安全监测系统设计

安全监测系统设计（精选十篇）

安全监测系统设计 篇1

通过检测和信号调理电路、单片机、显示和报警电路、GSM模块和通风机等电路模块构造一个家庭防火防爆安全自动监测系统硬件电路[2], 并设计相应的软件程序, 使之具有功能:1) 防爆参数检测, 2) 信号转换与处理, 3) 显示与报警。

1 总体硬件系统

1.1 单片机最小系统

单片机的最小系统如图1所示。它主要由三部分构成, 分别是STC12C5A60S2单片机、复位电路和时钟电路。复位电路由电阻、复位按钮和电容组成。时钟电路由两个30PF的电容和11.059 2 M的晶振组成[3]。

1.1.1 复位电路的设计

复位也就是单片机的初始化。单片机启动之前, 需要复位。其可以使CPU, 还有其它部件处于一个确定的状态。单片机从这个初始状态开始工作。对于整个系统来说, 复位操作是非常重要的, 需要相关的外围电路实现。复位电路如图1所示。

1.1.2 单片机时钟电路

单片机内部时钟电路如图1所示。单片机时钟有两种工作方式, 第一种是内部R/C震荡时钟, 第二种是外部晶振时钟。本系统串行通信对时钟要求高, 采用外部晶振时钟。时钟电路两个端口分别接单片机XTAL1和XTAL2引脚。

1.2 烟雾传感器电路

检测CO的浓度用MQ-2传感器。检测得到的信号比较小, 必须经过放大和调理。所以用电阻R6来调节输出信号的大小。当环境中CO浓度比较低, H-H两级电导率比较低, 电压比较小, 而输出电压就比较大。根据CO浓度和输出电压关系知, 当CO浓度为300 PPM, 输出电压为1 V。设定浓度超过300 PPM, 系统就报警。烟雾传感器电路如图2所示。

1.3 温度传感器电路

温度模块由DS18B20、R3组成, 其中R3属于上拉电阻。温度传感器属于数字式传感器, 可以直接读出温度值。DS18B20测量温度范围为-55~+125℃, 测温精度0.5℃, 完全满足对家居环境温度的测量要求。可以直接将温度转换值以16位数值码的方式输出。根据温度和数字量的关系, 当温度为30℃时, 输出的16位数字码是003BH。设定室内温度超过30℃, 系统就报警。温度模块电路连接如图3所示[4]。

1.4 可燃气体传感器电路

本设计中使用的可燃气体传感器为QM-N5。此传感器是电阻型半导体气体传感器[5]。原理是当有可燃气体产生时, 气体就会在半导体表面发生化学反应。反应一旦发生, 就会使相应的电阻发生变化。可燃气体检测和调理电路如图4所示。从U0输出的电压很小, 因此必须经过LM324进行适当的放大。然后将所得电压送入单片机中带有A/D转换功能的接口, 进行转换和数据处理。根据可燃气体浓度和输出电压关系, 当可燃气体浓度为200 PPM, 输出电压为0.5 V。设定可燃气体浓度超过200 PPM, 系统就报警。

1.5 GSM模块

本设计的GSM模块采用Siemens公司的TC35i模块, 西门子GSM模块是支持中文短信息的工业级GSM模块, 工作在EGSM900和GSM1800双频段, 电源范围为直流3.3~4.8 V。TC35i模块有40个引脚可以划分为5类, 即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。

TC35i的第13为对外输出电压 (供外电路使用) , 14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻, 用于锂电池充电保护控制。

15脚是启动脚IGT, 系统加电后为使TC35i进入工作状态, 必须给IGT加一个大于100 ms的低脉冲, 电平下降持续时间不可超过1 ms。

18脚RXD、19脚TXD为TTL的串口通讯脚, 需要和单片机或者PC通讯[6]。

TC35i的第32脚SYNC引脚有两种工作模式, 本模块使用的是指示TC35i的工作状态。当LED熄灭时, 表明TC35i处于关闭或睡眠状态;当LED为600 ms亮/600 ms熄时, 表明SIM卡没有插入或TC35i正在进行网络登录;当LED为75 ms亮/3 s熄时, 表明TC35i已登录进网络, 处于待机状态。

35~38为语音接口, 35、36接扬声器放音。37、38可以直接与驻极体话筒连接来采集声音。单片机通过I/O口控制TC35i的开关机、复位等, 通过串口与TC35i进行数据通信。

TC35i与SIM的连接图如图5所示, 它可以实现短信的收发[7,8]。

1.6 通风机控制电路

通风机电路如图6所示。主要由三极管、光电耦合器、发光二极管、线圈和通风机组成。工作原理是单片机从P2.1输出一个高电平使Q7导通, 接着光敏三极管导通, 同时Q6导通, 因而继电器的线圈K1通电, 继电器接触点闭合, 使交流220 V电源接通, 通风机开始工作。反之, P2.1输出低电平时, 继电器触点断开。

2 软件设计

2.1 系统主流程

本系统的软件设计以C语言为基础。系统主程序流程:开始→系统初始化→{读取三种传感器参数→报警子程序→键盘扫描→判断键值→调用显示数据子程序}。

主程序是一个无限循环的程序, 通过对各个模块的合理调用实现对参数的测量、比较、报警和显示。工作原理是上电后系统初始化, 单片机迅速检测到被测参数, 并存储起来, 在这个过程中包括A/D转换。然后启动报警子程序, 判断是否越限, 越限就报警30 s, 同时发送短信到主人手机, 接着判断键值。如不越限, 直接判断键值, 显示相应的数据。接着返回继续读取三种传感器的数值, 依次循环。

2.2 本方案优点

在元器件选择方面:

1) 主控制器选用STC12C5A60S2, 是8051单片机的加强版。自带8路10位高速A/D转换, 优点是处理速度快、低功耗、超强抗干扰能力。

2) 本设计选用的GSM模块是西门子生产的TC35i。它是一款高度集成的短信模块, 其体积小且重量轻, 被广泛应用。

3) 显示器采用国产的4位动态显示数码管3461LED。它的优点是与单片机连接方便、占有的I/O口少、驱动简单、稳定性好。

参考文献

[1]王芳, 马幼军, 蒋国平.智能化住宅防盗防火报警系统设计[J].传感器技术, 2002 (10) :25-27.

[2]徐立军.一种多功能家庭安防报警系统的研究与实现[D].合肥:合肥工业大学, 2009.

[3]李小武.用单片微机8051设计的防盗报警系统[J].零陵学院学报, 2004 (3) :36-37.

[4]李光忠.基于单片机的温湿度检测系统的设计[D].济南:山东大学, 2007.

[5]龚翔, 李亚杰, 高学平, 等.基于GSM的天燃气报警系统[J].机械工程与自动化, 2011 (164) :178-180.

[6]唐桃波, 陈玉林.基于AT89C52的智能无线安防报警器[J].电子设计应用, 2003 (6) :49-52.

[7]员天佑, 谢阅.基于GSM的远程住宅智能监控系统的设计与实现[J].微计算机信息, 2006 (5) :95-96.

安全监测系统自检报告 篇2

按照《关于迎接河北省安全生产监督管理局煤矿安全避险“六大系统”专项检查的通知》（冀煤规划【2011】10号）文件精神和公司要求，我矿进行了周密组织，进行了认真自检，现将安全监控系统自检情况报告如下：

一、工程概况

（一）监控设备选型

我矿现装备了KJ65N型安全监测监控系统（主机）两套，其中一套工作，一套备用。该系统具有以下优点：

1、系统结构简洁，便于安装和维护；

2、有故障闭锁功能，当与控制有关的设备未投入正常运行或故障时，自动切断该监控设备所监控区域的全部非本质安全型设备的电源并闭锁；

3、当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁；对瓦斯、风速、负压、温度、一氧化碳等环境参数实时采集、处理、存储、显示、超限报警和打印；

4、系统操作平台采用Windows XP, 所有功能操作均具有在线帮助，可在中文菜单提示下完成。需要观看图形或信息只要方便地点击，即点即得所需信息。可随时显示监测数据、图形、曲线和报警点及数值；

5、报警点、断电点由软件设定或修改,实现区域内的超限自动断电。传感器超限时有声光报警显示，并在主机屏幕上有醒目的报警条显示，列出报警数值、地点及报警时间；

6、配置不间断电源，系统停电后仍可连续工作2～4h，可确保系统的安全性能,并提高整个系统的抗干扰能力。

（二）传输设备和器材选型

系统传输电缆采用已取得“MA标志准用证”的矿用信号电缆，型号为MHYUR1*4*7/0.52，确保系统安全可靠运行。

（三）传感器选型及配置

1、回采工作面传感器选型及配置

①瓦斯探头：A、回采工作面的上遇角上隅角安设瓦斯探头T0，该探头报警

浓度≥1.0%CH4，断电浓度≥1.5%CH4，复电浓度＜1.0%CH4，断电范围在该工作面

及其回风巷内全部非本质型电器设备；B、在工作面回风10米处安设瓦斯探头T1，该探头报警浓度≥1.0%CH4，断电浓度≥1.5%CH4，复电浓度＜1.0%CH4，断电

范围在该工作面及其回风巷内全部非本质型电器设备；C、回风顺槽内距回风口10-15米处安设瓦斯探头T2，瓦斯探头报警浓度≥1.0%CH4，断电浓度≥1.0%CH4，复电浓度＜1.0%CH4，断电范围为该工作面内全部非本质安全型电器设备。

②一氧化碳探头、温度探头：在工作面回风顺槽内距回风口10-15米处安设一氧化碳探头及温度探头各一个，温度探头的报警值为30℃，一氧化碳探头的报警浓度为0.0024%CO。

③监测分站及瓦斯探头、一氧化碳探头、温度探头随工作面的采出及时移动。

2、掘进工作面传感器选型及配置

①瓦斯探头：在距工作面迎头不超过5米远的回风一侧安设瓦斯探头T1一个，随掘随移，该探头报警浓度≥1.0%CH4，断电浓度≥1.5%CH4，复电浓度＜

1.0%CH4，断电范围在该工作面内全部非本质型电器设备；在掘进工作面内距回

风巷口10-15m的回风流处安设瓦斯探头T2一个，该探头报警浓度≥1.0%CH4，断电浓度≥1.0%CH4，复电浓度＜1.0%CH4，断电范围在本工作面内全部非本质型电

器设备。

3、其它地点传感器选型及配置

①瓦斯传感器：在采区回风巷、一翼回风巷及总回风巷安设瓦斯传感器：在采区回风巷、一翼回风巷及总回风巷道内临时施工的电气设备上风侧安设瓦斯传感器；

②一氧化碳传感器：采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷各设置一氧化碳传感器一个，报警浓度为≥0.0024%CO。一氧化碳传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不大于300mm，距巷壁不小于200mm，安装维护方便，不影响行人和行车。

