1、四女科技大學文檔編號產品版本密級MKJCXT-2005-10-17V.1.0內部產品名稱：煤礦平安監測系統共頁煤礦平安監測系統可行性方案分析報告僅供開發使用文檔健日期：/西安科技大學通信學院版權所有不得復制目錄1系統概述31.1 工程背景31.2 工程目標32系統總體方案設計42.1 系統設計結構42.2 系統功能設計42.4 系統主要配置63系統方案詳細設計63.1 系統模塊劃分63.2 中央站監控治理軟件設計63.2.1 監控軟件設計要求63.2.2 監控軟件結構設計73.2.3 監控軟件詳細限制功能說明73.3 上位機監控節點設計83.3.1 上位機監控節點設計要求83.3.2 上位機監

2、控節點硬件結構設計83.3.3 上位機監控節點軟件設計83.4 系統分站監控節點設計83.4.1 分站設計要求93.4.2 分站硬件結構設計103.4.3 分站軟件設計104系統設計可行性分析結論121系統概述煤炭行業是一個特殊的行業.瓦斯、礦塵、火災、水災、頂壓等各種平安隱患嚴重威脅著礦井作業工人的人身平安.建立煤礦平安信息監控系統實現生產自動化已成為我國煤炭企業迫在眉睫的首要任務.針對煤礦平安生產監控系統的具體特點,結合礦井的"一通三防"的根本方針,我們設計了煤礦平安生產信息實時監測系統.該系統采用計算機網絡技術、數據庫技術、通信技術、自動限制技術、自動檢測技術等構成的

3、綜合監控系統.系統能夠對各煤礦生產環境中的瓦斯、風速、溫度、一氧化碳、煙霧、運行設備等環境數據、工作狀態通過礦井現場傳感單元進行遠程監控及報警.1.1 工程背景能源工業是我們國家經濟開展的命脈所在,近年來,隨著石油資源的緊張、石油價格的%升,煤炭行業的重要性和不可替代性也日益凸現.但中國煤炭行業的平安生產形勢卻不容樂觀,尤其是重、特大傷亡事故屢見報端,據不完全統計,2005年中國煤炭產量占世界產量的35%,可事故傷亡人數卻占80%.在這些事故中,瓦斯爆炸又占絕大多數.這其中固然有很多因素,但各煤礦生產企業平安監測不完備、治理手段落后也是造成事故頻發的重要原因之一.隨著國家對煤礦平安生產工作的日

4、益重視,以及礦務局自身現代化治理的需求,煤礦安全監測系統越來越表達出其重要性.從技術和治理的角度出發,煤礦系統聯網平安監測已是必然趨勢.1.2 工程目標煤炭平安治理部門可根據實時上傳的告警信息和實時運行信息,確定各煤礦的施工情況或各種指標超標的地方,為治理人員準確、快速的制定平安防范舉措,提供極大的幫助.這樣,既能克服礦井數量多、地域分散、技術薄弱等問題、減少資金投入,又能充分發揮瓦斯監控設備的作用,便于在煤礦推廣應用.2系統總體方案設計我們設計的平安生產監測系統是在生產、平安及治理方面的一個實時監控系統,對于煤礦的生產運行狀況、平安水平、災害預測預報具有重要的作用.煤礦平安生產監測系統是個實

5、時調度、指揮系統,通過本系統可以使治理層快速、及時、準確地獲取生產相關數據,提升決策科學性,從而防止或減少因決策失誤而造成的平安生產事故和經濟損失.2.1 系統設計結構本系統實施共分為兩塊：監控中央,礦井現場CAN監控網絡.系統設計結構如圖1所示：瓦斯傳感器負壓傳感器水位傳感器礦井現場圖1煤礦平安監測系統結構示意圖2.2 系統功能設計1數據平安采集：通過數據采集接口平安地從各分站統讀取數據,并且保證數據傳輸的單向性；2檢測功能：中央站主機通過巡檢掃描分站來采集數據,并將處理后的數據進行分類存儲,同時通過中央站監控治理軟件實時顯示監測系統動態數據和圖形；在中央站,采集數據的顯示具有多種方式：可按

