一、前言
目前礦井安全已成為煤礦行業(yè)的重中之重，目前國內的煤炭生產安全事故不斷，特別是不斷發(fā)生的重大瓦斯爆炸事故造成了嚴重的損失，更引起了社會各界人士對礦井安全的關注，也成為各級部門領導最關心和堅決解決的一個問題。因此如何做到及時的預防和減少此類安全生產事故也成了礦井安全最重要的一個環(huán)節(jié)。
隨著企業(yè)信息化的不斷深入，安全生產信息化成為企業(yè)信息化首當其沖的重要內容。利用現(xiàn)代化的信息技術手段，建設安全生產監(jiān)督管理信息網絡系統(tǒng)，才能將安全生產監(jiān)督管理工作做好。
目前國內煤礦行業(yè)中，多數(shù)企業(yè)都已經或正在進行生產調度、監(jiān)測監(jiān)控等系統(tǒng)的建設，這些系統(tǒng)的建立在實現(xiàn)安全生產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，各系統(tǒng)無法有效的集成，使安全生產監(jiān)測監(jiān)控信息不能很好的整合、利用。將安全生產監(jiān)測監(jiān)控信息及時、準確的傳送到各級相關人員手中，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過程及設備實現(xiàn)自動化監(jiān)測和無人職守控制，并能把信息通過網絡傳送給礦級領導，使領導在辦公室即可隨時了解生產、安全等信息，實現(xiàn)全礦井的統(tǒng)一調度和統(tǒng)一管理。需要系統(tǒng)的信息由下而上逐級集中，可與礦務局、焦煤公司的局域網內的計算機聯(lián)網，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)最佳方案。
針對這些問題，廈門藍斯通信有限公司設計出了礦井安全GPRS無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)，可以對煤礦生產進行有效監(jiān)管，預防和減少安全生產事故的發(fā)生。該系統(tǒng)具有可靠運行，數(shù)據(jù)采集實時性強，有效的解決了其他通信方式存在的各種問題。在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r、準確的前提下，將系統(tǒng)運行費用也降低到了最低；同時，網絡通訊鏈路由專業(yè)的網絡運營商（中國移動）來維護，避免了用戶在使用監(jiān)測系統(tǒng)的同時，還需要耗費很大精力去維護通信線路等問題；節(jié)約了用戶的初期建設投資和運行維護費用。
二、系統(tǒng)簡介
1．礦井安全GPRS無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)簡介
礦井安全GPRS無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)，依托穩(wěn)定、可靠的中國移動GPRS 網絡，采用先進成熟的GPRS 無線數(shù)據(jù)終端為遠程傳輸設備，基于標準的TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)了監(jiān)測系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)采集功能，為不具備有線傳輸條件的煤礦生產點，提供了成本低、見效快、高效率的數(shù)據(jù)傳輸平臺，為煤炭企業(yè)安全生產提供強有力的監(jiān)察手段。
2．GPRS系統(tǒng)簡介
GPRS是通用分組無線業(yè)務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務。
GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業(yè)務，它是以數(shù)據(jù)流量計費、覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業(yè)和企業(yè)用戶開展無線辦公提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網絡相比，GPRS網絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優(yōu)點。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。
