一種新型煤炭產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：為了能夠有效監(jiān)測煤炭生產(chǎn)企業(yè)的煤炭產(chǎn)量，依據(jù)煤炭產(chǎn)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)的需求，設(shè)計出基于C/S和B/S混合結(jié)構(gòu)的軟件架構(gòu)。結(jié)合煤炭產(chǎn)量遠程監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求，劃分出具體的功能模塊并設(shè)計完成了符合煤炭行業(yè)標(biāo)準《MT1082-2008煤炭產(chǎn)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)通用技術(shù)要求》和《MT1080-2008煤炭產(chǎn)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)使用與管理規(guī)范》的新型煤炭產(chǎn)量監(jiān)測主站和電子皮帶秤。系統(tǒng)可實現(xiàn)對出煤井口皮帶輸煤量的計量、統(tǒng)計、上報與監(jiān)管等功能，能夠從源頭上防止了瞞報產(chǎn)量數(shù)據(jù)的違規(guī)行為，有利于上級煤管部門對各煤礦企業(yè)監(jiān)督管理。

關(guān)鍵詞：煤炭產(chǎn)量；監(jiān)測系統(tǒng)；電子皮帶秤；主站；控制器局域網(wǎng)

中圖分類號：TP274.4文獻標(biāo)志碼：A

[WT]文章編號：1672-1098（2012）04-0010-04

項目基金：國家自然科學(xué)基金資助項目（61170060）；安徽省高校省級自然科學(xué)研究重點項目（KJ2012A077）；高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金資助項目（200802900008）

作者簡介：陳輝（1973-），男，安徽廬江人，副教授，博士，從事計算機監(jiān)控與通信、嵌入式系統(tǒng)、礦井電磁兼容等方面的教學(xué)與研究工作。

煤炭是我國的主要能源，在我國的能源需求結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位。煤炭生產(chǎn)的安全問題是我國采煤業(yè)幾十年發(fā)展過程中長期伴隨的問題。許多煤炭生產(chǎn)企業(yè)只顧追求企業(yè)利益，不遵守國家相關(guān)的法律法規(guī)、行業(yè)規(guī)定以及操作規(guī)程，不顧井下工人的安危，偷采、盜采、超能力生產(chǎn)現(xiàn)象嚴重，將安全生產(chǎn)的觀念拋在腦后，從而導(dǎo)致了許多煤礦事故的發(fā)生[1]。煤礦產(chǎn)量的信息采集是我國的工礦企業(yè)和各級政府的一項重要工作，而我國比較傳統(tǒng)的信息采集方式是通過手工報表、電話報表或發(fā)送E-mail等方式。即使是煤炭產(chǎn)量計量系統(tǒng)也只是純粹的計量煤炭產(chǎn)量，僅僅是為企業(yè)服務(wù)，不具備監(jiān)督和控制功能，很難保證其數(shù)據(jù)的真實性。產(chǎn)量計量不準確，稅務(wù)部門就很難掌握其真實生產(chǎn)情況。為了有效監(jiān)測煤炭產(chǎn)量，保證我國煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全和國家稅收，科學(xué)開發(fā)、利用和保護煤炭資源，促進煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，煤炭產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)便應(yīng)運而生[2]。

1煤炭產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計

本設(shè)計要求能夠解決各個煤礦企業(yè)產(chǎn)量精確計量和數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計的問題，具有產(chǎn)量數(shù)據(jù)測量精度高、數(shù)據(jù)傳輸率高、數(shù)據(jù)傳輸誤碼率低、傳輸距離遠、施工簡便、軟件操作簡單和數(shù)據(jù)庫表內(nèi)容統(tǒng)一等特點。系統(tǒng)的整體設(shè)計方案可劃分為硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