6、圖標顯示分站的綜合狀態,也可按分站顯示內部各通道數據和狀態,還可以根據自定義頁面動態顯示的頁面組織和顯示測點；既可以在超限測點窗口查看所有超限測點的情況,也可以在提示信息窗口看到測點狀態變化的情況,另外,還可在實時曲線顯示窗口查看最多為6個測點數據的實時變化曲線；提供實時報警故障記錄、逐級報警功能,以保證治理人員實時掌握故障、報警信息；3限制功能：在中央站可以定義由中央站實施限制或由分站實施限制；程序限制與手動限制；超上限限制與超下限限制；當出現斷線、負漂和溢出等特殊情況時,用戶也可設置是否進行限制；既可由模擬量數據限制,又可由數字量狀態限制.4數據處理功能：本系統的數據采用變值變態記錄方式,

7、即當測點數值或狀態改變時進行記錄.優點在于：一方面,當測點數值保持不變或變化范圍較小時,不需要重復記錄這些相同或根本相同的數值,變值變態記錄就使這些重復的記錄減少到最低程度；另一方面,當測點數值變化較大、較快時,又可詳細記錄每一變化的細節.采集的數據可進行二次處理,包括計時、計數、線形計算等.5統計查詢功能：用戶可選擇某一月內任意時間段內的任意測點進行查看記錄、顯示曲線的操作,可查看長至一個月、短到一分鐘的測點變化趨勢,并將處理形成文本文件、圖形文件或圖像文件保存與硬盤至,以便用戶隨時調出查看.用戶可同時查看不同時間段、不同測點的曲線,并且可以任意放大和縮小,以便進行比擬和分析.在報表方面,用

8、戶可生成形式與內容均可自定義的各類報表.6分站集中治理：通過中央站監控軟件的設定各個分站的運行參數具體要求見分站設計c并遠程限制分站執行斷電動作邏輯.7提供關系數據庫接口：通過監控軟件的的關系數據庫接模塊可以將數據寫入到關系數據庫表中,為治理系統使用相關數據提供方便；8分站具有自動具有瓦電閉鎖和風電閉鎖功能.當監測到模擬量超限到某個值時要切斷工作面電源即實現斷電限制,或監測到開關量風機停或風門開時實現斷電限制.2.3系統特點1開放性好：；2良好平安性：3響應速度快；4運行穩定；5擴展性強；2.4系統主要配置1研祥工控計算機：祥銳II-P24D22P4級別,祥捷II-P10S12P3級別2分站數

9、據采集限制模塊和板卡型號待定,CAN中繼器,CAN主節點型號待定3數據庫效勞器4打印等其他設備3系統方案詳細設計3.1 系統模塊劃分本系統主要分3個模塊,1中央站監控治理軟件,2上位機監控節點,3分站監控節點.拓撲結構請參看圖1所示.接下來幾個小節就是對這三個模塊詳細設計說明.3.2 中央站監控治理軟件設計3.2.1 監控軟件設計要求1以Windows操作系統為運行平臺.支持MicrosoftWindows98/2000/XP/2003中文版操作系統,采用了先進的全面支持多任務、多線程、多窗體的模塊化軟件設計思想.系統軟件包括：主程序、井下工作區圖形化設計與顯示程序、曲線顯示程序、報表治理程序

10、、運行記錄瀏覽程序,各個模塊可同時運行、互不干擾.2具有豐富的限制功能.不僅可以定義中央站限制,還可以定義分站限制；不僅可以進行程序限制,還可進行手動限制；不僅能進行超上限限制,還能進行超下限限制；不僅在數據正常情況下可進行限制,在出現斷線、負漂和溢出等特殊情況下用戶也可設置是否限制；控制測點可以是模擬量,也可以是數字量.3具有強大的曲線和報表功能.用戶可選擇某一月內任意時間段內的任意測點查看記錄、顯示歷史曲線和實時曲線.可查看長至一個月,短到一分鐘的測點變化趨勢.對于曲線,可將處理結果形成文本文件保存于硬盤中,用戶可隨時調出查看.用戶最多可同時查看最多6條不同時間段、不同測點的曲線,曲線可任