③风速传感器：采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷的测风站设置风速传感器。风速传感器应设置在巷道前后10m内无分支风流、无拐弯、无障碍、断面无变化、能准确计算风量的地点。当风速低于或超过《煤矿安全规程》的规定值时，应发出声、光报警信号。

④烟雾传感器：四采区各带式输送机滚筒下风侧10—15m处设置烟雾传感器。

⑤温度传感器：四采区五号煤变电所、西翼变电所、中央变电所内设置温度传感器，报警值为34℃。温度传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。

⑥主要通风机的风硐内安设风压传感器一个。

4、设备开停、风门开关传感器选型及配置

主要机电设备配置KGT9型设备开停传感器共14台，为及时监测主要机电设备的工况信息，将开停传感器卡在被控设备的负荷侧电缆上。井下主要联络巷风门共配置KGE12型风门传感器10台，为及时监测风门的开关信息，风门传感器安装在风门处。

（四）总站和分站设置地点、数目和传输系统的可靠性

1、总站、分站位置和数目

系统总站设置在调度室，一套使用一套备用。井下监控分站均吊挂在距底板不小于300mm、支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或硐室内，井下现有20台。

2、传输系统的可靠性

系统传输电缆采用已取得“MA标志准用证”的型号为MHYUR1*4*7/0.52矿用专用信号电缆。传感器设置数量和设置地点是按照国家有关规程、规范和该矿井的实际情况进行设计的，设计中选用的传感器符合国家及行业的标准，并经过有关部门的检验、检测合格的产品。

（五）系统防雷、防毒功能

系统监测干线引入调度中心及下井接口处均设有型号为TVS2TL-60防雷保护器。

系统主机安装有最新版本的正规杀毒软件，并有专门负责网络安全的人员定期升级杀毒，确保系统的运行安全。

二、存在问题

对照《河北省煤矿安全监控系统验收标准》，我矿安全监控系统在自检过程中主要发现以下问题：

1、调度室没有录音电话，没有防静电地板。

2、带式输送机下风侧没有CO传感器。

3、掘进工作面风筒没有风筒传感器。

4、掘进工作面瓦斯浓度大于3%时不能实现局扇闭锁。

5、没有风门声光报警装置。

针对存在问题，我矿进行了专门的安排部署，限定期限、责任到人。经复查，以上所有问题已于2月25前全部完成整改。

三、结论：

我矿安全监控系统符合《河北省煤矿安全监控系统建设标准（试行）》中的相关规定要求，建设合格，申请上级部门验收。

兴源矿通防区

安全监测系统设计 篇3

【关键词】煤矿；安全；监测监控；系统；设计方案

0.引言

煤矿安全监测监控系统是以计算机网络及通信技术为基础，并与煤矿井下作业的实际情况有效结合而建立的一套集信息采集、传输、管理、控制等为一体的综合信息管理系统。随着计算机技术、电子技术、传感器技术以及信息传输技术的快速发展，煤矿的安全监测监控系统已逐渐由对单一参数的监测发展为多参数单方面的监控系统。

1.煤矿安全监测监控系统设计的原则及依据

1.1设计的原则

设计时需要根据煤矿井的实际情况，比如煤矿井的井田范围、井型、服务年限、煤层的厚度、倾角、顶板及底板情况、矿井通风方式及井田开拓方式、采煤区的布置及采煤方法、采煤及掘进工作面的布置及生产情况，以及矿井的瓦斯、粉尘、自然发火、地压、水等的情况，而选择不同的设计思路及设计方法。

1.2设计依据

煤矿安全监测监控系统的设计要严格依据国家的相关法规进行，比如《煤矿安全规程》及相关煤矿安全生产法规、《矿井通风安全装备标准》、《矿井通风安全监测装置使用管理规定》以及有关煤矿的安全装备产品手册等。

2.煤矿安全监测监控系统的分类及组成

2.1系统的分类

由于煤矿安全监测监控系统可以根据监控目的、使用环境及网络结构等的不同而有不同的分类，比如按照监测监控的目的可以将其分为轨道运输监测监控系统、环境安全监测监控系统、提升运输监测监控系统、排水监测监控系统、人员位置监测监控系统、火灾监测监控系统、煤与瓦斯突出监测系统等。

2.2系统的组成

煤矿监测监控系统主要组成部分有：传感器、执行机构、电源控制箱、监控分站、主站、主机、打印机、多屏幕、模拟盘、LYS电源、网络接口电及接线盒等。

2.3系统的功能

概括地说，矿井的安全监测监控系统的功能主要有：监测矿井状态（包括整个矿井系统的各种状态参数）、矿井参数超限报警及自动控制、手动遥控断电及通电、自检、数据存储、列表显示、模拟量实时曲线及历史曲线显示、统计分析、短信报警及检测等。

3.监测监控系统的选型及布置

3.1系统选型的原则

一般煤矿安全监测监控系统由传感器、地面中心站、井下分站及通信电缆等组成，在对这几部分进行选择应遵循以下的原则：（1）瓦斯传感器的类型一般有传统的黑白元件与红外线两种，黑白元件的瓦斯传感器虽然价格便宜，但是寿命短而且量程有限；红外传感器使用寿命长、安全可靠、量程长、耐冲击，适宜在高瓦斯的矿井使用，且在使用过程中为避免灰尘影响应定期更换探头过滤器；（2）断电方式的选择：一般选用智能型传感器中心分站控制断电及就地断电双重方式，配置用于断电的控制单元来就地断电；（3）地面中心站应选用最新配置的工控机；（4）井下分站的选择：对于高瓦斯矿井，应选用本安型的井下分站；而对于低瓦斯矿井则可选用隔爆型分站；（5）通信选择：通信方式的选择可选用现场总线的方式，其采用了数字通信的方式，可根据使用地点的不同而选用多种拓补结构；通信协议可采用国际标准的护寻址，并与管理信息网进行无缝连接。

3.2系统设备的布置

3.2.1传感器的布置要点及工作面传感器的布置

传感器的布置要点：

在布置传感器时，应该严格按照使用说明书进行操作。比如，根据甲烷由于密度小而上方甲烷浓度较大的特点，将甲烷传感器安置在粉尘较小的环境，且距离煤壁、顶板及巷道侧壁的距离大于3米；温度传感器布置在巷道中随意的位置或煤壁温度偏高处；风速传感器布置在巷径、风速均匀且温度相对较低的环境，且进风口距离巷道顶部2米左右。

工作面传感器的布置：

采煤工作面甲烷传感器的布置：在进行布置采煤工作面甲烷传感器时，必须在低瓦斯、高瓦斯及煤与瓦斯突出的矿井的回风巷及工作面均设置甲烷传感器；当采煤工作面采用串联通风时，必须在被串联的工作面设置甲烷传感器；采煤机则需设置便携式的甲烷检测报警仪或者机载式的甲烷断电仪。

长壁采煤工作面甲烷传感器的布置：对于U型采煤工作面甲烷传感器的设置，在低瓦斯、高瓦斯及煤与瓦斯突出的矿井均需设置甲烷传感器，甲烷传感器的类型根据工作面的实际情况而定。

用两条巷道回风的采煤工作面甲烷传感器的布置：甲烷传感器的设置方式与U型采煤工作面的方式一致，在工作面混合回风流处及采用三条巷道回风的工作面，设置另一个甲烷传感器；而采用三条巷道回风的采煤工作面与采用第二条回风巷甲烷传感器的设置与第二条相同。

在专用排瓦斯巷的采煤工作面设置甲烷传感器，瓦斯与煤和瓦斯探井采煤的工作面回风巷的长度大于1000米，则在回风巷中不可增设甲烷传感器。

非长壁甲烷传感器的设置可按照相关规定执行，但是在低瓦斯矿井的采煤工作面至少设置一个传感器，高瓦斯采煤工作面至少设置2个甲烷传感器。

掘进工作面在进行地面甲烷传感器的设置时，应该在瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷及瓦斯涌出的岩巷进行甲烷传感器的设置；高瓦斯及煤与瓦斯突出的矿井设置甲烷传感器。

在进行掘进机的布置时，均要设置机载式的甲烷断电仪或者便携式的甲烷检测报警仪。

3.2.2电缆的选用及使用方法

一般根据井筒之间的距离选用电缆，距离较长的可选用MHY32主输电缆，距离较短者可选用MHYBV钢丝恺装井筒电缆，并将电缆延到较干燥通风的环境，且用绝缘胶布带封固线头；当井下的巷道呈现出斜坡或平巷时，选用MHY32主传输电缆；监控分站的出线部门则选用MHYVR的通信电缆。另外，电缆使用时注意提升井筒的电缆放到位之后将其固定到井壁，以免由于长时间垂挂而拉断电缆线。

3.2.3调度监控室的布置

地板铺设时应选用“抗静电材料”；各种电线电缆尤其是信号传输电缆严谨拧绞在一起；现场220伏的线路布线须先出草图；整个系统应单点接地，即地线从机房引出连接到室外地线坑，而不与其他设备共用地线。

3.2.4系统接地装置施工

于距离建筑物底部3米多的地方挖2米见方的土坑，底部均匀撒上6-8千克的工业用盐，并在其上铺设铜丝网，然后埋土30多厘米厚浇水，最上方则可保留60-80厘米的土，最后将系统的地线与地线坑引线相连接。

4.煤矿安全监测监控系统的应用

煤矿安全监测监控系统的选择设计需要根据煤矿井的实际情况选择合适的监控设备，比如某矿井根据自身条件选择了KJ95N型的煤矿安全监测监控系统。该系统采用了时分制分布式的结构，主要由地面中心站、网络终端、通信接口、图形工作站、系统监控分站以及各种传感器及控制执行器等组成，是一种集矿井的安全监控、生产工况监控、多种检测子系统以及网络信息管理为一体的综合性煤矿监测监控系统，具有较强的先进性、功能性及实用性，已经在煤炭行业进行了大量的推广及应用。 [科]

【参考文献】

[1]李小孩.煤矿安全生产监测监控系统设计[J].科技与企业，2012，23（15）：112-115.