硬件系統(tǒng)主要包括工控PC機、普通PC機、打印機、局域網(wǎng)服務(wù)器、電子皮帶秤、礦用電能表、礦用攝像儀、CAN轉(zhuǎn)RS232網(wǎng)關(guān)、光端機、本安電源、礦用隔爆兼本安型中繼器、礦用一般兼本安型安全柵、避雷器等。井下有兩個數(shù)據(jù)來源：一路是CAN總線網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的數(shù)據(jù)，主要是各個井口的電能表和電子皮帶秤數(shù)據(jù)，井下的CAN總線電纜通過井口處和室外兩個避雷器串聯(lián)到礦用一般兼本安型安全柵（用以將井下的本安信號與地面的非本安信號隔離開）中，再通過一個CAN轉(zhuǎn)RS232網(wǎng)關(guān)，將CAN協(xié)議的報文轉(zhuǎn)換為RS232協(xié)議的報文，最后通過串行接口與工控PC機相連；另外一路是井下的攝像儀視頻數(shù)據(jù)，考慮到視頻數(shù)據(jù)需要帶寬大，所以在井下采用光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸，但攝像儀是電信號，這就需要在攝像儀和光纖網(wǎng)絡(luò)之間增加一個光端機，將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，在到達地面控制室后，再使用一個光端機，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，連接到工控PC機的視頻采集卡，從而實現(xiàn)把視頻信號傳輸至工控PC機。在以上兩種數(shù)據(jù)中，CAN總線采用的是總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，而光纖網(wǎng)絡(luò)采用的是星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

軟件部分可分為主站端軟件和管理中心端軟件，兩套軟件運行于不同的平臺之上，通過內(nèi)部局域網(wǎng)將兩個平臺互聯(lián)，使用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)報文的通信。主站端軟件完成產(chǎn)量監(jiān)測的主要工作，管理中心端軟件的主要作用是上級主管單位提供可視化界面，實時了解各生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)情況。本文重點介紹主站端軟件的設(shè)計開發(fā)。

2煤炭產(chǎn)量監(jiān)測主站設(shè)計

煤炭產(chǎn)量監(jiān)測主站軟件分為三個模塊：主線程模塊、公共區(qū)模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。主線程模塊包括登錄、初始化引導(dǎo)配置、用戶管理、查詢、打印、報表、柱狀圖、設(shè)備管理和報警等模塊；公共區(qū)模塊包括全礦信息結(jié)構(gòu)體、數(shù)據(jù)庫和設(shè)備信息鏈表等內(nèi)容；數(shù)據(jù)采集模塊包括采集配置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、時產(chǎn)量入庫和異常信息入庫等內(nèi)容[3]。

主站軟件主線程模塊中各功能模塊劃分為（1）登錄模塊：訪問數(shù)據(jù)庫查詢登錄信息是否正確，用戶是否有權(quán)限訪問系統(tǒng)；（2）初始化引導(dǎo)配置模塊：初始化全礦信息結(jié)構(gòu)體和設(shè)備信息鏈表，并將設(shè)備信息存入數(shù)據(jù)庫；（3）用戶管理模塊：對數(shù)據(jù)庫中的用戶表操作，完成用戶信息的添加、刪除和修改等功能；（4）查詢、報表、打印、柱狀圖模塊：到數(shù)據(jù)庫取出用戶所需數(shù)據(jù)并顯示或者打印相關(guān)信息；（5）設(shè)備管理模塊：與數(shù)據(jù)庫中設(shè)備信息和設(shè)備信息鏈表交互信息；（6）報警模塊：接收數(shù)據(jù)采集線程的報警消息彈出窗口并播放報警聲音；（7）采集配置模塊：由設(shè)備信息鏈表配置采集信息；（8）數(shù)據(jù)采集模塊：分為兩個模塊，一是根據(jù)采集配置對電子皮帶秤和電能表設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，第二個是對視頻設(shè)備數(shù)據(jù)采集；（9）數(shù)據(jù)處理模塊：對采集到的報文進行數(shù)據(jù)處理，獲得有用信息，同時將產(chǎn)量和異常信息存入數(shù)據(jù)庫，在需要主線程異常報警情況下，發(fā)送消息通知主線程報警。