隨著新一代GPRS移動通訊業(yè)務的產生和全面投入，無線移動數(shù)據(jù)通訊的應用也越來越廣泛。高速的數(shù)據(jù)傳輸和永遠在線特點，配合按流量收費的資費方式，使GPRS通訊在監(jiān)控監(jiān)測應用具有無可比擬的性價比優(yōu)勢。采用GPRS無線通訊網絡的移動IP通訊，既可獨立作為數(shù)傳通道，也可作為已經架設光纖、數(shù)傳電臺等方式的輔助手段。
三、監(jiān)控系統(tǒng)組成
1.系統(tǒng)組成
a．安全數(shù)據(jù)采集
礦井原始數(shù)據(jù)采集（使用RS485、RS232等接口直接采集瓦斯、一氧化碳以及硫化氫等有害氣體的濃度以及挖掘深度等數(shù)據(jù)）；
告警閥值數(shù)據(jù)設定（設定有害氣體的告警閥值，用以進行告警判斷）；
將實時數(shù)據(jù)通過遠程無線網絡傳輸?shù)缴弦患墕挝唬?br/>上級單位接收下屬各礦上報的實時數(shù)據(jù)，并存入本地實時數(shù)據(jù)庫；
b．安全信息告警
告警信息生成（將礦井的原始數(shù)據(jù)和告警閥值進行比較，如果超過值則產生告警）；
告警數(shù)據(jù)上報上級單位（將告警數(shù)據(jù)上報給上級單位）；
逐級通知安全責任人（根據(jù)告警策略將告警信息逐級發(fā)送到安全責任人的手機上，督促其盡快處理）。在通知安全責任人時，可以根據(jù)告警策略的設置，分級分時通知安全責任人。當同時發(fā)生幾種告警時，根據(jù)系統(tǒng)的設定可以自動選擇發(fā)送優(yōu)先級，例如同時發(fā)生瓦斯和硫化氫告警時優(yōu)先發(fā)送瓦斯告警）。
c．安全信息分析統(tǒng)計
系統(tǒng)定期將安全信息進行匯總、統(tǒng)計，并可輸出各種報表。
d．基本管理
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，例如通知安全責任人的順序和時間等）；
數(shù)據(jù)管理（數(shù)據(jù)庫備份、恢復等功能）；
2.系統(tǒng)特點
a．永遠在線： GPRS無線數(shù)據(jù)終端開機后即自動附著到GPRS 網絡上，并與您的數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設備的數(shù)據(jù)，具有很高的實時性；
b．按流量計費：GPRS無線數(shù)據(jù)終端，按照接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時不收費用；
c．高速傳輸： GPRS網絡的傳輸速度最快將達到160Kbps，速率的高低取決于移動運營商的網絡設置，根據(jù)中國移動的網絡情況，目前可提供20~40Kbps 的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸；
d．組網簡單、迅速、靈活：GPRS無線數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)可以通過Internet網絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網絡，為廣大中小用戶提供接入便利，節(jié)省接入投資；
e．通信鏈路由專業(yè)運營商維護：由于采用中國移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務，因此鏈路維護也由中國移動負責，免除通信鏈路維護的麻煩；
f．防雷擊與靜電：由于采用中國移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務，所以在不影響上網的前提下，GPRS無線數(shù)據(jù)終端的發(fā)射功率非常小，天線非常短，而且無需高架，克服了有線傳輸和無線電臺傳輸容易引雷擊壞設備與產生靜電導致危險的缺點。
3.系統(tǒng)功能
（1）系統(tǒng)具備的功能有：監(jiān)測瓦斯、風速、負壓、溫度、一氧化碳、饋電及風門開關等環(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備開停等生產參數(shù)；監(jiān)測電壓、電流、功率等電力參數(shù)；機電設備運行保護參數(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。
① 系統(tǒng)生成及操作；
② 測點生成及操作；
③ 工藝流程模擬圖形顯示；
④ 各測點數(shù)據(jù)表格顯示；
⑤ 井上、井下各類模擬量參數(shù)的實時表格、拄狀圖、變化曲線顯示；
⑥ 井上、井下主要設備開停等開關量的實時值和開/停時間顯示；
⑦ 原煤產量等累計量的實時值和累計值顯示；
⑧ 各類報警除表格顯示外，還有聲訊信號；
⑨ 時鐘和日期顯示；
