基于無線網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

寇從芝，趙 靖

KOU Cong-zhi, ZHAO Jing

（河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，唐山 063004）

基于無線網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(yè)技術(shù)學(xué)院，唐山 063004）

安全是煤礦企業(yè)的生命，如何將檢測到的危險(xiǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)傳送給相關(guān)負(fù)責(zé)人員，是保證安全生產(chǎn)的重要措施。本文論述了如何基于無線網(wǎng)絡(luò)開發(fā)一套軟件系統(tǒng)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)安全監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)。

安全監(jiān)測；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；短信

0 引言

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

多年的實(shí)踐表明，現(xiàn)有的安全監(jiān)測系統(tǒng)存在一些問題，其中最突出的就是無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)報(bào)警，領(lǐng)導(dǎo)和管理人員不能及時(shí)掌握監(jiān)測系統(tǒng)狀況。同時(shí)，開灤集團(tuán)共擁有的11套監(jiān)測系統(tǒng)，由于歷史原因，分別選擇了4個(gè)廠家的產(chǎn)品，不利于系統(tǒng)集成。

開發(fā)的這套軟件著眼于上述問題的解決，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)接收監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警信息實(shí)時(shí)傳送到相關(guān)人員，達(dá)到報(bào)警目的，以便及時(shí)排除不安全因素，保證安全生產(chǎn)。同時(shí)能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行日常維護(hù)和歷史數(shù)據(jù)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和各類報(bào)表的顯示、打印、分析等。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 系統(tǒng)要求

1）全系統(tǒng)主要是瓦斯報(bào)警，但其他項(xiàng)目如開關(guān)量等也要監(jiān)控報(bào)警。

2）的數(shù)據(jù)庫是access數(shù)據(jù)庫，可以進(jìn)行讀取操作。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，需要轉(zhuǎn)換成MS SQL server數(shù)據(jù)庫。

3）行短信報(bào)警前要對數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的過濾，排除掉錯(cuò)誤的報(bào)警數(shù)據(jù)，有的情況有過濾算法，有的情況需要進(jìn)行人工判斷。短信發(fā)送要和具體情況進(jìn)行結(jié)合：

（1）和數(shù)據(jù)的結(jié)合。能用程序判斷確定是報(bào)警信息的，自動進(jìn)行短信發(fā)送，不能確定的由人工判斷是否發(fā)送。

（2）和短信接收人員進(jìn)行結(jié)合。對接收人員分出級別，普通級的不受限制，可隨意接收報(bào)警信息，特殊級的要受到限制，有人工干預(yù)是否進(jìn)行短信發(fā)送。

4）發(fā)布范圍

瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.0%---<1.5%，礦總工程師、安全副總、通風(fēng)區(qū)長、監(jiān)測隊(duì)長。

瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%---<2%，礦總工程師、生產(chǎn)副經(jīng)理、安全副經(jīng)理、安全副總、通風(fēng)區(qū)長、監(jiān)測隊(duì)長；通風(fēng)部主任、副主任工程師、科長。

瓦斯?jié)舛冗_(dá)到或超過2.0%，礦經(jīng)理、總工程師、生產(chǎn)副經(jīng)理、安全副經(jīng)理、安全副總、通風(fēng)區(qū)長、監(jiān)測隊(duì)長；集團(tuán)公司安全副經(jīng)理、安全副總；煤業(yè)公司總經(jīng)理、總工程師；通風(fēng)部主任、副主任工程師、科長。

5）監(jiān)測系統(tǒng)每20秒更新的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的接收。

6）發(fā)布信息格式：

xxx礦，xxxx工作面, xx時(shí)xx分，瓦斯達(dá)到x .x%

7）可顯示實(shí)時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)，并給予聲音提示。

1.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

包括文件頭和數(shù)據(jù)記錄格式。

1.2.1 文件頭

煤礦編碼：煤礦的唯一識別碼

時(shí)間：本數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)間

個(gè)數(shù)：傳感器的個(gè)數(shù)，實(shí)際上就是數(shù)據(jù)記錄的條數(shù)

修改標(biāo)志：表示設(shè)備安裝情況是否發(fā)生變化，當(dāng)此數(shù)據(jù)有效時(shí)，應(yīng)重新傳輸設(shè)備安裝情況

其他：其他需要說明的數(shù)據(jù)

保留：為兼容、擴(kuò)充以后的數(shù)據(jù)保留的空間

1.2.2 數(shù)據(jù)記錄格式

數(shù)據(jù)：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)狀態(tài)：按位來表示數(shù)據(jù)狀態(tài)，如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)狀態(tài)位

下面對表1中各狀態(tài)位進(jìn)行了說明。

傳感器故障： 由于傳感器故障的原因，導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不正常

暫停：人為的設(shè)置，傳感器處于暫停的狀態(tài)

