煤礦瓦檢作業跟蹤與管理係統的設計與應用

徐樂年,張憲棟,鄭效田,曹慶貴

(山東科技大學,山東青島266510)

摘　要:介紹了集考勤、數據實時傳送、顯示、報警、管理等功能於一體的煤礦瓦斯檢測作業跟蹤與管理係統的構成、設計思想及其工作原理。重點介紹了智能終端和通信分站的軟硬件實現方法及其監控計算機係統軟件設計,並簡單闡述了係統實現功能和工作過程。

關鍵詞:智能終端;總線供電;低功耗;實時管理

中圖分類號:TD76　　　　文獻標識碼:B　　　　文章編號:1003-496X(2006)05-0035-03

　　目前我國煤炭企業瓦檢管理絕大部分都采用傳統的筆記方式,即瓦斯檢查工將現場測定數據記錄在瓦斯檢查牌板、瓦斯檢查手冊和班報表上,然後由通風調度人員根據班報表的內容填製日報表。這種方式存在很大缺陷,難免出現“巡而不檢,檢而不記,記而不析,析而不查”的現象,不利於路線測點的瓦斯含量及運行設備狀況的查詢及曆史03manbetx 。現存數據不能及時了解,在需要過去的瓦檢數據的情況時不能及時的查詢,不能及時了解瓦檢地點的變更及原因等詳細情況,給礦井瓦斯檢查管理工作帶來了困難。針對以上問題,我們研製了一種集考勤、數據實時傳送、顯示、報警、管理等功能於一體的煤礦瓦檢作業跟蹤與管理係統。徹底解決了原有瓦檢管理方式的缺陷,保證瓦斯檢測數據的準確性、及時性,為各礦的安全生產打下堅實的基礎。

1　係統的組成及工作原理

該係統是1個以網絡化為中心的安全檢測管理係統,由地麵監控主機、GSM手機模塊、通信接口、通信分站和井下智能終端組成,如圖1所示。係統分為3個網絡層次,底層網絡由智能終端及通信分站組成,底層網絡的拓撲結構為M-BUS總線型,布線簡便(無極性、可任意分支,普通雙絞線)、抗幹擾能力強;中間層網絡由通信分站與監控計算機組成,網絡拓撲結構為RS485總線型,當RS-485總線過長或掛接通信分站過多時,需在總線上加RS485中繼器,以提高通信距離和可靠性,RS485中繼器由單獨的本安電源供電;上層網絡為計算機局域網絡,監控計算機作為網絡結點,具有網絡服務器功能。一般安全監測係統的每個傳感器都需要單獨的電纜與通信分站通信,適用於測點集中的場合,此網絡拓撲結構的特點是多個網絡結點可共用1條通信信道,非常適合煤礦井下測點分布較廣的情形。

圖1　係統構成

瓦檢員將測量數據輸入到分布在各測點的智能終端,智能終端將輸入的測量數據(如CO濃度、CH4濃度、溫度等)通過1條公共傳輸線路(終端級M-BUS總線:四芯電纜,其中2根供電,2根通信)將測量數據發送給通信分站,再由通信分站通過另一條公共傳輸線路(分站級RS485總線:兩芯電纜)遠傳至地麵監控計算機,實現集中處理、存儲、報警。監控計算機具有網絡服務器功能,有關領導和部門隻要打開各自的計算機,就可通過瀏覽網頁來查詢全部監測內容。另外,該係統將報警信息利用GSM短信方式傳到煤礦負責人的手機中,使之能及時處理問題,達到安全生產的目的。

2　硬件結構

2.1　通信分站

通信分站由隔爆兼本安電源直接供電,供電電壓為DC24V。它是一台由單片機控製的智能現場設備,要完成與監控計算機和智能終端雙向數據傳輸功能,是監控計算機與智能終端的聯絡中心。它主要由單片機、RS-485從機接口電路、存儲單元、M-BUS主機接口電路組成,如圖2所示。