环境安全监测信息系统设计分析 篇4

1 环境监测信息的处理与组织

1.1 专题信息编码

专题信息的编码作为实现巨量数据管理的重要基础, 对其进行编码的根本目的就在于去区分专题的属性、数据内容的分类。综合各专题特征或是在应用中的目的, 奠定了GIS所支持的专题类信息存储或管理以及分析等基础, 最终实现了环境的评价、动态监测指标。各专题的信息完全采用了统一方法进行编码, 且形成具有可行性的数据分类标准体系。其内容包含了较多的专题层面, 故层面信息需要参照比例尺的差异标准、地形分幅等对单位或基础层面进行编码命名。各专题层面的内容应用了独立性编码的体系, 其编码代表着分类的专题信息结果, 进而形成了具有独立性分类的体系。

1.2 专题信息处理

针对专题信息的处理而言, 主要包括了统一化的坐标系统、标准化的数据以及数量化的专题信息。其中统一化的坐标系统为了要实现对不同专题的图件进行空间叠加的分析、在空间区域上连接单一的专题层面等, 务必令各专题的层面在地里空间位置上具有统一性;标准化的数据能够比较多指标的评价, 要想克服具有不一致性的指标量纲, 就需将数据进行标准化。它是空间叠加的分析、动态对比等开展的重要基础, 包括了对多专题数据进行统一、标准的量化以及分析统一化的管理。其研究方法为:将样本的容量设为N, 各数据项可取m个基本指标, 则数据的处理公式为:

其中对专题信息进行定性量化主要是想针对其各专题层面初始数据展开分级的划分以后, 由于其分级划分的本身足以体现出专题层面在内部呈现的差异, 不利于各专题间实行等级分区, 进而实现了统一、标准性的定量式分析, 令综合分析、计算多专题的要素同时, 确保专题要素之间具有的公平性以及合理性。例如:将专题内容的划分成多个等级, 标准化的定量值在0~10范围内, 这样就避免了由于初始数据的绝对值存在较大差异, 却进而影响了专题要素间对比、综合分析等。

2 环境监测信息系统集成平台的设计与实现

处理与组织环境监测的系统信息, 为其环境监测的数据库提供了基础性保障。环境监测的数据具有海量、较多比例尺、较大时间的特征。因此, 设计完整性环境监测的数据库通常包含了: (1) 空间数据库的设计。针对其不同的比例尺要求地理数据构建具有层次差异的数据库, 库间的差异根据空间位置、属性特征构建了联系。其中又根据各比例尺的差异数据库要依照实况、用途去构建出多个专题的字数据库。 (2) 属性数据库的设计。属性数据运用关系数据库在系统中实现了统一的管理, 其数据采用表格形式实现了存储, 空间地物、属性主要通过具有一致性的标识码实现连接, 其中空间地物是运用标识码去获取与之相应的属性。 (3) 遥感影像数据库的设计。环境的监测系统内遥感数据来源为中、低分辨率 (TM或STOP) 及其高分辨率 (Quick Bird) 等数据。影像类数据按照空间的分布、标准分幅实施分块的压缩, 编码了影像在空间上的位置、分辨率。与此同时, 构建影像数据的索引, 利用索引检索影像数据。 (4) 多媒体数据库的设计。所有多媒体的数据都需要独立式存储, 通过统一化压缩却构建数据相关索引, 利用索引和对应地物组建联系。 (5) 元数据库的设计。元数据能够定量、定性描述地理的空间数据, 主要包含数据自身定义、内容、空间的参考以及质量或地理数据的管理等数据。将其作为地理信息的数据描述重要技术, 涵盖了对数据集的概述, 标识、数据质量、空间参照、时空、空间数据的表示、分类、元数据的参照等多种信息。因而, 构建元数据库能够长期保存、持续性使用该数据。其环境监测的信息系统涉及的元数据库在内容上包含了:数据的类型、空间或时间的分辨率、生产时间、存储或提供的格式、精度说明、生产部门、更新日期、所有者, 初始数据的编号、内容的描述、数据库的编码、空间的范围以及投影方式等。

3 环境监测信息系统的设计与实现

GIS应用的集成系统主要分为松散式、紧密式2种, 松散式的集成系统构建在多平台的GIS基础之上, 很好地集成了软件件的所有优势, 同时获取了统一的环境实现运行, 运用了GIS空间的分析、统计等功能。然而紧密式的集成系统, 是以单个、大型的商业软件作为平台功能开发的基础, 且集成了对语言系统的二次开发。该软件集成重点采用较为先进的开发理论及思想, 就是面向开发对象的部件模型、技术将其视为软件集成的基础方法。COM模型的体系、结构与自动化的服务器、控制器等有相似特征, 包括很多个COM的接口, 其用户界面也可有可无。COM模型的协议将若干个组件以组合方式组建起较大、较复杂的监测系统。现今COM模型应用的技术已然成为其软件在发展中的主流, 例如:美国资源系统的研究所研发及推广的“Map Objects”就提供了35个控制部件的对象;相继研发了“Arclnfo8.0”, 同样利用COM模型的技术实现相关研究。另外, 在其他公司中也有相关研究动向, “Geo Media”有11个种类、30个控制部件。该技术在应用领域中令系统实现了高效、无缝的集成, 且不需进行专业、二次去开发语言, 具有标准化、普及性以及低成本的重要特征。因此, 环境的监测系统在开发上使用本技术, 在“Arclnfo8.0”“MO”控件基础上, 运用具有可视化的语言开发, 集成了C语言等。

开发项目的系统时, VC的语言由于具有灵活的运用、高效的执行能力等特征, 要求系统的整体界面或系统各功能的模块在数据组织中应用“VC++”的语言进行编写, 其VB的语言由于具有简单且快速的编程基本特征, 故部分功能控件需要依靠“VB”的语言进行开发。环境的动态监测在系统上其功能模块主要包括:土地利用的模块, 主要是掌控土地资源在开发、利用时其空间具有的特征、时间序列在变化中产生的信息, 进而分析该土地被利用的类型、结构、程度等产生的变化情况;植被变化的模块, 主要是掌控森林等植被产生了动态的变化、监测;水体变化的模块, 主要是针对湖泊一类地表、水体的面积进行动态分析以及预测变化趋势等;水土流失的模块, 掌控某区域土壤产生侵蚀的强度以及水土流失的总面积;环境的综合分析功能模块, 权衡社会经济、自然环境等, 运用多个数学模型, 展开相关性的综合分析或评价。针对项目对系统的功能性要求, 可适当添加系统控件, 以此改善系统的用户界面, 在优化系统时达到用户对环境进行安全性监测的需求。

4 系统运行实例分析

以湖北省为例对系统的运行展开分析, 该省在我国长江的中游, 横跨万里长江且在洞庭湖的北部。其土地的总面积大于1800万公顷, 大约占我国土地资源面积的19%左右。其地势为西高东低的特征, 此区域为水灾的多发区, 有必要对该区域的生态环境展开综合评价以及监测的研究。将湖北省选为试验的区域, 在作定性分析基础上, 还从水热的条件和植被的指数以及地形、地貌等选取9个评价的指标, 将其输入检测系统中, 运用“主成分”的评价法对其湖北省近些年环境的状况实行监测。在综合监测的结果中, 依照生态环境内综合指数的大小把试验区域分为不同等级生态环境的质量区, 其第九级区域占了整个区域的较大比例, 接近29%。而后是第八、七、四等级区域, 大约占整个湖北省的22%, 16%和10左右, 在这些质量区域是湖北省当前生态环境的重点区域, 全区占总面积78%左右, 其他等级质量区域却占有很小的比例 (见表1) 。

5 结语

通过分析环境在安全信息方面监测的系统, 涉及了较大的数据量, 其在科学的处理以及组织下令系统在环境监测中有着关键的影响作用。构建相对具有完善性、灵活性以及高效率的数据库和对应的管理系统, 将其作为了监测系统构建的重点工作。元数据能为各部门的使用提供详细的数据信息, 对数据维护和更新有着重大意义。运用现代化的信息技术进而对资源环境实行动态式监测以及评估等, 取得了较明显的经济、社会效益。同时, 它还具有较快的速度、超高精准度以及低成本的特征, 有利于我国落实防灾和减灾的重要工作。

参考文献

[1]王思远, 刘纪远, 张增祥, 等.资源环境监测信息系统集成平台的设计与实现[J].计算机工程与应用, 2010 (29) :230-233.

[2]刘纪远.中国资源环境遥感宏观调查与动态研究[M].北京:中国科学技术出版社, 2011.

[3]张增祥.西藏自治区中部地区资源环境遥感监测与综合评价研究[M].北京:宇航出版社, 2011.

水库大坝安全监测系统调查材料 篇5

调查材料

大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察。“监测”既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测，也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。

根据山西省水利厅晋水管[2016]168号文件精神及市级水利部门的要求，我县对县直管的大石门、尚怡、原坪、上冶头4座水库的大坝安全监测系统建设和管理情况进行了调查，现将调查情况汇报如下：

一、大石门水库

1、工程基本情况

大石门水库位于山西省平定县城南20km的大石门村旁，属于海河流域子牙河水系桃河支流的阳胜河中游，控制流域面积143km，其中石山区面积86km，土石山区面积57km。1959年9月动工，64年9月竣工，2002年6月对水库进行除险加固，2003年8月完工，防洪设计标准为50年一遇，校核标准为 500年一遇，总库容1319万m，是一座以防洪为主的中型水库。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、输水建筑物组成。

大坝：大坝为浆砌石重力坝，坝顶高程1029.7m，坝

3222

高31.7m，坝顶长100m，顶宽3.5m。

溢洪道：溢洪道位于大坝右岸，为河岸开敞式，由进口段、控制段、陡坡段及底流段组成，进口底高程1022m，进口宽30m，全长240m，最大泄量844.8m3/s。

泄洪洞：泄洪洞进口底高程1008.5 m，断面尺寸为2.2 m宽*3.3m高，长度21.94m，最大泄量77.2 m 3/s。

大石门水库主要是防洪任务，保护着下游4个村庄、6556人、1.2万亩土地及5公里307国道（石太干线）、3公里太旧高速公路的防洪安全，社会综合效益显著。

大石门水库管理站隶属平定县水务局，水库产权归平定县人民政府，大石门水库已完成改制，由自收自支改革为准公益性单位，经费来源主要是县财政补助。现有职工11人，其中：站长1人，副站长2人，下设办公室、工程组。大坝安全管理人数为11名，其中：中级职称1名、初级职称1名、管道工、电工技师、高级工等其它职称的9名。水库在管理上制定了大坝安全管理制度、巡查制度、防汛值班制度等规章制度。

2、安全监测点统计

大石门水库主要是以防洪任务为主的水库，社会效益显著，水库管理人员经费是县财政补助维持现状，无经费增设观测设施，大坝安全监测系统一直是空白。由于没有基本的观测设施，对变形（坝体表面变形、坝体内部变形、防渗体

变形、界面及结（裂）缝变形等）、渗流（渗流量、坝基渗流压力、坝体渗流压力均没有布设观测点，所以无运行观测和记录。库水位主要是人工目测水位标尺及钢卷尺等测量方法，降水量主要是量筒法测量，气温用温度计测量。