不巡檢：由于分站不巡檢而導(dǎo)致的傳感器數(shù)據(jù)不正常

分站故障：由于分站故障的原因，導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不正常

超量程：被測對象已經(jīng)超過了傳感器的測量范圍

調(diào)校：正在對傳感器進(jìn)行調(diào)校，數(shù)據(jù)是虛擬的

斷電：傳感器的測量值超過了設(shè)定的斷電值

報(bào)警：傳感器的測量值超過了設(shè)定的報(bào)警值

為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩O(jiān)控設(shè)備安裝情況和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)分別傳輸。通過和監(jiān)控廠家協(xié)商，設(shè)定了數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)包括設(shè)備交換和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，文件通過網(wǎng)絡(luò)文件共享的方式提供給不同的主機(jī)使用，文件格式采用純文本方式。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體思路

系統(tǒng)分為兩部分，一是分布到11個(gè)礦業(yè)子公司的進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收、處理、上傳并進(jìn)行短信報(bào)警的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。一是安裝在集團(tuán)服務(wù)器上的對全集團(tuán)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、分析、匯總的匯總分析子系統(tǒng)。采用C/S模式與B/S模式相結(jié)合的技術(shù)路線，充分利用了C/S的直觀、高效和B/S的先進(jìn)、靈活的特點(diǎn)。同時(shí)，開灤集團(tuán)具有的高速、穩(wěn)定的光纖系統(tǒng)為兩個(gè)子系統(tǒng)的結(jié)合提供了有力的保障，是監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的前提。

數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。此子系統(tǒng)共分為基本信息模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、短信模塊、業(yè)務(wù)功能模塊?；拘畔⒛K包括管理人員設(shè)置、短信接收人員設(shè)置、系統(tǒng)基本信息設(shè)置、接收人員組別設(shè)置等子模塊；數(shù)據(jù)處理模塊包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接收、分析、上傳子模塊；短信模塊包括短信裝置的設(shè)置、報(bào)警短信的發(fā)送子模塊；業(yè)務(wù)功能模塊包括報(bào)警短信的控制、報(bào)警信息查詢、報(bào)表處理等子模塊。

硬件：采用工業(yè)級多通道短信發(fā)送裝置，通過串口與服務(wù)器相連。

開發(fā)工具：PowerBuilder8.0

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：SqlServer 2000

操作系統(tǒng)：Win2000 Server

匯總分析子系統(tǒng)。接收各個(gè)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的上傳數(shù)據(jù)，進(jìn)行匯總、分析，供集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行宏觀管理，并提供各種查詢、分析報(bào)表。

編程語言：JAVA語言。利用JAVA技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)編程上的優(yōu)越性，編寫Jsp、Servlet、JavaBean等程序。

開發(fā)工具:Jbuilder

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫共有6個(gè)表。

1）設(shè)備配置表：監(jiān)測系統(tǒng)所包括的所有的監(jiān)測點(diǎn)、設(shè)備的情況。

2）報(bào)警數(shù)據(jù)表：報(bào)警的數(shù)據(jù)

3）短信發(fā)送記錄表：記錄短信的發(fā)送。

4）短信發(fā)送基本設(shè)置表。

5）短信接收人員表。

6）管理人員表。

3 功能設(shè)計(jì)

3.1 按功能劃分基本模塊

系統(tǒng)功能劃分如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能劃分框圖

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1）登陸模塊。需要有管理人員的記錄，包括用戶名，密碼，權(quán)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(fā)送短信功能，可靈活的設(shè)置接收人員；短信發(fā)送明細(xì)報(bào)表，可分時(shí)查詢，可打印；管理員增加、刪除、修改；短信接收人員增加、刪除、修改；自主設(shè)置礦名，數(shù)據(jù)路徑，報(bào)警間隔時(shí)間等信息；自主設(shè)置報(bào)警聲音；每天定時(shí)發(fā)送固定信息，時(shí)間、內(nèi)容可自定。

2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收模塊。此模塊主要實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收和保存到數(shù)據(jù)庫等前期處理功能。

基本設(shè)置：根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行設(shè)置，如：數(shù)據(jù)文件的所在位置、名稱、數(shù)據(jù)格式、密碼等設(shè)置信息

數(shù)據(jù)接收：根據(jù)基本設(shè)置進(jìn)行監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)接收

數(shù)據(jù)前期處理：對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行前期處理，如將數(shù)據(jù)分類別保存到數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)設(shè)置接收時(shí)間，接收地點(diǎn)等信息安全監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收到服務(wù)器，存放到指定的數(shù)據(jù)庫。

3）數(shù)據(jù)處理模塊。對設(shè)備文件的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作，并及時(shí)的將更新內(nèi)容反映到程序的其他模塊；對數(shù)據(jù)文件的處理需要和業(yè)務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)合。兩種數(shù)據(jù)都需要相應(yīng)的表進(jìn)行記錄。