圖2　通信分站結構

2.2　智能終端

智能終端是整個係統的重要組成部分,它可以顯示瓦檢員最近輸入的測量內容,起到電子牌板作用,另外,如果被測參數超限,紅燈閃爍報警,以提醒過往人員注意。為防止無關人員操作智能終端,每個瓦檢員配有一個信息鈕,實現對瓦檢員的考勤,防止漏檢現象,加強安全保障體係;瓦檢員隻有將信息鈕與智能終端上的信息座接觸時,才能開啟鍵盤、輸入數據;每個信息鈕具有全球唯一的編碼,它的采用還可防止其它持鈕人員替別人輸入數據,起到對瓦檢員的考勤作用。智能終端屬低功耗型,由總線集中供電方式,即由通信分站輸出一對電源線,給智能終端供電。2 min無人操作智能終端,智能終端液晶啟用屏幕保護功能。智能終端結構如圖3所示。

圖3　智能終端結構

2.3　GSM手機模塊

手機模塊采用西門子推出的新一代GSM通信終端TC35T,它由射頻天線、內部閃存、GSM基帶處理器、匹配電源和1個40腳的Zip插座組成。其中GSM基帶處理器是核心部件,相當於1個協議處理器,用來處理外部係統通過串口發送過來的AT指令。它的外部集成了標準RS232接口、電源接口、模擬音頻輸入輸出接口和SIM卡,隻要將其串口與PC或單片機的串口相連,就可以用AT命令對它進行設置,其通信波特率為9 600 bit/s,供電電壓為8~30 V,待機耗40 mA。

3　軟件實現

3.1　通信分站軟件

係統通信方式為一主多從、半雙工,計算機為主機,工作在查詢方式,監控計算機通過發送不同的地址(每個通信分站都設有唯一的地址,地址範圍1~127)依次選通各通信分站,並讀取其存儲的測量數據。通信分站為從機,具有地址自動識別電路,工作在中斷方式,每一時刻隻有1個地址相符的從機同主機通信,且隻能發送或接收,將相應數據傳給計算機。

3.2　智能終端軟件

通信分站與智能終端之間的通信采用多機通信方式,通信分站為主機,通過發送不同的地址(每個智能終端都設有唯一的地址,地址範圍1~127)依次控製各智能終端工作,並讀取和存儲其測量數據。當通信分站發送的地址與智能終端的地址相符時,智能終端發生串口接收中斷,在中斷服務子程序中將串口從“地址接收狀態”(第9位為1)轉換為“數據通信狀態”(第9位為0),並關閉串口中斷,將地址發回,查詢串口,等待接收通信分站令,如100 ms未接到任何命令或接到的命令非法,則退出數據通信狀態,進入地址接收狀態,然後退出中斷服務子程序,返回主程序。

3.3　計算機係統軟件

本係統軟件采用了微軟公司的WINDOWS XP作為係統平台,采用B/ S結構係統模型,B/ S結構是一種以Web技術為基礎的新型係統平台模式,隻需在客戶端裝有通用的瀏覽器即可。係統DATABASE Server采用DELPHI6.0編程語言,DELPHI6.0是新一代麵向對象的可視化的快速應用程序開發環境,功能完備,界麵友好。係統數據庫采用微軟公司的SQL Sever數據庫,Microsoft SQLServer是用於分布式客戶/服務器計算環境的一個可伸縮、高性能、功能強大的多用戶關係型數據庫管理係統,它具有集中式數據完整性能力和事務處理能力,具有易於安裝、部署和使用方便的優點。係統Web Server使用微軟公司推出的新一代網絡編程語言ASP.NET,在係統的實時性,操作的方便性,以及硬件控製的可靠性方麵均可獲得滿意的效果。該係統軟件的主要功能有係統設置、數據采集、短信報警、及信息輸出(報表及曆史曲線的打印和查詢、考勤情況查詢、報警信息輸出)等。

4　結束語

該係統可精確、高效地實現井下瓦斯情況的實時管理,讓管理人員能夠及時準確地了解現場數據信息和員工工作情況信息,為礦井安全生產提供科學的參考,實現實時監控管理。實際應用表明,係統運行情況良好。

　　作者簡介:徐樂年(1965 - ) ,山東龍口人,博士,副教授,1985年畢業於天津大學電子儀器及測量技術專業,1991年畢業於山東科技大學電力拖動及其自動化專業,長期從事智能儀器及監測係統的研究和教學工作,開發產品10餘種,已發表科技論文10餘篇。