GPRS在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控的應(yīng)用

GPRS在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控的應(yīng)用
一、項(xiàng)目背景
我國煤炭行業(yè)，瓦斯事故是當(dāng)前煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害。大多數(shù)煤礦企業(yè)都已經(jīng)或正在進(jìn)行瓦斯等安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，但由于現(xiàn)有系統(tǒng)的局限性，無法使安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門及時(shí)掌握礦井的瓦斯情況，企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)及主要安全責(zé)任人無法第一時(shí)間獲得瓦斯超限報(bào)警信息。
煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的是什么？是在地下幾百里甚至幾千里的瓦斯深度是否超標(biāo)，是否有明火、自燃等安全隱患。但要讓礦井監(jiān)控室的人了解這些指標(biāo)，甚至讓上一級(jí)的集團(tuán)公司對(duì)此了如指掌，就有難度了，傳輸問題首當(dāng)其沖，信息傳輸半徑即使只短了一米，也會(huì)造成無法挽回的災(zāi)難。比如將瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測頭監(jiān)測到的數(shù)據(jù)從井下傳到井上，再從井上傳遞到監(jiān)控站進(jìn)行監(jiān)控和分析，最后將處理意見傳回井下。由于煤礦是野外作業(yè)，點(diǎn)多、分散、距離長，施工現(xiàn)場與公司之間的信息交流長期以來沒有好的解決方案，很多地方甚至連電話線都沒有，更談不上采用光纖接入等方式。怎么解決？
二、GPRS方案的優(yōu)勢
煤礦瓦斯監(jiān)測無線SMS報(bào)警系統(tǒng)，充分利用當(dāng)前先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)，與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)緊密結(jié)合，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，全方位識(shí)別，全天候處理，通過SMS短信將瓦斯實(shí)時(shí)信息發(fā)送到各級(jí)相關(guān)責(zé)任人手中，為有效防范煤礦瓦斯事故提供輔助手段，達(dá)到群防群治的目的。煤礦瓦斯監(jiān)測無線SMS報(bào)警系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了不同的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能；通過移動(dòng)通信的GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸。同時(shí)，通過短信（SMS）方式將報(bào)警信息發(fā)送到相關(guān)人員的手機(jī)上。
由于井下幾百里是沒有信號(hào)的，必須通過光纜將井下信息和井上信息互通，同時(shí)用數(shù)字信號(hào)代替以前的模擬信號(hào)，增強(qiáng)信息的準(zhǔn)確性，免受干擾。當(dāng)監(jiān)控裝置檢測到瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速超過限定值或主扇開、?；蜻\(yùn)行負(fù)荷變化較大時(shí)，GPRS數(shù)據(jù)通信模塊將井上信息傳遞到監(jiān)控站，同時(shí)，通過短信（SMS）方式將報(bào)警信息發(fā)送到相關(guān)人員的手機(jī)上。集團(tuán)公司和各礦相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)均能及時(shí)掌握瓦斯超限情況，及時(shí)指揮協(xié)調(diào)安全生產(chǎn)工作。
基于無線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為不具備有線傳輸條件的企業(yè)，特別是地域跨度較大的煤炭企業(yè)，提供了成本低、見效快、高效率的數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，為煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的監(jiān)測手段。
三、解決方案介紹
（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、煤礦信息采集點(diǎn)：采用廈門宇能科技有限公司的YN2010GPRS透明無線數(shù)據(jù)傳輸終端，通過RS232/RS485/TTL與煤礦設(shè)備采集點(diǎn)連接，接入移動(dòng)公司為煤礦中心站提供的專用的GPRS網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)對(duì)煤礦信息采集點(diǎn)的接入地點(diǎn)、時(shí)間、數(shù)量沒有限制可以隨時(shí)增減。可以滿足山區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。
2、煤礦中心站：本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP，GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址來主動(dòng)訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，通過代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護(hù)接入的每個(gè)終端的IP地址和ID號(hào)，當(dāng)主站要向某個(gè)監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)根據(jù)IP地址和ID號(hào)來找到對(duì)應(yīng)的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口，通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個(gè)應(yīng)答式的通訊流程，當(dāng)煤礦信息采集點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。
（二）產(chǎn)品特性
