一、項目背景
在煤炭企業(yè)，安全生產是擺在各級領導工作的第一位大事。而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，已經引起各級部門領導的高度重視，正采取措施保障煤炭安全生產。
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)督管理工作落到實處。
在我國煤炭行業(yè)，大多數企業(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)最佳配置。
二、項目分析
2.1 系統(tǒng)組成
2.1.1礦井數據采集終端
礦井數據采集終端負責監(jiān)測礦井現(xiàn)場的瓦斯、一氧化碳、硫化氫等有害氣體的濃度、風速、負壓、溫度、一氧化碳、饋電及風門開關等環(huán)境參數，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，監(jiān)測電壓、電流、功率等電力參數等，將這些參數通過網絡傳送到數據管理中心進行分析處理。
2.1.2無線傳輸設備
鑒于對通訊模塊的要求，廈門四信公司的F2103 IP MODEM,具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數據通道、并行多數據通道、實時在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網絡接入等功能不僅可以保障數據安全可靠還能讓客戶根據需傳輸節(jié)省資費。
2.1.3數據管理中心
信息源管理（對原始數據和告警閥值數據進行配置和管理）；告警策略管理（配置安全數據的告警策略，例如通知安全責任人的順序和時間等）；數據管理（數據庫備份、恢復等功能）；
2.2 系統(tǒng)總架構
礦井采集終端通過RS232/485通訊接口與F2103串口連接，數據監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網絡，例如固定IP、APN、ADSL等。
無線傳輸設備F2103通過GPRS網絡連接到遠程數據中心服務器主機，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數據通道。當采集終端需要上報數據的時候將數據直接送往串口，此時F2103就會把收到的數據原封不動地發(fā)送到數據中心服務器主機。當數據中心下發(fā)的命令或數據通過通道傳輸到F2103后，F(xiàn)2103通過串口送到采集終端，從而實現(xiàn)了數據雙向透明傳輸。
2.3系統(tǒng)實現(xiàn)功能
（1）系統(tǒng)具備具備的功能有：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，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；監(jiān)測電壓、電流、功率等電力參數；機電設備運行保護參數。
（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
（3）系統(tǒng)可配置顯示屏，可以顯示動、靜態(tài)模擬圖形、數據表格、歷史曲線、分層顯示采掘平面圖、測點配置，實時數據顯示等。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、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，這些數據可隨時用表格、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、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，最多顯示6個模擬量曲線，并設時間標尺，可顯示對應時間標尺的模擬量。
（9）系統(tǒng)具有柱壯圖顯示功能。能直觀地反映開機率、開/停次數、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據表格、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。
三、項目架構實施
3.1 傳輸模塊與礦井采集終端連接
在工業(yè)領域設備一般都采用以太口或串口傳輸數據，無線通信模塊F2103同時支持232/485通信方式，因此可以直接和礦井數據采集終端進行連接通信，如下圖：
3.2 數據中心網絡接入方式分析
1.專線接入
中心采用APN專線， 所有點都采用內網固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。
用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。
用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。
2. ADSL撥號連接（動態(tài)公網IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態(tài)IP+DNS解析服務的。客戶先與DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。
3. 通過固定公網IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。此種方案先向INT ERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
3.3 數據中心軟件平臺構建
中心端軟件的構建有多種方式，對于傳入數據的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現(xiàn)中心端的數據接收和現(xiàn)場設備的管理。
目前四信提供三種方式的中心接口：
1.首先是對于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經集成了我們的驅動了，可以直接配置使用；
2.對于后臺中心軟件只讀串口數據的情況，提供一個虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網數據轉化為串口數據，從而實現(xiàn)利用無線公網傳輸數據且又對現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的完美結合。
3.在客戶想要開發(fā)自己的數據中心是，此時我公司會提供一個動態(tài)鏈接庫，利用動態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進行對接，同時會提供一個的數據中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數據中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數據交互的中心軟件。
下圖為后臺中心管理軟件：
四、方案特點
1. 利用四信無線IP MODEM可基本不用布線，且采用多點對一中心的組網方式，實現(xiàn)了數據的一中心統(tǒng)一管理，由于礦井在地下深處，可配高增益延長天線解決地下信號不強的情況。
2. 四信IP MODEM采用高性能工業(yè)級處理器以及看門狗等安全機制設計，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟，保證IP MODEM 永遠在線，通信鏈路永遠正常。
3. 目前礦井檢測工程數量及規(guī)模都不斷的在擴大，因此系統(tǒng)采用多點對中心的組網方案，不論采用普通無線GPRS還是APN專網都可以實現(xiàn)隨時增加新的采集控制點，對現(xiàn)有的網絡不會造成任何的中斷和影響。
4. IP MODEM 采用標準的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設計，體積小巧方便維護。
5. 礦井安全事件頻發(fā)，直接涉及人身安全，國家高度重視，四信IP MODEM完全采用國際標準的TCP/IP安全傳輸協(xié)議機制，保證數據的安全和及時，而且采用完全透明傳輸機制，保證數據的準確性。
6. 多中心設計，可同時設置5個中心監(jiān)控采集現(xiàn)場，避免因某個中心網絡不穩(wěn)定或者關閉導致無法對礦井現(xiàn)場進行監(jiān)控而產生安全隱患。
7. 礦井一般都在偏遠地區(qū)且，在此F2103進行人性化工程設計，可是工程人員無需到現(xiàn)場就可以遠程直接對網絡參數進行相應的配置，達到時間和人力的合理利用。
8. 高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65ºC、 相對濕度 95%(無凝結)環(huán)境下正常工作。
五、小結
目前礦井環(huán)境數據監(jiān)測應用廣泛，直接關系到生產生態(tài)安全，在特殊的大背景下國家政策也是大力推行，廈門四信在礦井監(jiān)測領域已有全國范圍性的應用。在物聯(lián)網的大環(huán)境下廈門四信解決方案和產品已廣泛應用于移動POS終端、金融、供應鏈自動化、智能化運輸、工業(yè)自動化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護、氣象、數字化醫(yī)療、遙感勘測、軍事、空間探索、農業(yè)、林業(yè)、水務、電力、煤礦、石化等行業(yè)。
