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò),雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接,在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN,普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN,防止其他非法用戶的進入。


        用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器,作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務(wù)器(或在APN路由器內(nèi),啟用路由器本地認證功能)。只有通過認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),為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密,避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離,并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性,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)點比較多、實時性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。


2. ADSL撥號連接(動態(tài)公網(wǎng)IP地址)

        中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接,采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的??蛻粝扰cDNS服務(wù)商聯(lián)系開通動態(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運營商申請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。運行可靠穩(wěn)定,推薦此種方案。

 

3.3 數(shù)據(jù)中心軟件平臺構(gòu)建

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


目前四信提供三種方式的中心接口:

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        1.首先是對于組態(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)動了,可以直接配置使用;

        2.對于后臺中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況,提供一個虛擬串口軟(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),從而實現(xiàn)利用無線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對現(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,此時我公司會提供一個動態(tài)鏈接庫,利用動態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進行對接,同時會提供一個的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件,不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的,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。


下圖為后臺中心管理軟件:

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四、方案特點

        1. 利用四信無線
IP MODEM可基本不用布線,且采用多點對一中心的組網(wǎng)方式,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一中心統(tǒng)一管理,由于礦井在地下深處,可配高增益延長天線解決地下信號不強的情況。

        2. 四信IP MODEM采用高性能工業(yè)級處理器以及看門狗等安全機制設(shè)計,保證IP MODEM 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟,保證IP MODEM 永遠在線,通信鏈路永遠正常。

        3. 目前礦井檢測工程數(shù)量及規(guī)模都不斷的在擴大,因此系統(tǒng)采用多點對中心的組網(wǎng)方案,不論采用普通無線GPRS還是APN專網(wǎng)都可以實現(xiàn)隨時增加新的采集控制點,對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)不會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,體積小巧方便維護。

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

        6. 多中心設(shè)計,可同時設(shè)置5個中心監(jiān)控采集現(xiàn)場,避免因某個中心網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者關(guān)閉導(dǎo)致無法對礦井現(xiàn)場進行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。

        7. 礦井一般都在偏遠地區(qū)且,在此F2103進行人性化工程設(shè)計,可是工程人員無需到現(xiàn)場就可以遠程直接對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行相應(yīng)的配置,達到時間和人力的合理利用。

        8. 高規(guī)格材料選配,可在 -25~+65ºC、 相對濕度 95%(無凝結(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家政策也是大力推行,廈門四信在礦井監(jiān)測領(lǐng)域已有全國范圍性的應(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POS終端、金融、供應(yīng)鏈自動化、智能化運輸、工業(yè)自動化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護、氣象信息采集、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測、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)。

關(guān)鍵字: 礦井監(jiān)控系統(tǒng) 礦井安全監(jiān)控 礦井監(jiān)控方案

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