大石门水库就其安全管理来看，水库安全巡查检查范围主要是坝体、坝基、坝区、输水洞、溢洪道、近坝库岸等，有日常巡视检查2次；巡查有汛前、汛中、汛后、上冻前、节假日等4-5次检查；特殊情况巡查检查根据天气情况不定次的检查等，均有巡查检查记录和存档，巡查资料基本规范。检查中发现输水洞启闭机设施不能正常使用。

3、大坝安全监测系统情况

目前，大石门水库大坝安全监测自动化系统未建，也没有视频监控，只有2台办公电脑连接因特网，网络提供商为联通。

4、现状、存在问题及希望与建议

大石门水库观测设施缺乏，技术管理人员缺乏，自动化监测系统处于空白，只有对水库水位及降雨量进行人工观测，数据精确度不高，资料可信度差。

建议对水库管理人员进行岗位培训，加强管理人员的业务技术水平；配置观测设施，增设观测项目，有利于更好的对水库进行全方位的观测、管理；尽快建立大坝安全监测系

统，括安全监测、水情监测、闸门监控、视频监控等。将安全监测系统纳入工程远程监控系统进行自动化统一管理。

二、尚怡水库

1、工程基本情况

尚怡水库位于海河流域子牙水系桃河支流南川河上游，控制流域面积50.6km，1974年动工兴建，1976年竣工，总库容590.4万m，是一座以防洪为主、兼顾供水、灌溉等综合利用的小（Ⅰ）型水库。2011年完成除险加固后，水库设计防洪标准达到30年一遇，校核防洪标准达到300年一遇。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水管和坝下廊道组成。

大坝为粘土心墙砂砾石混合坝，坝顶高程854.2m，最大坝高28.2m，坝顶长380m,坝顶宽5m。

溢洪道为开敞式，位于大坝右岸，进口底高程846.2m，控制段为驼峰堰，堰顶高程847.2m，底宽20m-12m，全长274.3m，设计泄洪248m/s。

泄洪洞为门洞型，位于右坝端底部，断面尺寸3×3.2m，进口底高程830m，出口底高程829.01m，全长98.95m，最大泄量83m/s。

输水管位于泄洪洞底部，直径为DN500的铸铁管，进口底高程830m，出口底高程827.66m，全长139.9m，最大流量1m/s，出口设∮500mm的手动工作闸阀和检修闸阀。3

333

2坝下引水廊道位于大坝基础之下，高程820m，为门洞型，净高1.8m，全长57.5m,为浆砌石涵洞内衬砼结构。

尚怡水库主担负着平定县城6.5万居民的生活用水（年平均供水量为150万m），下游东庄、尚怡等村沿河0.05万亩耕地的灌溉用水，同时保护下游9个乡镇厂矿，12个村庄2万人，0.5万亩耕地，30km交通干线，阳煤集团五矿，太旧高速公路的防洪安全。

水库管理机构为平定县南川河管理总站，隶属平定县水务局，为全民事业自收自支单位，经费来源主要给平定县城供水。现有职工18人，其中：站长1人，副站长2人，下设办公室、工程组和多经组。大坝安全管理人数为18人，其中：中级职称3人、初级职称4人、管道工、电工技师、高级工等其它职称的11人。在水库管理上制定了大坝安全管理制度、大坝巡查制度、安全生产责任制、防汛值班制度等规章制度。

2、安全监测点统计

尚怡水库有简单的变形观测设施，采用目测加仪器（经纬仪、水准仪）的人工观测方法，安全监测项目主要包括：水库大坝沉降、位移，浸润线监测，泄洪洞、地下廊道等运行观测情况，南坝头绕渗情况及背水坡坝脚渗水观测等。

大坝表面变形观测沉降测点分布在大坝坝面上，共设10个测点，位移的测点分布在大坝南北两端坚实的基础上各设2个测点，坝顶面分设6个测点，采用视准线观测法。

坝体内部变形观测总测点12个，大坝迎水面6个，大坝背水面6个，采用人工观测，用测绳与重锤测量浸润线。但现有的观测设备简易、精度不高，专业观测人员少，能力和水平一般，达不到大坝观察的规范要求。

防渗体变形、界面及界面及结（裂）缝变形、）、渗流观测在大坝右坝肩设有1处绕坝渗流观测点，用水桶加秒表的人工测量方法进行观测，坝基渗流压力、坝体渗流压力没有布设观测点。

尚怡水库水位主要是人工目测水位标尺的方法来测量水位，降水量测点有3个，人工采用量筒法测量；水库气温用温度计测量。

尚怡水库就其安全巡查检查来看，巡查检查范围主要是坝体、坝基、坝区、输水洞、溢洪道、近坝库岸等，日常巡视检查2次；巡查有汛前、汛中、汛后、上冻前、节假日等4-5次检查；特殊情况巡查检查根据天气情况不定次的检查等，巡查资料基本齐全规范，均有巡查检查记录和存档，检查中未发现不正常运行情况。

3、大坝安全监测系统情况

目前，尚怡水库大坝安全监测自动化系统未建，也没有

视频监控，只有2台办公电脑连接因特网，网络提供商为电信。

4、现状、存在问题及希望与建议

观测设施缺乏，观测项目不全，没有先进的观测仪器，缺乏技术管理人员，自动化监测系统处于空白阶段，观测仪器陈旧，在维护保养上不足，资料可信度差。

建议对水库管理人员进行岗位培训，加强管理人员的业务技术水平；增加观测设施，增设观测项目，有利于更好的对水库进行全方位的观测、管理；尽快建立大坝安全监测系统，括安全监测、水情监测、闸门监控、视频监控等。将安全监测系统纳入工程远程监控系统进行自动化统一管理。

三、原坪水库

原坪水库位于平定县城西9km的冶西镇原坪村，属海河流子牙河水系桃河支流南川河上游，控制流域面积27.8km。1977年动工，1981年蓄水受益。总库容382万m，是一座防洪为主兼顾供水的小I型水库。防汛标准为50年一遇，300年校核。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪管、输水管道组成。

大坝为粘土心墙砂砾石混合坝，坝顶高程807.5m，最大坝高27.5m，坝顶宽6m，坝顶长270m。

溢洪道位于坝右岸，进口为桥孔堰式，堰顶高程800m,堰

32顶宽6m，长度300m,最大泄量147.9m/s。

输水钢管（直径DN1000）位于大坝右侧，进口底工程788.07m,出口底高程787.171m，长度101.2m，最大泄量为13.8m/s。

2015年10月动工对该水库进行除险加固改造。目前主体工程已完工，正在积极整理资料准备审计。

原坪水库保护下游2个村庄1万余人1万亩耕地6个工厂、阳泉矿务局五矿、矿务局三处以及太旧高速公路等防洪安全，承担着下游阳光发电厂、阳泉矿务局五矿、矿务局三处生产生活用水及下0.3万亩耕地的灌溉用水的任务。

水库管理机构为平定县南川河管理总站，隶属平定县水务局，为全民事业自收自支单位，经费来源主要是阳光发电厂、阳泉矿务局五矿、矿务局三处生产生活用水。现有职工16人，其中：站长1人，副站长2人，下设办公室、工程组和多经组。大坝安全管理人数为16名，其中：中级职称2名、初级职称2名、管道工、电工技师、高级工等其它职称的12名。在水库管理上制定了大坝安全管理制度、大坝巡查制度、安全生产责任制、防汛值班制度等规章制度。

2、安全监测点统计

原坪水库有简单的变形观测设施，采用目测加仪器（经纬仪、水准仪）的人工观测方法，安全监测项目主要包括：水库大坝沉降、位移等。

33大坝表面变形观测沉降和位移测点分布在大坝坝顶上，共设7个测点，采用经纬仪视准线观测法进行测量。

坝体内部变形、防渗体变形、界面及结（裂）缝变形等）、渗流（渗流量、坝基渗流压力、坝体渗流压力）均没有布设观测点，所以无运行观测和记录。

水库水位、降雨量、气温、库水温等环境量各设测点数1个，库水位人工目测水位标测量，降水量主要是量筒法测量，气温和库水温用温度计测量。

原坪水库就其安全管理来看，水库安全巡查检查范围主要是坝体、坝基、坝区、输水洞、溢洪道、近坝库岸等，有日常巡视检查2次；巡查有汛前、汛中、汛后、上冻前、节假日等4-5次检查；特殊情况巡查检查根据天气情况不定次的检查等，均有巡查检查记录和存档，巡查资料齐全规范。目前水库工程能正常运行。

3、大坝安全监测系统情况

原坪水库设有视频监控平台，主要监测

大坝安全监测自动化系统尚未完善，有2台办公电脑连接因特网，网络提供商为网通。

4、观测设施缺乏，观测项目不全，没有先进的观测仪器，缺乏技术管理人员，自动化监测系统处于空白阶段，仪器陈旧、破坏，在维护保养上不足，资料可信度差。

建议对水库管理人员进行岗位培训，加强管理人员的业务技术水平；增加观测设施，观测项目，有利于更好的对水库进行全方位的观测、管理；尽快建立大坝安全监测系统，括安全监测、水情监测、闸门监控、视频监控等。将安全监测系统纳入工程远程监控系统进行自动化统一管理。

四、上冶头水库

上冶头水库位于山西省阳泉市平定县城西19km，属海河流子牙河水系桃河支流南川河上游,控制流域面积10km，1976年动工，1979年竣工，2012年完成除险加固后，水库设计防洪标准达到20年一遇，校核防洪标准达到200年一遇。总库容121万m，是一座以防洪、供水为主的小（1）型水库。枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪洞、输水管等建筑物组成。

大坝为主副坝结构，主坝为双拱形，坝顶高程894.4m，坝高23m,顶宽2m,曲线长90m，副坝长67m，中心度120度，主副坝连接段设重力墩。

非常溢洪道设在坝左端, 堰顶高程892.1m，堰顶宽10m,泄槽段用于乡村公路。

输水洞设在坝左端，直径0.5m，设计流量1.96m/s，洞长17.2m，手动阀控制。

泄洪洞设在右坝端，门洞式，直径0.8m，长70m，设计

32泄量6.7m/s。

水库保护着下游13个村1万余人8000亩耕地及9个工厂和太旧高速公路、阳煤集团五矿、阳光发电厂等重要设施防洪及工业用水任务。

水库管理机构为平定县南川河管理总站，隶属平定县水务局，为全民事业自收自支单位，经费来源主要是阳光发电厂、阳泉矿务局五矿、矿务局三处生产生活用水。现有职工10人，其中：站长1人，副站长2人，下设办公室、工程组和多经组。现在大坝安全管理人数为10人，其中：中级职称1人、初级职称1人、管道工、电工技师、高级工等其它职称的8人。在水库管理上制定了大坝安全管理制度、大坝巡查制度、安全生产责任制、防汛值班制度等规章制度。