煤礦信息采集傳輸系統(tǒng)采用YN2010GPRSDTU。產(chǎn)品基于中國移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)品支持各種行業(yè)應(yīng)用，如實(shí)現(xiàn)信用卡實(shí)時(shí)認(rèn)證、POS機(jī)的遠(yuǎn)程控制維護(hù)、遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)點(diǎn)接入等。在煤礦信息采集傳輸系統(tǒng)方案中，YN2010GPRSDTU可通過外置或嵌入方式與煤礦信息采集點(diǎn)設(shè)備連接。
1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、接口：RS232、RS485、TTL。
3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps，實(shí)際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統(tǒng)。
5、透明數(shù)據(jù)傳輸：YN2010-DTU內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供透明傳輸通道；
6、自動(dòng)撥號(hào)連接：YN2010-DTU可配置上電自動(dòng)撥號(hào)上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)支持用戶端發(fā)起命令連接或遠(yuǎn)程喚醒連接；
7、短信息備用數(shù)據(jù)通道：在GPRS網(wǎng)絡(luò)無法連接時(shí)可啟用短信作為備用數(shù)據(jù)傳輸通道；
8、短信息遠(yuǎn)程維護(hù)功能；
9、實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)連接情況，掉線自動(dòng)重?fù)芄δ埽?BR> 10、提供主副IP及動(dòng)態(tài)域名解析；
11、心跳報(bào)告時(shí)間間隔用戶可設(shè)定；
12、數(shù)據(jù)通信幀長度用戶可設(shè)定；
13、支持VPN安全功能。
14、安裝靈活、使用方便、可靠。
（三）系統(tǒng)功能
1、系統(tǒng)具備具備的功能有：監(jiān)測瓦斯、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、一氧化碳、饋電及風(fēng)門開關(guān)等環(huán)境參數(shù)，還可以監(jiān)測煤倉煤位、水倉的水位及主要機(jī)電設(shè)備開停等生產(chǎn)參數(shù)；監(jiān)測電壓、電流、功率等電力參數(shù)；機(jī)電設(shè)備運(yùn)行保護(hù)參數(shù)。
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，①系統(tǒng)生成及操作；②測點(diǎn)生成及操作；③工藝流程模擬圖形顯示；④各測點(diǎn)數(shù)據(jù)表格顯示；⑤井上、井下各類模擬量參數(shù)的實(shí)時(shí)表格、拄狀圖、變化曲線顯示；⑥井上、井下主要設(shè)備開停等開關(guān)量的實(shí)時(shí)值和開/停時(shí)間顯示；⑦原煤產(chǎn)量等累計(jì)量的實(shí)時(shí)值和累計(jì)值顯示；⑧各類報(bào)警除表格顯示外，還有聲訊信號(hào)；⑨時(shí)鐘和日期顯示；⑩系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備及軟件操作說明跟蹤顯示。
3、系統(tǒng)具有列表顯示功能。模擬圖及相關(guān)顯示內(nèi)容包括地點(diǎn)、名稱、單位、報(bào)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(bào)警、斷電邏輯不符報(bào)警、傳感器故障、封鎖與解鎖等。開關(guān)量顯示內(nèi)容包括地點(diǎn)、名稱、開/停時(shí)刻、狀態(tài)、工作時(shí)間、開停次數(shù)、傳感器狀態(tài)、閉鎖與解鎖等。累計(jì)量顯示內(nèi)容包括地點(diǎn)、名稱、單位、累計(jì)量值等。
4、對(duì)各類報(bào)警信息進(jìn)行處理，并實(shí)時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)和報(bào)警。傳感器數(shù)值超限時(shí)聲光報(bào)警提示，并在監(jiān)控主機(jī)的相應(yīng)的條目以變換背景顏色和閃爍的方式提醒用戶發(fā)出報(bào)警信號(hào)的具體設(shè)備及安裝地點(diǎn)。
（四）安全措施
本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備，移動(dòng)終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認(rèn)證整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動(dòng)公司的GGSN設(shè)備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。對(duì)于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動(dòng)終端加載具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對(duì)用戶SIM卡手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號(hào)才能訪問專用APN，移動(dòng)終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動(dòng)分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號(hào)無法呼叫專門的APN。
3、對(duì)于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼，其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
四、結(jié)論
采用有線方式，租用靜態(tài)IP目前費(fèi)用比較高約800~1500元/月。采用GPRS無線方式，系統(tǒng)流量費(fèi)用目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費(fèi)方式，按流量計(jì)算0.03元K，而包月制20元/月有1024kBytes流量，可滿足煤礦生產(chǎn)部門目前煤礦監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)量，估計(jì)日后其費(fèi)用會(huì)逐步降低。對(duì)于煤礦生產(chǎn)部門來說，由于通信費(fèi)用較低，享受到了實(shí)惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動(dòng)，當(dāng)煤礦觀測站和煤礦信息監(jiān)控點(diǎn)搬遷時(shí)設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護(hù)用戶原有投資，適合于煤礦監(jiān)控工作的特點(diǎn)。