3電子皮帶秤的設(shè)計

電子皮帶秤是能夠檢測皮帶輸煤機上輸送煤流累計重量的動態(tài)計量裝置。當(dāng)原煤在稱重傳感器上通過時，原煤的重量通過皮帶與稱重托輥作用于波紋管式稱重傳感器上，測量出單位重量信號，同時經(jīng)交流接觸器常開觸點產(chǎn)生皮帶的開停信號，并將兩個信號輸入電子皮帶秤中加以運算而得到瞬時輸煤量。對瞬時輸煤量進行積分累計，獲得累計輸煤量。再經(jīng)CAN總線電纜、避雷器、CAN總線與RS232數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口送到地面工控機的主站端軟件中。在電子皮帶秤的LCD顯示器上可實時監(jiān)測瞬時輸煤量、累計輸煤量、皮帶速度和皮帶秤的當(dāng)前工作狀況等信息，采集信息可存儲匯總，并隨時查詢?nèi)?、月、年及總累計量。電子皮帶秤通過檢測相關(guān)信號，由式（1）～（3）進行運算得到皮帶輸送機上的煤流重量。

電子皮帶秤硬件系統(tǒng)設(shè)計采用微處理器dsPIC30F6014a作為核心芯片，其最小系統(tǒng)主要由晶振電路、復(fù)位電路、供電電路和編程電路組成。電子皮帶秤通信采用CAN總線方式，具有數(shù)據(jù)傳輸靈活方便、可靠性高等特點。

4電子皮帶秤的測試與檢驗

系統(tǒng)的測試在實驗室進行，受測試條件限制，本測試限于兩臺電子皮帶秤與移動PC通信測試，測試環(huán)境如圖2所示。兩臺電子皮帶秤掛接在CAN總線上，CAN總線與移動PC之間經(jīng)過了CAN轉(zhuǎn)RS232和RS232轉(zhuǎn)USB兩個網(wǎng)關(guān)，最終通過USB接口連接電腦。

為單獨測試電子皮帶秤與電腦之間的通信，使用VB6.0開發(fā)了一個電子皮帶秤CAN通信測試軟件[4-5]，其界面如圖3所示。在測試時，將電子皮帶秤地址設(shè)置為1，在電子皮帶秤CAN通信測試軟件中將所要采集的電子皮帶秤地址寫為1，按下采集數(shù)據(jù)的按鈕，軟件發(fā)送采集指令“01H02H00H00H00H00H00H03H”。皮帶秤接收到采集指令后返回一條91個字節(jié)的報文，報文中的流量、累計量和皮帶速度等數(shù)據(jù)在軟件左側(cè)顯示，報文全文在軟件右側(cè)顯示。

本次測試進行了30min，共采集了50組數(shù)據(jù)，即移動PC向電子皮帶秤發(fā)送了50次采集指令，共400個字節(jié)，25次對地址為1的電子皮帶秤發(fā)送，另25次對地址為2的電子皮帶秤發(fā)送，兩臺電子皮帶秤接收到采集指令后分別向移動PC返回了25條數(shù)據(jù)，共4550個字節(jié)。兩臺電子皮帶秤接收到全部的50條指令，無誤碼；移動PC接收到了全部50條返回數(shù)據(jù)，無誤碼。測試結(jié)果表明系統(tǒng)工作可靠。

5結(jié)論

煤炭產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)是一個較為復(fù)雜的系統(tǒng)，需要符合相關(guān)的技術(shù)需求，本文綜合運用了計算機技術(shù)、電子技術(shù)和CAN總線技術(shù)，設(shè)計了一種新型的符合《MT1082-2008煤炭產(chǎn)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)通用技術(shù)要求》的穩(wěn)定性高、兼容性強、數(shù)據(jù)傳輸率高、傳輸距離遠、成本低、操作簡便的煤炭產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于我國的各煤礦生產(chǎn)企業(yè)，防止企業(yè)超能力生產(chǎn)和保障國家稅收。

參考文獻：

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[3]孫繼平.中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準MT1082-2008：煤炭產(chǎn)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)通用技術(shù)要求[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009：8-90.

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[5]李朝青.PC機及單片機數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000：10-200.