2、安全监测点统计

上冶头水库为浆砌石拱形坝，对水库大坝沉降、位移表面变形、坝体内部变形、防渗体变形、界面及结（裂）缝变形等）、渗流（渗流量、坝基渗流压力、坝体渗流压力）均没有布设观测点，所以无运行观测和记录。

水库水位、降雨量、气温、库水温等环境量各设测点数1个，库水位人工目测水位标测量，降水量主要是量筒法测量，气温和库水温用温度计测量。

上冶头水库就其安全管理来看，水库安全巡查检查范围主要是坝体、坝基、坝区、输水洞、溢洪道、近坝库岸等，3有日常巡视检查2次；巡查有汛前、汛中、汛后、上冻前、节假日等4-5次检查；特殊情况巡查检查根据天气情况不定次的检查等，均有巡查检查记录和存档，巡查资料齐全规范。目前水库工程能运行正常。

3、大坝安全监测系统情况

上冶头水库没有建设大坝安全监测自动化系统和视频监控平台，管理站设有1台办公电脑连接因特网，网络提供商为联通。

4、观测设施缺乏，观测项目不全，没有先进的观测仪器，缺乏技术管理人员，自动化监测系统处于空白阶段，仪器陈旧，在维护保养上不足，资料可信度差。

安全监测系统设计 篇6

【关键词】监测监控；传感器；网络；系统软件；故障维修与维护

1.一号煤矿安全监测系统现状分析

1.1数据传输方式不能满足需要

监测系统数据传输采用光缆和信号缆线结合的方式，已经不能满足我矿监测系统数据传输的需要。

1.2数据传输距离受限

KJ95N监测系统信号缆线数据传输的最大距离在15KM，现在我矿信号缆线的数据传输距离已经达到14km，接近传输极限。随着我矿巷道的不断延伸信号缆线的数据传输方式不能满足监测系统的使用要求。

1.3故障点多

使用信号缆线传输数据时，由于信号缆线使用485信号传输，采用串联方式连接，在某个传感器出现故障或信号缆线短路、信号线缆内串入电压等故障时，会造成监测系统大面积信号中断，而且无法直接判断故障地点（有时在北一盘区出现的故障会造成八盘区信号中断），这样就不能保证我矿监测系统稳定连续的运行。

1.4没有建立独立的工业环网

目前一号煤矿在数字化矿井系统中已经建成了一套工业环网，主要用于调度通信、视频监控、集中控制、矿压监测和人员定位系统的数据传输。根据《煤矿安全规程》第160条煤矿安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆或光缆连接，严禁与调度电话电缆或动力电缆等共用的规定，监测系统不能使用数字化矿井系统已建成的工业环网传输监测数据。

1.5系统版本过低功能不完善

现运行系统为KJ95N，系统没集成瓦斯抽放系统，无安全监控系统短信报警平台和安全监控系统瓦斯浓度预警平台，而且对外发布平台版本过低，目前已不能完全满足使用需求。

1.6风井抽放系统没有和监测系统进行集成

地面瓦斯抽放监测系统独立没有接入一号煤矿安全监测系统中。二号风井和三号风井1、2号抽放系统采用采用重庆梅安森有限公司的KJ73N型瓦斯抽放参数监控系统，在二号风井和三号风井瓦斯抽放泵站控制室各安装了一台工控机用于对瓦斯抽放管道内、抽放泵站环境及工矿参数进行监测。三号风井瓦斯抽放泵站3号抽放系统使用中煤科工集团重庆研究院的KJ30瓦斯抽放监控系统，在三号风井瓦斯抽放泵站控制室安装了一台工控机用于对三号系统瓦斯抽放管道内、抽放泵站管道间环境及工矿参数进行监测。

1.7传感器设置不完善

地面风井主通风机监测不符合《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范（AQ1029—2007）》。

选煤厂各个煤仓上方和下方安装了瓦斯传感器（只能就地监测）；选煤厂机房内、带式输送机走廊没有安装甲烷传感器，带式输送机滚筒下风侧没有安装一氧化碳传感器。

目前在采掘工作面中部和回风流中机电硐室都已经安装了瓦斯传感器，但是都没有接入到KJ95N监测系统中，只是就地显示。在综采工作面皮带机头安装了一氧化碳传感器，没有在综采工作面皮带中驱动和掘进工作面皮带下风侧安装一氧化碳传感器。

1.8井下抽放管道传感器没有联检

井下瓦斯抽放各类管道传感器型号不统一、六盘区瓦斯泵站安装的各类管道传感器6台由4个厂家生产且部分传感器的煤矿安全标志证书已经吊销，使用的各类管道传感器也没有和KJ95N系统进行联检。

2.对安全监测系统进行如下升级完善

2.1升级KJ95N系统软件实现安全监测和抽放监测系统的整合：

将KJ95N系统软件升级到.net版，满足图形、报表等需求。.NET版KJ95N安全监控系统是综合性的监控系统，可以将安全与生产监测信息等各种信息综合在一起，实现了信息的综合利用。内置瓦斯抽放功能模块，全面支持瓦斯抽放监控系统的各项功能，包括瓦斯抽采量检测、显示、抽采量累计、报表等功能。

2.2建立一个独立完善的环形工业以太网平台作为安全监控系统的专用传输通道。

（1）采用工业环网传输监测数据，井下某个传感器出现故障或信号缆线短路、信号缆线内串入电压等故障时，只造成本区域接入地点的数据中断，不会造成监测系统大面积信号中断，这样可以快速查找到故障点及时处理故障，保证我矿监测系统连续的运行。

（2）监测系统数据传输采用工业环网后，减少了信号缆线的使用，这样可以避免由于信号缆线短路而造成监测系统数据传输的大面积中断。

2.3完善系统各类功能。

增加安全监控系统短信报警平台，实现安全监控系统的瓦斯超限短信报警功能，并具备分级发布信息管理功能。增加安全监控系统瓦斯浓度预警平台，瓦斯浓度预警功能必须使用语音报警。

2.4规范传感器的设置。

传感器的安装吊挂符合《AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》等行业标准规范文件。

2.5为提高测量精度和符合传感器联检规定，更换井下瓦斯抽放管道传感器，并增加管道一氧化碳传感器。

2.6通过安全监测系统改造建设，使系统符合《AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求》、《AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》等行业标准规范文件的要求，从而确保系统连续和稳定的运行。

3.常见故障及处理方法

3.1系统传输中断

地面中心站监测主机接收不到分站信息，可能有以下几个方面的问题：

（1）监测主机没有发出巡检信号，传输接口的下行发送指示灯不闪烁。应检查：

①用示波器或万用表检查主机串行口是否有信号发出。

②监测主机与接口之间的电缆是否脱落或断开，两端的9芯插头是否脱焊。

③传输接口是否有问题。

（2）监测主机发出巡检信号，传输接口的下行发送指示灯闪烁，上行指示灯不闪烁。应检查：

①用示波器或万用表检查巡检信号是否从传输接口送出到分站。

②传输接口电缆与主传输电缆之间的接线盒内部接线是否错接或线头是否脱落。

③主传输电缆是否短路或断路，打开传输接口电缆与主传输电缆之间的接线盒，拆开主传输电缆的蓝、白线头，测量其电阻值。

④在接线盒处用示波器或万用表检查分站是否发出上行信号，如有，则检查传输接口两端的电缆及传输接口是否有问题。

3.2系统传输断续

监测主机的下行巡检信号和分站送到监测主机的上行信号都有，在监测主机上显示传感器或分站信号时断时续。应检查：

（1）主传输电缆较远端或分支电缆是否有短路。

（2）主传输电缆长期使用，是否参数变化较大。

（3）分站传输部分是否有故障。

3.3部分分站和传感器无信号传输

（1）分站传输光耦或485接口芯片损坏或芯片性能下降。

（2）传感器损坏，信号电缆断开，分站接入测点的光耦损坏。

3.4监测主机接收信息紊乱

（1）检查中性线。

（2）分站供电电源电压波动较大、负载重、供电不稳。

（3）监测主机感染病毒。

3.5网络上接收不到监测信息

（1）监测主机没有联网。

（2）网络集线器及线缆有故障。

（3）网络集线器与工作站之间距离较远。

4.结语

矿井安全生产监测监控系统设计 篇7

矿井安全监测监控系统是矿井安全生产的标志和有力的保障,提高安全监测监控系统的技术水平,对矿井的安全生产、煤矿工人的生命安全有着重要的意义。

张集煤矿矿井安全监测监控系统,是引进美国HONEYWELL公司产品。该系统采用实时的网络化结构,具备完善的安全监测、生产监控、管理功能,对全矿井上、下环境参数及全矿各主要生产环节的生产过程,进行实时数据采集、传输、处理、显示、打印、对井下煤流运输系统进行集中监控,确保人员及设备的安全。

束管监测系统是引进澳大利亚MAIHAK公司产品,能够连续监测CH4、CO、CO2、O2四种气体。系统作为矿井安全监测监控系统的子系统,达到数据共享的目的。系统真正实现24小时在线监测,并自动记录各路束管气体的数据分析结果,利用数据库进行气体爆炸性分析,预测气体含量的变化趋势。

对地下煤矿气体的分析是通过一些被选用的分布在矿里的抽样点(监控“位置”)来完成的。泵从抽样位置抽取的气体通过一个减湿器到气体分析装置。

气体分析是以持续循环的方式按顺序监控每个监控点完成的。每个监控点每小时被分析一次。PLC控制监控顺序。

每个抽样点被分析的时段是可调整的(停留时间)。在每个停留时间满期时,快速获取分析数值并临时储存在PLC中。这些数值数值被IFIX服务器历史数据库周期性扫描作为长期存储和分析。

HIMASS系统工具通过气体分析仪自动采集气体浓度数据,通过提供气体浓度报警,发展趋势,和图标工具实现煤矿安全评估,从而使得矿井的防灾抗灾能力显著增强。

监控地下煤矿气体是一项旨在减少爆炸和减少火灾危险的重要的且安全的过程。在矿井空气中存在各种气体,不同浓度的上述气体能产生潜在的爆炸。例如工具:考沃德三角形、Ellicott图表、格雷厄姆比率都是实时展现气体分析区域爆炸状态的绘图指示工具。

一个固定地点变的具有潜在爆炸性通常是一个相对缓慢的过程,大约需要几天,几周甚至几个月的时间。然而,早期在一个煤矿中探测潜在爆炸区域包括以下内容:

早期有效措施用来防爆;

在职员周围潜在危险区域排成等级;

在严重区域早些排出等级/变布位置。

2 系统设计方案

2.1 现状

张集煤矿井下环境监测及生产监控系统为引进美国霍尼韦尔公司产品,该系统采用实时的网络化结构,地面网络采用以太网,井下网络采用先进的、本安的数据高速公路(DH+)网络,由网关(Controllogix)紧密地集成为一体。

地面以太网:由2台厂景系统服务器(piii 550,Plantscape r300,5000点数据库,Rslogix 500 3.01)、5台工作站、2台交换机、6个集线器和网关以及用于连接设备的光纤和铜缆组成。服务器、交换机等网络设备采用双环冗余结构连接。5台工作站按照使用权限,分别安装于矿调度室、通风工区、机电科。各工作站可从服务器管理的实时数据库中获取报警、报表、历史记录等数据信息。

井下数据高速公路(DH+):主要由以罗克韦尔公司的可编程控制器SLC500系列为核心的分站、连接光纤、铜缆和各种传感器组成。主干线缆采用光纤,传输速率为57.6Kb/s。分站具有数据处理、逻辑判断、控制功能,并配有彩显和键盘人机接口。系统可以通过网络作远程编程及程序下载。目前系统总的数据量大约为1000点左右。

HIMASS系统使用一直比较稳定可靠,这说明Rockwell系统本身是安全可靠的,为了满足整体网络的需要,通过IFIX组态软件,把Maihak系统的DH+485接口接入整体网络,实现远程监测。为此,我们把HIMASS系统改造成IFIX Maihak系统。

随着煤矿的开采,原设计中有些临时分站已撤除。系统中目前实际使用14个分站,其中井下使用11个分站,地面3个分站。

通过ControlLogix构成4条DH+分支网络,这4条DH+分支网络有3条下井,连接井下11个分站,构成井下东、西、北三个方向的监测监控网络。如1所示。

地面分站由另一条DH+网络连接,分别接束管系统、压风机系统和提风机房分站。

目前Rockwell的系统主要用于监测,基本未用于控制。

目前系统本身工作稳定,这为矿井综合自动化打下了良好的基础。但外系统接入数据很少。由于通信协议等方面的原因,井下的11个分站接入的监测监控数据也较少,或未接入成功。

另外,网络设计时采用了DH+为监测监控的主干网络,这在当时是先进的网络结构。随着技术的发展,Rockwell公司又推出了更为先进的三层结构网络系统,分别为:工业以太网、ControlNet和DeviceNet。三层网络结构更适用于综合自动化系统,尤其是将来的管控一体化的信息化模式。

鉴于网络使用现状和新技术的发展,以及煤矿对综合自动化提出的新的要求,需对网络进行升级改造。

2.2 环境监测及生产监测系统改造方案

井下环境监测及生产监控系统采用就近接入的原则,井下11个分站就近接入变电所或泵房、变电所的分站中。井下的ControlLogix控制分站与SLC监测分站使用的是同一厂家的产品,可以直接通过DH+网与控制分站连接,把采集的信号传输到ControlLogix控制分站中。具体连接如下:

示意图如图1所示。

井上的监测分站采用ControlLogix控制分站取代,或利用以太网把信号传输到控制指挥中心。

一个完整的IFIX Maihak气体监控系统由以下几个部分组成:

艾伦—布拉德利SLC5/05 PLC:PLC梯形逻辑程序:

3 束管系统气体监控功能分析

3.1 综述

这部分更详细的说明了气体监控系统的功能及其实现过程。气体监控系统优先考虑传送用户潜在安全问题。

3.2 先后顺序

PLC程序包含一系列决定哪个程序被执行的控制器。可用的程序为:正常监控;重复位置监控;自动校准

所有监控暂停。监控在下述状态下被暂停:自动校准,进入袋子,出去袋子,手动维修。

其它考虑:

如果当这种状态被使能时,PLC和IFIX之间失去通信,顺序控制器将决定采取何种措施。当通信丧失时,运行的程序将采取以下一项措施:

1)继续保持目前状态,例如:正常监控,重复监控,自动校准。

2)开始中断2小时,如果计时器在通信恢复前溢出,目前状态将被终止,正常监控程序启动。

3.3 正常监控

这种气体监控系统只分析4种不同气体。执行分析是为了早期发现地下煤矿的潜在危险。

这个IFIX Maihak气体监控系统拥有遍及全矿的多达40个抽样位置。Golf位置被特别监控因为它们充满了CH4很容易引起爆炸。

在艾伦—布拉德利可编程逻辑控制器(PLC)中一个程序执行监控抽样位置的过程。每个程序周期通过这些拥有自己的用户可配置停留时间的位置。

如果PLC与IFIX通讯失败时,PLC将维持原状的状态被使能。如果使能重复位置,这些位置也将被监控。

3.4 正常监控的过程

监控的过程包括以下内容:

开启待抽样位置的阀门。一但气体被吸入,气体分析仪通过抽样位置的气体通过一个减湿器。等停留时间满期。这要求先前采样的气体被清洗掉才能保证气体分析仪分析出它们的正确结果。

对分析结果进行一份抽样打印。这四种气体在抽样位置的分析结果被存储在PLC缓存文件中。IFIX将周期性地扫描这些结果并把它们存储在历史数据库中直到下一次扫描这个位置。

开启下一个采样位置的阀门。

3.5 正常顺序中断

由于一系列原因,正常顺序监控被中断,这些原因包括:自动校准;服务器状态;重复监控;进包设备;出包设备

一但中断完成了,恢复正常监控。即恢复对被中断位置的监控。

3.6 重复监控

具有允许用户选择多达5个采样位置分析比正常频率更高频率的功能。更高频率分析一个抽样位置的主要原因:

废矿位置:一部分煤矿已经被关闭。在被密封的煤矿后面,暴露的煤矿产生的CH4在空气中已经饱和。气体浓度的变化使得气体比率到达爆炸范围。因此废矿位置要被重点监控直到气体浓度达到一个安全稳定状态。

历史数据表明一个抽样位置向可爆性发展的趋势。每个可爆性分析图表展示了先前20格历史数据的发展趋势。如果一个抽样位置的发展趋势表明一个在可爆性附近不稳定,应该更多地监控一边我们采取适当措施。

重复监控就如一个重复组。IFIX用户通过GMS重复展示页选用重复频率。在下述情况满足时,PLC将执行重复位置监控:

目前被选择的重复位置被使能

这个位置的净化泵安全可靠,例如,真空开关表明真空开关工作正常。

重复位置不是以前处理的相同位置。

每次正常监控PLC在确认加载相关的停留时间后监控这个位置。

3.7 进包设备

进包和出包设备允许手工搜集或进包采样分析。这种状态根据使用者的选择进入。进包设备允许用户用户分析一个手工搜集抽样。进包采样与进包设备相连,用户通过客户进包/出包展示页面选择进包状态。

出包设备允许用户从一个选择采样位置进行搜集采样。这允许采样可通过外部实验室或历史纪录进行分析。

手工采集气体被分析时,正常监控关闭。

这提供了一种允许气体采样不被任何仪器监控的采样方法。

当SCADA用户使能进包设备,PLC启动阀把进包设备中空气重定向到气体分析仪。如果与SCADA的通信丢失,进包状态自动退出,当看门狗中断时间溢出时,正常监控重新开始。

3.8 出包设备

它具有允许用户从40个采样位置中任何一个搜集气体采样的功能。一个抽样包搜集需要以下条件:

在不同场所/实验室进行采样分析。这要求确保分析仪的校准准确。

存储采样数据作为历史数据。

出包过程包括用户连接一个包到出包设备,选择需要采样的位置并最终要求通过IFIX显示屏进行采样。

接着IFIX引发PLC:

暂停正常监控

激活需要抽样位置的阀门

激活出包阀来重定向从分析仪到出包设备的气体。

当出包设备搜集到采样数据时,正常监控暂停。

如果与SCADA的通信丢失,出包状态自动退出,当看门狗中断时间溢出时,正常监控重新开始。

3.9 自动校准

PLC执行自动校准顺序过程。这个过程可被用户发起或每周一次的日程引发(用户可配置日程)。

用户也可选择分析仪进行校准。正常显示校准页面提供这种功能。

自动校准引发Maihak气体分析仪进入校准状态。通过与分析仪通信,PLC打开校准阀门。这个阀门定向一种零气体(主要氮气N2)或者跨度气体(跨度气体依靠被校准的分析仪类型)。分析仪用零气体和跨度气体配置内在分析设备来确保范围数值准确。

一但一个分析仪校准完成,PLC继续校准下一个被选择的分析仪。

需要指出一个自动校准过程包括4个分析仪大约需要45分钟来完成。在期间正常监控(因此历史采集)暂停。

被选择的分析仪校准完成

目前没有分析仪出错。

当这种状态被使能时,如果PLC和IFIX的通信丢失,PLC将继续完成自动校准。当校准完成后正常校准将自动重新开始。

摘要：矿井安全监测监控系统是矿井安全生产的标志和有力的保障,提高安全监测监控系统的技术水平,对矿井的安全生产、煤矿工人的生命安全有着重要的意义。

关键词：以太网,监控,接口

参考文献

[1]张勇.煤矿安全监测监控系统升级改造初探[J].北京:煤炭工程,2006(3).

[2]闫爱清.低成本煤矿监测系统设计[D].太原:太原理工大学,2005.

[3]陈锦强,李琨,樊杨鎏.基于工业以太网的煤矿井下数据采集分站的设计[J].中国矿山工程,2006(4).