11、意放大和縮小,以進行比擬和分析.對于報表,用戶可生成形式與內容均可自定義的各類報表.4具備靈活、方便的井下工作區圖形化設計與顯示功能.用戶可使用系統提供的根本圖形組件,或自行設計自定義組件,方便、迅速地完成井下工作區圖形界面.在圖形界面的運行模式下,系統自動以圖形化的方式顯示各個測點、分站以及其他設備的動態工作情況,并可通過鼠標點擊目標圖形,查看相應的數據信息.5具有數據監視功能.本軟件采用分頁顯示和按分站顯示兩種方法監視數據.6提供Web數據發布功能.辦公局域網內或介入互聯網的授權用戶,可提供標準瀏覽器來查看測點數據.3.2.3 監控軟件詳細監控功能說明1巡檢功能：主程序采用巡檢方式與分站進

12、行通信.發送的命令主要有3種：初始化命令、獲取數據命令和限制命令.其中,限制命令的優先級最高,其次是初始化命令,最后是獲取數據命令.中央站主程序在向某分站發送命令之前,如發現該分站是首次參加巡檢隊列的,那么先向期發送初始化命令,將該分站模擬量傳感器的量程、報警上下限、由分站實施的限制定義以及數字量二態、三態的標志都下發給它,使其具備獨立工作的水平.無論初始化是否成功,在第二次巡檢分站時都改發獲取數據命令,如在初始化時不成功,分站此時會在回送的數據中請求再次初始化.2診斷調試功能：用戶可選擇連續巡檢或間隔巡檢兩種方式進行分站調試,以便查看分站的通訊情況.其中主要顯示：當前掃描的分站的通訊狀態以及

13、回送數據,統計通訊的次數、中斷次數、錯誤次數,并計算出中斷率和錯誤率,可供安裝維護人員在調試分站、傳感器或診斷通訊故障時使用.3系統限制功能分為手動限制和程序限制兩種限制方式.手動限制：是用于特殊情況下的限制手段.,用戶選擇需要實施限制的限制量測點號,按下“吸合、“斷開紅火“解除按鈕,程序將在下一次掃描分站是發送限制命令以實現手動限制.注意,手動限制應在程序退出前解除.程序限制：是通過隊限制通道的定義,在程序運行中自動判斷、自動實現的一種限制手段.對于不同形式的程序限制其限制邏輯不同.3.3 上位機監控節點設計上位機監控節點主要負責把分站監控節點采集的數據CAN數據包轉換成Rs232協議數據,

14、上傳給中央站監控主機,并把監控主機下發的命令打包轉換為CAN網絡數據包,轉發給分站監控節點.3.3.1 上位機監控節點設計要求1能快速把中央站的限制命令轉換成CAN數據包,下發到相應分站節點.2能快速把分站節點上傳的CAN數據包車專換為Rs232協議格式,轉發給中央站工控機.3.3.2 上位機監控節點硬件結構設計RXTXGND上位機監控節點硬件結構比擬簡單,它只完成協議轉換的作用.結構圖如下:本安電源Max232RS232接口外圍電路51單片機CANHSJA1000CAN接口外圍電路CANL3.3.3 上位機監控節點軟件設計上位機監控節點軟件主要完成協議轉換的作用,功能單一,此處不多詳述.3.

15、4 系統分站監控節點設計平安監測監控系統最終要實現的功能就是監測監控,即瓦電閉鎖和風電閉鎖.當監測到模擬量超限到某個值時要切斷工作面電源即實現斷電限制,或監測到開關量風機停或風門開時實現斷電限制.限制邏輯關系主要分為模擬量限制和開關量限制.模擬量限制主要分為超上限限制和斷線限制,特殊的如風速傳感器需要有超下限限制,開關量分為狀態限制,這些邏輯關系全部由上位機定義,然后開機初始化分站,今后只要上位機不改變不下發命令,分站始終保持最初的初始化信息.1分站必須能夠獨立完成監測監控的功能,但當與上位機中斷通訊時,分站只能實現本臺分站的限制關系,而不能實現不同分站之間的限制關系.不同分站之間的限制即為異