⑩ 系統(tǒng)相關設備及軟件操作說明跟蹤顯示。
（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限并配置相應的口令密碼，只有口令密碼正確才能進入系統(tǒng)進行操作權限范圍內的操作。
（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。對重要設備用戶能夠調整模擬量或設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。模擬圖及相關顯示內容包括地點、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。開關量顯示內容包括地點、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顯示功能。在同一坐標上用不同顏色顯示最大值、平均值最小值曲線。在一屏上，同時顯示6個模擬量曲線，并設時間標尺，可顯示出對應時間標尺的模擬量。
（9）系統(tǒng)具有柱狀圖顯示功能。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，并設時間標尺。
（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狀況。點擊設備圖標即可顯示該設備的有關內容，包括工藝流程模擬圖、相應設備開停、相應模擬量數(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的避雷器。
4．系統(tǒng)設計原則
● 根據(jù)用戶的使用要求；
● 根據(jù)煤炭行業(yè)標準GB3836-2000和新版《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的要求來選型；
● 技術先進、成熟，功能實用性強，確保可靠；
● 組合方便，擴展性能好。能為以后系統(tǒng)擴展留有充分的余地，為系統(tǒng)升級提供便利；
● 開放性與兼容性良好，能實現(xiàn)系統(tǒng)的軟、硬件連接；系統(tǒng)之間充分開放，互容度高；
● 擴展功能多樣化，系統(tǒng)通過聯(lián)機實現(xiàn)信息交換、監(jiān)視、控制和管理；
● 優(yōu)化設備功能以達到經濟、有效，減少維護、管理人員；
● 人機界面良好，運行管理方便，數(shù)據(jù)準確，反應迅速，操作簡便。
四、系統(tǒng)監(jiān)測指標
礦井安全遠程監(jiān)測無線網絡系統(tǒng)是一個集電子技術、網絡通信、傳感器技術、數(shù)據(jù)采集、信號處理、信息管理以及軟件工程等多任務、多層次、多種技術于一體的綜合系統(tǒng)。礦井安全遠程監(jiān)測無線網絡系統(tǒng)由地面監(jiān)控中心站、GPRS無線數(shù)據(jù)終端、各種井下分站、井下隔爆兼本質安全型多路電源、遠程斷電器、各種礦用傳感器和礦用機電控制設備，及安全生產監(jiān)測軟件組成。整個系統(tǒng)組成拓撲圖。

A 通信服務器負責實現(xiàn)行業(yè)數(shù)據(jù)通信協(xié)議、數(shù)據(jù)代理轉發(fā)、通信設備狀態(tài)監(jiān)控等功能；
B 監(jiān)控中心服務器實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、存儲、反控等功能；
C 數(shù)據(jù)庫服務器進行數(shù)據(jù)存儲、備份；
D WEB服務器實現(xiàn)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務管理等功能。
具體實現(xiàn)時通信服務器、監(jiān)控中心服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、WEB服務器可以安裝在一臺服務器中，也可以安裝在不同服務器中。如果行業(yè)客戶要求對終端進行終端IP綁定，需要安裝RADIUS服務器，為系統(tǒng)提供AAA認證和IP綁定功能。
推薦省級監(jiān)控中心通過APN專線接入到移動GPRS網，這種方式安全性高、穩(wěn)定可靠。各級監(jiān)控中心相互之間通過VPN相連。
各監(jiān)控點使用GPRS終端，通過移動的網絡與監(jiān)控中心相連。
五、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端
GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端實現(xiàn)監(jiān)控中心主站與監(jiān)控終端的通訊。本系統(tǒng)中采用LZ713C GRPS DTU。該DTU功能與特點如下：