网络信息安全监测系统的设计与实现 篇8

随着当前互联网技术的发展, 各国在计算机网络领域进行了充分的研究, 并且取得了重大的成果, 在生活中的应用也十分广泛。现今各大企业都充分地利用计算机网络技术, 对企业进行相应的管理, 这在很大程度上提高了企业的管理效率, 节省了企业的人力、物力以及财力等资源。然而, 伴随网络技术应用的愈发普遍, 网络病毒的危害也在逐步地增大, 并给人们的生活以及企业的管理造成了很大的损失。因此相关企业必须要加强网络信息安全监测系统的研究, 从而防止企业信息的被盗, 以免对企业的发展造成不利影响。

1 网路信息安全监测系统的安全概述

1.1 入侵监测

入侵监测作为一种网络安全防护技术, 在国外的应用十分广泛。这种防护技术的主要原理是对病毒入侵进行实时拦截, 从而来保证网络的正常运转, 优化网络环境, 现今随着信息技术的发展, 这种入侵监测的技术已经逐渐地趋于完善, 也更加的标准, 可以全面地解决计算机系统中的各种网络问题。

1.2 计算机日志

在计算机系统中的“log”文件, 可以将系统运行中的各项数据参数以及活动的内容进行相应的保存。在电脑的操作系统中, 计算机日志将会把所有的事件都进行相应的保存, 但是计算机日志对于一些比较特殊的事件的记录会较为复杂, 并且信息量较大, 不易被获取。根据计算机日志的特点, 可以分为不同类型的日志。

2 网络信息安全监测系统的设计

2.1 系统的整体设计

对于计算机网络安全监测系统的设计, 主要是通过集线器或是交换机来对工作站中的网络进行监控, 系统之间的各个模块之间的关系与作用, 网络信息安全系统的合理科学性。

2.2 网络信息安全监测系统防护的措施

2.2.1 设置硬件防火墙

在当前的计算机网络安全监测系统中, 最为有效的措施就是设置防火墙, 防火墙的主要作用是在入口防御、隔离防御以及系统防御中起到防护的作用, 在硬件防火墙工作时, 可以对系统中的信息进行妥善地防护与管理, 同时在防火墙的保护下, 所有的防护行为以及操作都是被计算机日志所记录的。

2.2.2 配置网络入侵监测系统

在对计算机网络入侵进行防护的时候, 除了设置防火墙, 同时也可以在局域网中配置网络入侵监测系统, 以此来对网络信息进行相应的保护。并且这种防护方式可以很有效地使工作人员找到系统中的漏洞所在, 并且可以及时地采取措施进行相应的解决。另外这种监测系统, 可以对系统中的一些操作以及行为进行监督, 可以对一些风险因素进行相应的限制约束, 从而使计算机网信息的安全得到了更大的保证。

3 提高计算机网络安全保护的建议

3.1 安装安全桌面管理系统

在桌面上安装安全桌面系统, 可以有效地对系统的运行以及系统信息起到保护的作用, 从而保证了局域网的安全。而且这种方式有效地防止了因人为操作而引发的风险。在使用安全桌面时, 必须要输入密码, 密码错误禁止使用计算机, 这是一种访问权限, 这种访问权限有效地对人员访问进行了监督, 降低了违规操作的几率, 有效地保护了计算机系统的信息。

3.2 加强 IP 地址的管理

为了更好地对计算机网络信息进行防护, 并且使网络信息安全监测系统全面地发挥作用, 必须要从细节抓起。所谓的细节, 就是要对计算机中的IP地址进行相应的管理, 结合国内外先进的经验以及技术, 要时刻地对IP地址进行管理, 降低不法分子趁机侵入的机会, 从而对计算机进行相应的保护。

3.3 安装杀毒软件

杀毒软件可以有效地对网络信息进行安全的管理, 现今的大部分用户的电脑中都安装有杀毒软件, 杀毒软件可以对计算机中的一些违规操作进行拦截处理, 可以保护用户的信息。但是也有部分用户没有安装杀毒软件, 因此计算机会经常性地受到攻击。因此, 必须要在计算机中强制安装杀毒软件, 以此来保证计算机用户信息的安全。

4 结语

现今网络信息技术飞速发展, 很多的计算机网络病毒都随之产生, 因此必须要加强对网络信息安全的监测, 在现有的计算机网络安全的基础上, 设置一些安全措施, 以此来加强对计算机网络的安全运行, 以计算机入侵监测技术为前提, 结合国内外先进的技术经验, 并且要能够不断地实践创新, 以此来加强对计算机网络信息的安全监测管理, 保证计算机网络的安全运行, 要利用最为先进的技术来对计算机网络进行防护, 促进网络的发展, 以及正常运转。

参考文献

[1]张旭珍, 薛鹏蓦, 叶瑜等.网络信息安全与防范技术[J].华北科技学院学报, 2011, 13 (11) :10-20..

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[4]王锦超, 李飞, 沈玉明.网络数据包的协议分析算法设计与实现[J].计算机技术与发展, 2010, 6 (4) :118-123.

[5]李秀英, 蔡自兴.浅析网络信息安全技术[J].企业技术开发, 2010, 25 (l0) :201-204.

安全监测系统设计 篇9

随着深部煤炭资源的开采, 井筒深度随之增大。淮南矿区近年建成了多对千米深井, 这些超深井筒的安全高效运行成为煤矿安全的重点。由于新建井筒安全信息封闭和分散, 使得在矿井建设生产过程中难以得到完整详细的实时信息来进行更加有效的监测和提前干预, 所以有必要建立煤矿新建井筒的安全自动监测系统, 将各个独立的井筒安全系统连接到一个统一的信息化监测系统平台上。为此, 笔者设计了一种新建井筒安全监测系统, 通过该系统可监视各井筒的安全状态, 收集有关的安全参数, 并能够联接信息管理网, 实现矿井各部门之间以及与集团公司之间的信息交换。

1 系统结构组成

煤矿新建井筒安全监测系统采用C/S (客户机/服务器) 、B/S混合架构。与实时井筒数据紧密相关的部分采用C/S结构, 服务器采集的数据在客户机中处理后通过页面形式显示, 并将处理结果返回服务器中。而与管理相关的部分采用B/S结构, 服务器中井筒安全监测信息直接通过网页形式供管理人员在浏览器端读取, 这个过程又称为井筒安全监测信息Web发布。混合架构充分发挥了2种架构的优点, 满足了系统应用的要求。

煤矿新建井筒安全监测系统分为数据采集层、数据传输与存储层、图形显示与信息发布层3层, 如图1所示。数据采集层中传感器的模拟信号通过井下电缆传输到数据存储层——PLC数据采集箱中, PLC数据采集箱将模拟信号转换后加以存储并定时传输到数据库服务器中, 最后系统实时数据通过煤矿局域网到达图形显示与数据发布层, 即井筒安全监测数据的Web发布。

2 系统基本功能设计

煤矿新建井筒安全监测系统的主要功能有数据采集、数据传输和数据统计、计算与查询。通过埋设在井筒内壁的一次敏感元件将井筒混凝土和钢筋的内力和变形的电信号存储到PLC数据采集箱中。在PLC数据采集箱中的实时数据通过接口分时上传到系统服务器中并备份, 最后通过数据库操作达到井筒安全信息实时查询和报警的目的。

2.1 数据采集功能设计

冻结工程的实时监测内容: (1) 井壁混凝土受力; (2) 井壁钢筋应力; (3) 井壁混凝土变形; (4) 井壁温度等。测点通过埋入井壁的信号电缆连接到采集终端。采集终端具有以太网接口, 通过预设IP地址可实现网络环境下的实时数据采集。PLC数据采集终端放置在专用的机柜中, 包含开关电源等。

2.2 数据传输功能设计

VC.NET提供了MSComm控件, 通过串行口进行PLC数据传输和数据库服务器接收, 为系统提供串行通信功能。MSComm控件通信功能的实现实际上是调用了API函数来解释并传递设备驱动程序, 即MSComm控件的属性提供了通信接口的参数设置, 能实现串行通信。

2.3 数据统计、计算与查询功能设计

煤矿新建井筒安全监测系统的数据库服务器长期保存监测历史数据, 并对大量历史数据进行备份和在线查询。用户可通过定义计算公式来完成所需的计算, 同时包括年、月、日的最大、最小、平均值查询等。

3 工程应用

3.1 工程概述

淮南矿业集团朱集矿是淮南矿区开采水平为千米的深井, 工业广场内有主、副、风、矸石井4个井筒, 其中风井井筒净直径为7.5 m, 穿过表土层厚330.9 m。为了保证井筒在建设生产期间的安全, 将煤矿井筒安全监测技术应用于风井井壁结构。

3.2 传感元件的布置

在风井井筒中设置具有代表性的被监测水平:垂深为262.35～277.75 m, 厚度为15.4 m, 土性为粘土的第一监测水平;垂深为314.85～324.00 m, 厚度为9.15 m, 土性为钙质粘土的第二监测水平。传感元件的水平布置如图2所示。

在井壁各水平共布置6个压力盒, 在井壁机构的钢筋上和混凝土中沿东、南、西、北4个方向各布置1个测试断面, 每个测试断面沿环向、竖向和径向各布置1个钢筋计和应变计。每个水平布置钢筋计和应变计各12个。

3.3 井筒安全监测数据的Web发布

登陆朱集矿网址首页, 然后进入朱集矿信息化施工监管平台, 点击图标进入朱集矿井筒受力与变形监测系统。

通过监测系统可以实时查询井筒安全数据报表, 及时调整建设期间的工程进度和生产期间的安全措施预案。表1为朱集矿风井井筒第二监测水平安全数据生产报表。图3为系统主界面。

4 结语

煤矿新建井筒安全监测系统应用计算机、网络和自动监测技术实现了对井筒工程的自动安全监测, 提高了新井建设的信息化施工水平。它通过PLC采集与存储数据, 保证了数据采集的连续性和完整性;通过混合架构的自动监测系统的实施, 加强了数据的监管, 扩大了井筒安全信息的共享范围, 实现了井筒安全参数与人的简单交互, 提高了煤矿新井建设的管理水平。

本系统已应用在淮南矿业集团和肥城矿业集团的部分井筒中, 获得了大量的实时数据, 得到了400～500 m层位深厚粘土层井壁受力的力学特性。在梁山某矿的主井通过监测系统的及时报警, 对外层破裂井壁及时制定了防护安全措施, 确保了井筒的后续掘井。在淮南潘集某矿风井通过监测系统的实时报警, 对井壁实施了提前套壁施工, 保证了井筒外壁的质量安全, 并为冻结施工赢得了时间, 强化了井筒下部开挖的安全。

参考文献

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[2]王立.基于组态王的监控系统应用研究[J].微计算机信息, 2008 (2) :111-112.

[3]刘鹏飞.井壁变形全自动监测系统工程应用[J].煤炭科学技术, 2008 (2) :8-9.

[4]汪芬.基于PLC和组态王的煤矿压风机监控系统[J].煤矿机械, 2008 (11) :671-672.

[5]夏才初, 李永盛.地下工程测试理论与监测技术[M].上海:同济大学出版社, 1999.