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

5）數(shù)據(jù)上傳模塊。對報(bào)警信息上傳到集團(tuán)服務(wù)器上進(jìn)行處理，并進(jìn)行相應(yīng)的記錄。

6）報(bào)表模塊。對一些記錄進(jìn)行報(bào)表打印。

4 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)主界面主要包括以下幾部分：

1）程序運(yùn)行狀態(tài)顯示。

2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。

3）報(bào)警數(shù)據(jù)顯示。

4）報(bào)警短信發(fā)出后是否接收的反饋信息顯示。

5）菜單區(qū)，包括文件、功能、數(shù)據(jù)字典等內(nèi)容。

系統(tǒng)每5秒鐘程序檢測一次數(shù)據(jù)，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(shè)備文件（即dev.txt），則顯示“開始處理設(shè)備數(shù)據(jù)。。。?！薄Ｊ紫炔榭次募傻娜掌?，如是最新的文件，則進(jìn)行處理，如不是，則顯示“不是新的設(shè)備文件，設(shè)備文件處理完畢”。同樣，對數(shù)據(jù)文件（即rtdata.txt）進(jìn)行同樣的處理。

第2部分顯示得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)間。

在窗口菜單區(qū)點(diǎn)擊“功能”選擇發(fā)送短信，在手機(jī)號碼框中輸入對方的手機(jī)號碼（注意要以“；”結(jié)束）。如果要發(fā)給多人，可連續(xù)輸入，每個(gè)手機(jī)號碼都要以“；”結(jié)束。輸入短信內(nèi)容后點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕即可發(fā)送。也可選擇已有人員進(jìn)行發(fā)送，可以按單人、按組發(fā)送。

5 結(jié)論

1）通過本系統(tǒng)的實(shí)施，使實(shí)時(shí)報(bào)警達(dá)到規(guī)范化。

通過具體實(shí)施，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的處理完成時(shí)間在5秒中以內(nèi)，在各監(jiān)測系統(tǒng)傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍以內(nèi)，達(dá)到了規(guī)范要求。數(shù)據(jù)采集格式遵循“瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口規(guī)范”，將不同的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)范。同時(shí)報(bào)警速率達(dá)到了1條短信/1秒的速率，準(zhǔn)確率達(dá)到了100%。通過對每一步操作的規(guī)范化處理，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了整體規(guī)范化運(yùn)行，為全集團(tuán)的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)走向規(guī)范化奠定了基礎(chǔ)。

2）使實(shí)時(shí)報(bào)警走向科學(xué)化

此次系統(tǒng)的實(shí)施在技術(shù)上和管理上均采用了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。硬件上采用了4通道循環(huán)檢測短信發(fā)送裝置，使報(bào)警信息的傳送速度和準(zhǔn)確率達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。軟件技術(shù)上使用了目前流行的編程工具powerbuilder和jsp技術(shù)，采用大型數(shù)據(jù)庫sqlserver，科學(xué)的將c/s技術(shù)和b/s技術(shù)結(jié)合了起來。

在管理上采用了先進(jìn)的精細(xì)管理、雙向控制（RMDC）管理思想，在現(xiàn)代精益管理理論指導(dǎo)下，結(jié)合實(shí)際構(gòu)建出有效的管理實(shí)體，融入了以精細(xì)管理為重點(diǎn)，以量化、細(xì)化管理為標(biāo)志的管理體系。

3）真正實(shí)現(xiàn)了安全系統(tǒng)的移動辦公

對實(shí)時(shí)接收到的安全監(jiān)測數(shù)據(jù)處理后，通過集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)平臺遠(yuǎn)程上傳到集團(tuán)的服務(wù)器上，做到接收實(shí)時(shí)、處理實(shí)時(shí)、上傳實(shí)時(shí)，每位領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員可以在企業(yè)內(nèi)部任何地方上網(wǎng)查詢，在外地可以通過CDMA虛擬網(wǎng)上開灤內(nèi)部網(wǎng)查詢；可以通過手機(jī)短信隨時(shí)把有關(guān)情況通知到每名相關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員，起到了遠(yuǎn)程報(bào)警和宏觀調(diào)控的作用，提高了生產(chǎn)過程中報(bào)警的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，為開灤集團(tuán)的安全生產(chǎn)再上一個(gè)新的臺階提供了技術(shù)保障。

[1] Bill Venners著.曹曉鋼,等譯.深入Java虛擬機(jī)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[2] 柯建勛.PowerBuilder8.0基礎(chǔ)篇[M].清華大學(xué)出版社,2002.

[3] 李超,等.PowerBuilder8.0編程基礎(chǔ)[M].程序員指南叢書.清華大學(xué)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(xué)位，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件。