A、功能：
1. 標準的AT命令界面,方便程序設計；
2. TCP/IP Internet內嵌的協(xié)議棧，輕松互連；
3. RS232/485接口方式，更加簡便的通訊方式；
4. 可通過串口或遠程升級程序。
B、性能：
1. 使用低功耗高性能的CPU，32位內部數(shù)據(jù)總線，2Mbit Static Ram & 4Mbit Flash，可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)；
2. 支持全透明及幀格式數(shù)據(jù)傳輸；
3. 支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP協(xié)議棧；
4. 一個符合ISO7816-3IC 卡標準的SIM 卡座，支持符合GSM11.11 和GSM11.10，規(guī)范SIM卡；
5. 簡化的接口設計，使用通用的RS232接口和簡單的AT 命令交互界面；
6. 供了更方便的電源接口，即可使用外掛電源。又可從串口直接取電；
7. 整機功耗小于3W；
8. 完善了GPRS網絡中所出現(xiàn)的假撥號，掉線自動重啟，遠程喚醒等功能；
9. 支持遠程控制及動態(tài)域名解析；
10. 同時更具嵌入式系統(tǒng)要求，可提供內置式模塊（不帶外殼，可通過插針與嵌入式直接系統(tǒng)相連）；
11、同時還有軟硬件雙重看門狗，在DTU不能正常工作時，能夠自動斷電復位。
六、具體監(jiān)測指標
1、現(xiàn)場采集傳輸
現(xiàn)場采集子站由二次儀表連接傳感器通過RS-232通訊口與GPRS無線數(shù)據(jù)終端連接，每一個GPRS無線數(shù)據(jù)終端裝入一個中國移動的數(shù)據(jù)SIM卡。為防止井下瓦斯煤塵火災等事故危害人身和設備安全，在井下各采區(qū)工作面、掘進頭及主要巷道、機電峒室等處設置瓦斯、溫度、一氧化碳、風速、負壓等各類環(huán)境監(jiān)測傳感器，在風門處設置風門開關對井下通風環(huán)境設施的狀況進行監(jiān)測，并對風機等機電設備的運行狀況監(jiān)測和控制，分站將監(jiān)測信息傳送到地面中心站。當瓦斯等參數(shù)超限時（可根據(jù)具體情況自行設置斷電、復電值），可對有關設備進行實時斷電。系統(tǒng)將充分利用煤礦現(xiàn)有傳感器及技術資源，并保證所有傳感器（采集頻率為200-1000Hz的標準信號。部分廠家的傳感器輸出為4-20mA，可以通過“信號轉換器”來轉換為200-1000Hz信號）在接入系統(tǒng)后能正常工作。
井下分站和傳感器安裝在井下具有煤塵、沼氣、一氧化碳等危險氣體的環(huán)境中，對煤礦井下的各種安全、生產參數(shù)進行實時監(jiān)測和處理，并將安全生產參數(shù)經由GPRS無線數(shù)據(jù)終端及時傳輸?shù)降孛嬷行恼?。各種數(shù)據(jù)由分站和中心站處理，并能按要求直接發(fā)出聲、光報警和斷電控制信號。地面中心站經過GPRS無線數(shù)據(jù)終端采用GPRS網絡與井下分站聯(lián)結通信。通過系統(tǒng)可以準確，全面地了解井下安全情況和生產情況，實現(xiàn)對災害事故的早期預測和預報，并能及時地自動處理。生產調度人員可以掌握井下設備運行情況，準確地指揮生產。
2、監(jiān)控中心
礦井安全遠程監(jiān)測無線網絡系統(tǒng)的監(jiān)控中心為地面聯(lián)網（公網固定IP或移動內網固定IP）的2臺計算機：監(jiān)控主機和副機，當主機出現(xiàn)故障時，副機立即代替主機進行監(jiān)控，計算機通過通信接口不斷地與各個分站進行數(shù)據(jù)通信，分站和測點可分布于地面或井下任何地方，分站采集各測點傳感器的信號，通過GPRS無線數(shù)據(jù)終端與通信接口相連，向主機傳遞數(shù)據(jù)，同時分站又不停地對所接的傳感器巡測，進行數(shù)據(jù)預處理、顯示或根據(jù)需要控制輸出。系統(tǒng)主機不斷地把接收到的各分站測點數(shù)據(jù)實時處理、顯示并定時存盤。
七、綜述
綜上所述，礦井安全遠程監(jiān)測無線網絡系統(tǒng)是一種適用于大中型礦井的無線網絡、計算機監(jiān)控調度系統(tǒng)，該系統(tǒng)軟件緊跟監(jiān)控系統(tǒng)軟件發(fā)展的潮流，界面友好，圖形功能強大，可在大屏幕上顯示礦井生產系統(tǒng)動態(tài)模擬圖，幫助礦領導和調度員了解本單位主要生產設備及運行環(huán)境參數(shù)，及時調度生產，防止事故，安全生產。在大中礦井和工廠具有良好的推廣應用前景。