安全监测系统设计 篇10

目前许多煤矿企业建立起了煤矿安全监控网, 随着开采规模的扩大和安全监控技术的投入, 越来越多的井下数据需要进入煤矿安全监控网来满足企业管理的不同需求, 不仅仅是仪表仪器, 还包括单片机、PLC、DCS等工业控制系统, 安全监控网一般采用企业骨干网进行数据传输, 属于上层管理网, 而单片机、PLC、DCS工控系统都是生产工艺的小范围专网, 属于控制网[1], 由于控制网上的各种设备通常来自不同的厂商, 各自的通信协议和驱动程序也就不一样, 使得管理网与控制网之间的通讯变得非常复杂, 因此现有的各种煤矿监测系统难以统一地接入上层管理网中, 大多分布在各个部门, 形成诸多的“信息孤岛”, 不利于煤矿安全生产的统一调度指挥, 以及形成相关科室一览无余的集成化煤矿安全生产调度综合信息平台, 针对这种情况提出了一种基于OPC技术的新型煤矿安全监测系统, 解决了上下层网进行数据通信、数据接口与信息集成的问题。

2 OPC原理

OPC是微软公司的对象连接和嵌入技术 (OLE) 在过程控制方面的应用, 是为工业自动化软件面向对象开发而提供一种开放式系统接口标准。

OPC规范包括OPC服务器和OPC客户端两个对象。硬件设备驱动程序和通信程序被封装为一个独立的OPC服务器, OPC服务器提供统一的接口标准, 将不同硬件设备提供的数据以标准方式传输至任何OPC客户, 每个不同的硬件厂商提供不同的OPC服务器; 应用软件 (OPC客户端) 可以不用开发硬件的驱动程序, 通过标准的OPC接口访问OPC服务器, 能够与现场的PLC, 工控网络和数据采集模块等硬件设备连接, 快速有效地获取现场实时数据。其实质是在硬件供应商和软件开发商之间建立一套完整的“规则”, 只要遵循这套规则, 数据交互对两者来说都是透明的, 硬件供应商无需考虑应用程序的多种需求和传输协议, 软件开发商也无需了解硬件的实质和操作过程。OPC在应用中的互联模型如图1所示。

显然, 一个OPC 客户端软件可以连接多个OPC 服务器, 而一个OPC 服务器也可以被多个OPC 客户端软件连接。OPC这种技术为控制网与管理网之间的互联, 以及上层应用软件和控制设备之间的数据通讯提供了极大的方便, 使得整个监测系统更具有灵活性和开放性, 实现了应用软件和硬件设备的“即插即用”。

OPC的逻辑对象中有OPC Server 、OPC Group、OPC Item三个, 其中OPC Server是维护服务器的信息并作为OPC Group对象的容器, OPC Group是维护自己的信息并提供包含OPC Item和以有效的逻辑组织OPC Item的机制, OPC Item则代表与数据源的连接[2]。

3 OPC技术在注浆监测系统中的实现

煤矿安全监测系统主要由终端监测系统、数据实时监控站和关系数据库系统、企业数据资源发布管理系统三个部分组成。而终端监测系统中各工控设备采集的数据实时、可靠地传输到数据实时监控站上是整个监测系统的关键部分, 数据实时监控站相当于一个实时数据库, 通过OPC Client界面实时监控各终端监测系统分站的情况, 终端监测系统主要负责采集井下瓦斯抽放、注浆、通风和运输等情况的各种参数数据。

系统结构如图2所示, 由于终端监测系统中PLC、DCS以及其他智能设备的种类繁多, 这里以注浆监测系统这一监测分站为例, 讲述西门子S7-200 PLC通过OPC方式与数据实时监控站通讯的实现方法。

3.1 注浆监测系统软硬件构成

(1) 数据实时监控站的软硬件配置: 研华工控机H6100+双以太网卡, OPC客户端的操作系统为Windons 2003, 具备接入局域网的条件。

(2) 注浆终端监测系统: 西门子S7-200 PLC、测量传感器、以太网通讯模块CP243-1、交换机、光端机等。

(3) 传输介质为单模光纤。

(4) 关系数据库系统采用SQL Server数据库。

3.2 方案的设计

实现的路线: 在安装有OPC Server软件的数据实时监控站上, 通过安装自编的OPC Client程序实现两者之间的数据通信, 这样, OPC客户端可通过OPC协议与OPC Server端建立连接, 同时OPC Server通过光纤以太网与CP243-1实现通信, 建立与S7-200 PLC的连接, 最终工控机上的OPC客户端能够实时采集到井下现场的在线数据。

3.2.1 OPC Server的开发

数据实时监控站采用西门子组态软件的Simentic net V6.4软件来开发OPC服务器。用Simentic net软件来配置PC站 (数据采集监控站) 和以太网模块CP243-1, 在相应槽位中插入OPC Server和IE General模块, 由于以太网交换机出厂默认的IP地址、掩码和网关分别为192.168.1.1/255.255.255.0/192.168.1.1, 因此将监控站的IP地址设置为192.168.1.3, 两个以太网模块的IP地址分别设置为192.168.1.2和192.168.1.4, 此时OPC Server将分配给OPC Client两个数据项对象的ID标识S7: [S7 connection_1]和S7: [S7 connection_2], 用来提取两个注浆终端监测系统的数据, 组态成功后, 通过交换机实现在同一个网段下将注浆终端监测系统接入数据实时监控站中。

3.2.2 OPC Client的开发

OPC客户端要访问OPC服务器, 需要开发相应的OPC接口, 开发OPC接口有两种方法: 定制标准接口, 按照OPC DA的标准规范, 利用C++高级语言等开发工具开发OPC接口, 但开发难度大, 需要对OPC和COM技术有深入了解; 自动化标准接口, 利用专用的开发工具包, 无需涉及繁琐的OPC协议, 也不必掌握复杂的COM技术, 直接调用相关接口函数即可[3]。

开发OPC客户端使用V B 6.0编程软件, 在VB中引用由西门子OPC服务器提供的Siemens OPC DA Automation 2.0, 利用自动化接口形式访问OPC服务器。每个服务器可以包含一个或多个组对象OPCGroup, 每个组对象可以包含一个或多个数据项对象OPCItem, 每个数据项对象包含一个ItemID标识 (即要用字符串表示的数据位号) , 注浆站1的数据采用S7: [S7 connection_1]ID标识, 注浆站2的数据采用S7:[S7 connection_2]ID标识, 一个数值ItemValues (数据格式为Varant万用类型) , 一个质量码Qualities (表示数据的可信度: 好、坏、故障) , 一个时间戳TimeStamps (表示最新数据变动时间) [4]。

这里以采集注浆站1的数据为例

(1) 定义全局变量。

Option Explicit

Option Base 1

Private MyOPCServer As OPCServer ' 定义OPCServer 对象

Private WithEvents MyGroup1 As OPCGroup '定义OPCGroup对象

Private MyItem (100) As OPCItem'定义OPCItem对象

Private MyItemServerHandle (100) As Long '定义 服务句柄

Private ItemClientHandle (100) As Long ' 定义客户句柄

Private Errors () As Long ' 定义错误句柄

(2) 连接服务器。

创建OPC服务器中的OPC Server对象, 与对应的OPC 服务器OPC.SimaticNET建立连接, 用OPC Server类的AddGroup创建一个组对象, 并利用组对象下得OPCItems接口提供的AddItem () 添加要注浆站1要读取的数据项对象。

Private Sub Command_Start_Click ()

Set MyOPCServer = New OPCServer '生成OPC服务器

MyOPCServer.Connect (“OPC.SimaticNET”) '连接的OPC服务器名称

Set MyGroup = MyOPCServer.OPCGroups.Add (“MyOPCGroup”) '添加组

MyGroup.IsSubscribed = True '组的激活状态

MyGroup.UpdateRate = 500 '组的刷新率

SetMyItems (1) =MyGroup.OPCItems.AddItem (“S7: [S7 connection_1]DB1, INT908”, 2)

┇

SetMyItems (2) =MyGroup.OPCItems.AddItem (“S7: [S7 connection_1]DB1, INT1007”, 2)

'添加100个读取的数据项

For i=1 to 100

MyItemServerHandle (i) = MyItems (i) .ServerHandle

Next'配置服务句柄的索引

(3) 读取数据。

得到数据项对象后, 就可以进行各种读写操作, OPC客户端通过接口函数访问服务器的方式存在三种: 同步、异步、订阅[5]。使用订阅读取效率比较高, 只要组内的注浆数据一有变化就会引发该组的DataChange事件, 从而返回变化数据的数据值。

Private Sub MyGroup _DataChange (ByVal TransactionID As Long, ByVal NumItems As Long, ClientHandles () As Long, ItemValues () As Variant, Qualities () As Long, TimeStamps () As Date)

Dim I As Long

For I = 1 To NumItems

ReadVal.Item (I- 1) .Text =ItemValues (I) '读取注浆站1采集的数据

DataQu.Item (I- 1) .Text = GetQualityText (Qualities (I) '读取变化数据的可信度

DataTime.Item (I- 1) .Text = TimeStamps (I) '读取变化数据的时间

Next

End Sub

3.2.3 注浆信息的存储和上传

为了向上层管理网提供注浆情况的信息, 将分布在两个注浆站中的注浆终端监测系统所采集的注水、注浆实时流量和日、月、年的累计量以及日、年的灰水比通过CP243-1以太网通信模块遵循TCP/IP协议传送给数据实时监控站, 再通过OPC的方式把两个注浆终端监测系统的数据集中到一台关系数据库中进行存储, 最后通过交换机接入企业的骨干网, 通过该网络将注浆的各种数据传送到上层管理网中。

采用同样的方式, 运用OPC技术分别将井下支持OPC协议的瓦斯抽放监测系统、自燃三带监测系统、通风监测系统、顶板压力监测系统和风机性能监测系统等所采集的实时状况数据进行集中整理到关系数据库中, 并上传给企业的安全管理平台, 同时为了加强煤矿企业内部的安全生产管理, 建立瓦斯压力、瓦斯浓度、顶板压力、通风状况和采空区自燃三带等重要安全数据的发布系统, 采用OPC方式对以上不同安全监测系统的数据进行了集中的规划, 整合在一台关系数据库中, 然后在此基础上通过网页Web、Excel等方式在整个煤矿企业内部办公网络中进行发布, 并进行相应的数据统计分析、图片分析等, 让安全信息得到全矿的共享, 使得生产管理人员可以在办公电脑前及时地了解井下情况。

4 总结

在实现煤矿安全监测信息集成和共享中, OPC起到了很大的作用:

(1) OPC实现了数据实时监控站与单片机、PLC、DCS等终端设备高效、灵活的数据读写, 将井下各监测系统采集的数据集中存储到关系数据库中, 进行信息整合优化, 使得企业管理层可以实时地掌握井下各类数据, 并通过网页Web的形式来方便有效地监控生产现场, 让办公室更趋于现场。

(2) OPC技术提供统一的数据标准, 解决了管理网与控制网通信接口复杂多样化的难题, 避免了客户端重复性地开发各类设备驱动程序, 克服了“信息无法全矿共享”的瓶颈, 有利于各个部门之间的信息交流与共享, 对企业的生产调度、计划优化、企业决策等起到了重要作用。

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