基于無線網絡的煤礦安全監測系統設計

寇從芝，趙 靖

KOU Cong-zhi, ZHAO Jing

（河北能源職業技術學院，唐山 063004）

基于無線網絡的煤礦安全監測系統設計

Designing a coalmine safety detecting system based on wireless network

寇從芝，趙 靖

KOU Cong-zhi, ZHAO Jing

（河北能源職業技術學院，唐山 063004）

安全是煤礦企業的生命，如何將檢測到的危險數據及時傳送給相關負責人員，是保證安全生產的重要措施。本文論述了如何基于無線網絡開發一套軟件系統，以彌補傳統安全監測系統實時性差的缺點。

安全監測；實時數據；短信

0 引言

“安全為天” 是煤礦常見的口號，由于煤礦企業的特殊情況，安全問題十分突出，開灤（集團）在各個生產礦井都安裝了安全監測系統，用于探測井下瓦斯、重要設備開停等，保證安全生產。

多年的實踐表明，現有的安全監測系統存在一些問題，其中最突出的就是無法實現遠程實時報警，領導和管理人員不能及時掌握監測系統狀況。同時，開灤集團共擁有的11套監測系統，由于歷史原因，分別選擇了4個廠家的產品，不利于系統集成。

開發的這套軟件著眼于上述問題的解決，該系統能夠實現實時接收監測系統的監測數據，并將監測系統報警信息實時傳送到相關人員，達到報警目的，以便及時排除不安全因素，保證安全生產。同時能夠對監測數據進行日常維護和歷史數據維護，實現數據和各類報表的顯示、打印、分析等。

1 系統需求分析

1.1 系統要求

1）全系統主要是瓦斯報警，但其他項目如開關量等也要監控報警。

2）的數據庫是access數據庫，可以進行讀取操作。為了實現網絡化管理，需要轉換成MS SQL server數據庫。

3）行短信報警前要對數據進行嚴格的過濾，排除掉錯誤的報警數據，有的情況有過濾算法，有的情況需要進行人工判斷。短信發送要和具體情況進行結合：

（1）和數據的結合。能用程序判斷確定是報警信息的，自動進行短信發送，不能確定的由人工判斷是否發送。

（2）和短信接收人員進行結合。對接收人員分出級別，普通級的不受限制，可隨意接收報警信息，特殊級的要受到限制，有人工干預是否進行短信發送。

4）發布范圍

瓦斯濃度達到1.0%---<1.5%，礦總工程師、安全副總、通風區長、監測隊長。

瓦斯濃度達到1.5%---<2%，礦總工程師、生產副經理、安全副經理、安全副總、通風區長、監測隊長；通風部主任、副主任工程師、科長。

瓦斯濃度達到或超過2.0%，礦經理、總工程師、生產副經理、安全副經理、安全副總、通風區長、監測隊長；集團公司安全副經理、安全副總；煤業公司總經理、總工程師；通風部主任、副主任工程師、科長。

5）監測系統每20秒更新的數據進行實時的接收。

6）發布信息格式：

xxx礦，xxxx工作面, xx時xx分，瓦斯達到x .x%

7）可顯示實時報警數據，并給予聲音提示。

1.2 實時數據設計

包括文件頭和數據記錄格式。

1.2.1 文件頭

煤礦編碼：煤礦的唯一識別碼

時間：本數據產生的時間

個數：傳感器的個數，實際上就是數據記錄的條數

修改標志：表示設備安裝情況是否發生變化，當此數據有效時，應重新傳輸設備安裝情況

其他：其他需要說明的數據

保留：為兼容、擴充以后的數據保留的空間

1.2.2 數據記錄格式

數據：實時數據。

數據狀態：按位來表示數據狀態，如表1所示。

表1 數據狀態位

下面對表1中各狀態位進行了說明。

傳感器故障： 由于傳感器故障的原因，導致的數據不正常

暫停：人為的設置，傳感器處于暫停的狀態

不巡檢：由于分站不巡檢而導致的傳感器數據不正常

分站故障：由于分站故障的原因，導致的數據不正常

超量程：被測對象已經超過了傳感器的測量范圍

調校：正在對傳感器進行調校，數據是虛擬的

斷電：傳感器的測量值超過了設定的斷電值

報警：傳感器的測量值超過了設定的報警值

為提高數據傳輸的效率，監控設備安裝情況和實時數據應分別傳輸。通過和監控廠家協商，設定了數據交換標準，本標準包括設備交換和實時數據交換標準，文件通過網絡文件共享的方式提供給不同的主機使用，文件格式采用純文本方式。

2 系統設計

2.1 總體思路

系統分為兩部分，一是分布到11個礦業子公司的進行數據實時接收、處理、上傳并進行短信報警的數據處理子系統。一是安裝在集團服務器上的對全集團的監測數據進行接收、分析、匯總的匯總分析子系統。采用C/S模式與B/S模式相結合的技術路線，充分利用了C/S的直觀、高效和B/S的先進、靈活的特點。同時，開灤集團具有的高速、穩定的光纖系統為兩個子系統的結合提供了有力的保障，是監測數據實時上傳功能設計與實現的前提。

數據處理子系統。此子系統共分為基本信息模塊、數據處理模塊、短信模塊、業務功能模塊?；拘畔⒛K包括管理人員設置、短信接收人員設置、系統基本信息設置、接收人員組別設置等子模塊；數據處理模塊包括實時數據的接收、分析、上傳子模塊；短信模塊包括短信裝置的設置、報警短信的發送子模塊；業務功能模塊包括報警短信的控制、報警信息查詢、報表處理等子模塊。