16、地限制.同一臺分站之間的瓦電閉鎖和風電閉鎖均屬于本地限制.2傳感器的量程設定不固定,由用戶在上位機設定,通過通信線路下發給分站.3傳感器的報警限設定不固定,由用戶在上位機設定,通過通信線路下發給分站.采樣值到達報警上限啟動蜂鳴器和對應指示燈聲光報警.4分站的斷電限制門限設定不固定,由用戶在上位機設定,通過通信線路下發給分站,采樣值到達限制門限就啟動對應繼電器斷開.5分站開機或復位后首先顯示分站號,然后依次循環顯示8路模擬量或開關量、8路開關量.68路模擬量顯示要求：首先,第一個數碼管顯示通道號18,第4個顯示接入的傳感器信號類型,一秒鐘后,全屏顯示傳感器的數值.顯示“d娘示斷線,即傳感器信號未

17、與分站連接好或傳感器本身不工作顯示“F嗪示負漂,即傳感器的測量值低于標定的量程低值顯示“YC表示溢出,即傳感器的測量值高于標定的量程高值7在某個通道上如果接入傳感器,但是在上位機沒有定義該通道是否接入傳感器,那么讓第一個數碼管的小數點點亮表示此通道在上位機未定義.88路開關量顯示要求：假設通道接入三態開停傳感器,那么后三個數碼管顯示同樣的符號表示狀態,0態為：UUU1態為：nnn斷線為：-中央線假設通道接入二態開關量傳感器,那么后三位數碼管顯示同樣的符號表示狀態,0態為：UUU1態為：nnn9限制功能要求：假設某路繼電器動作限制置位那么相應繼電器指示燈變亮.10其他狀態顯示要求：通訊指示燈：假

18、設處于通信狀態那么通訊燈閃爍,如其它狀態長滅.供電狀態指示燈：假設分站電源為電池供電,那么分站電源狀態燈變亮.11鍵盤可以輸入設定傳感器的信號類型,傳感器通道是否使用,固定查看某通道值,傳感器報警上下限也可以接收上位機下傳的設定值,分站CAN地址.12分站根據自身保存的默認限制斷電上下限值自動動作,上位機也可以手動斷電,分站接收上位機下傳的斷電命令執行相應動作.13分站可通過接收上位機下傳的量程上下值、報警上下限、斷電值,分站保存該下傳結果.14鍵盤可設定顯示固定某路通道值.15顯示窗大小：65mmX40mm.鍵盤接口鍵盤3.4.3分站軟件設計分站軟件的設計主要根據設計要求有以下三個比擬重要的

19、局部：1分站開機啟動流程分站首次開機后,首先初始化緩沖區和CAN網絡接口,提示鍵盤設定該分站CAN網絡ID號.顯示A00,表示該分站沒有設定地址.鍵盤設定了該地址后,將重新初始化CAN網絡接口,并主動給上位機節點發注冊信息,等待中央站軟件下發設定參數.當中央站軟件下發設定參數后,分站接收參數并存入Flash,再次初始化.然后進入正常工作狀態.分站在首次開機并接收了上位機下發的設定參數報警限,限制限,斷電限制邏輯后,會永久保存Flash中,如果再次斷電,那么一開機后,從Flash中讀出以前存入的設定值進行初始化,首先顯示分站ID號,AXX,然后直接進入正常工作狀態,顯示通道號和信號類型,隨后顯示該通道的數值.可以手動設定固定顯示某通道值.同時進行報警和斷電限制邏輯判定.2分站斷電限制流程分站在顯示各個通道的采集值的時候,也實時判斷每個采集的數值和存入Flash的報警限,限制限比擬.如果到達報警限,那么聲光報警.如果超過報警限,到達限制限,那么自動根據限制規那么啟動遠動開關繼電器斷開電源.當上位機下發手動斷電命令,那么立即根據命名參數執行斷電動作.3分站通信協議主要命令設定命令說明0x00返回正確接收應答.0x10上傳16個整型值,檢測到的16路實時數據；0x20上位機限制下位機的8個繼電器開關值