硬件：采用工業級多通道短信發送裝置，通過串口與服務器相連。

開發工具：PowerBuilder8.0

數據庫系統：SqlServer 2000

操作系統：Win2000 Server

匯總分析子系統。接收各個數據處理子系統的上傳數據，進行匯總、分析，供集團領導進行宏觀管理，并提供各種查詢、分析報表。

編程語言：JAVA語言。利用JAVA技術在網絡編程上的優越性，編寫Jsp、Servlet、JavaBean等程序。

開發工具:Jbuilder

2.2 數據庫設計

數據庫共有6個表。

1）設備配置表：監測系統所包括的所有的監測點、設備的情況。

2）報警數據表：報警的數據

3）短信發送記錄表：記錄短信的發送。

4）短信發送基本設置表。

5）短信接收人員表。

6）管理人員表。

3 功能設計

3.1 按功能劃分基本模塊

系統功能劃分如圖1所示。

圖1 系統功能劃分框圖

3.2 系統功能設計

1）登陸模塊。需要有管理人員的記錄，包括用戶名，密碼，權限等，其中管理員具有登錄功能；修改密碼功能；注銷功能；手動發送短信功能，可靈活的設置接收人員；短信發送明細報表，可分時查詢，可打??；管理員增加、刪除、修改；短信接收人員增加、刪除、修改；自主設置礦名，數據路徑，報警間隔時間等信息；自主設置報警聲音；每天定時發送固定信息，時間、內容可自定。

2）實時數據接收模塊。此模塊主要實現對監測系統的實時數據接收和保存到數據庫等前期處理功能。

基本設置：根據監測系統提供的數據接口進行設置，如：數據文件的所在位置、名稱、數據格式、密碼等設置信息

數據接收：根據基本設置進行監測信息的數據接收

數據前期處理：對接收到的數據進行前期處理，如將數據分類別保存到數據庫中，同時設置接收時間，接收地點等信息安全監測系統的監測信息的實時數據接收到服務器，存放到指定的數據庫。

3）數據處理模塊。對設備文件的數據進行更新操作，并及時的將更新內容反映到程序的其他模塊；對數據文件的處理需要和業務進行詳細的結合。兩種數據都需要相應的表進行記錄。

4）短信發送模塊。對于發送的信息進行轉換并發送，每次的發送都要進行記錄，要有成功與否的反饋。

5）數據上傳模塊。對報警信息上傳到集團服務器上進行處理，并進行相應的記錄。

6）報表模塊。對一些記錄進行報表打印。

4 系統主要功能

系統主界面主要包括以下幾部分：

1）程序運行狀態顯示。

2）實時數據顯示。

3）報警數據顯示。

4）報警短信發出后是否接收的反饋信息顯示。

5）菜單區，包括文件、功能、數據字典等內容。

系統每5秒鐘程序檢測一次數據，例如窗口中顯示，“11：16：03：正在檢索文件”和“11：16：08：正在檢索文件”，若檢索到設備文件（即dev.txt），則顯示“開始處理設備數據。。。?！?。首先查看文件生成的日期，如是最新的文件，則進行處理，如不是，則顯示“不是新的設備文件，設備文件處理完畢”。同樣，對數據文件（即rtdata.txt）進行同樣的處理。

第2部分顯示得到的實時數據和實時數據產生的時間。

在窗口菜單區點擊“功能”選擇發送短信，在手機號碼框中輸入對方的手機號碼（注意要以“；”結束）。如果要發給多人，可連續輸入，每個手機號碼都要以“；”結束。輸入短信內容后點擊“發送”按鈕即可發送。也可選擇已有人員進行發送，可以按單人、按組發送。

5 結論

1）通過本系統的實施，使實時報警達到規范化。

通過具體實施，數據處理子系統的處理完成時間在5秒中以內，在各監測系統傳送監測數據的時間范圍以內，達到了規范要求。數據采集格式遵循“瓦斯監控系統數據接口規范”，將不同的監測系統進行了統一規范。同時報警速率達到了1條短信/1秒的速率，準確率達到了100%。通過對每一步操作的規范化處理，使系統實現了整體規范化運行，為全集團的監測報警系統走向規范化奠定了基礎。

2）使實時報警走向科學化

此次系統的實施在技術上和管理上均采用了先進的科學技術。硬件上采用了4通道循環檢測短信發送裝置，使報警信息的傳送速度和準確率達到了國內先進水平。軟件技術上使用了目前流行的編程工具powerbuilder和jsp技術，采用大型數據庫sqlserver，科學的將c/s技術和b/s技術結合了起來。

在管理上采用了先進的精細管理、雙向控制（RMDC）管理思想，在現代精益管理理論指導下，結合實際構建出有效的管理實體，融入了以精細管理為重點，以量化、細化管理為標志的管理體系。

3）真正實現了安全系統的移動辦公

對實時接收到的安全監測數據處理后，通過集團公司網絡平臺遠程上傳到集團的服務器上，做到接收實時、處理實時、上傳實時，每位領導、技術人員可以在企業內部任何地方上網查詢，在外地可以通過CDMA虛擬網上開灤內部網查詢；可以通過手機短信隨時把有關情況通知到每名相關的領導和技術人員，起到了遠程報警和宏觀調控的作用，提高了生產過程中報警的及時性和準確性，為開灤集團的安全生產再上一個新的臺階提供了技術保障。

[1] Bill Venners著.曹曉鋼,等譯.深入Java虛擬機[M].機械工業出版社,2003.

[2] 柯建勛.PowerBuilder8.0基礎篇[M].清華大學出版社,2002.

[3] 李超,等.PowerBuilder8.0編程基礎[M].程序員指南叢書.清華大學出版社,2002.

TH166

B

1009-0134(2010)11(下)-0023-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).09

2010-08-17

寇從芝（1971 -），女，河北石家莊人，副教授，碩士學位，研究方向為計算機軟件。