徐樂年,張憲棟,鄭效田,曹慶貴

(山東科技大學(xué),山東青島266510)

摘　要:介紹了集考勤、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送、顯示、報(bào)警、管理等功能于一體的煤礦瓦斯檢測作業(yè)跟蹤與管理系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計(jì)思想及其工作原理。重點(diǎn)介紹了智能終端和通信分站的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法及其監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),并簡單闡述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能和工作過程。

關(guān)鍵詞:智能終端;總線供電;低功耗;實(shí)時(shí)管理

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

　　目前我國煤炭企業(yè)瓦檢管理絕大部分都采用傳統(tǒng)的筆記方式,即瓦斯檢查工將現(xiàn)場測定數(shù)據(jù)記錄在瓦斯檢查牌板、瓦斯檢查手冊和班報(bào)表上,然后由通風(fēng)調(diào)度人員根據(jù)班報(bào)表的內(nèi)容填制日報(bào)表。這種方式存在很大缺陷,難免出現(xiàn)“巡而不檢,檢而不記,記而不析,析而不查”的現(xiàn)象,不利于路線測點(diǎn)的瓦斯含量及運(yùn)行設(shè)備狀況的查詢及歷史分析?，F(xiàn)存數(shù)據(jù)不能及時(shí)了解,在需要過去的瓦檢數(shù)據(jù)的情況時(shí)不能及時(shí)的查詢,不能及時(shí)了解瓦檢地點(diǎn)的變更及原因等詳細(xì)情況,給礦井瓦斯檢查管理工作帶來了困難。針對以上問題,我們研制了一種集考勤、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送、顯示、報(bào)警、管理等功能于一體的煤礦瓦檢作業(yè)跟蹤與管理系統(tǒng)。徹底解決了原有瓦檢管理方式的缺陷,保證瓦斯檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性,為各礦的安全生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1　系統(tǒng)的組成及工作原理

該系統(tǒng)是1個(gè)以網(wǎng)絡(luò)化為中心的安全檢測管理系統(tǒng),由地面監(jiān)控主機(jī)、GSM手機(jī)模塊、通信接口、通信分站和井下智能終端組成,如圖1所示。系統(tǒng)分為3個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次,底層網(wǎng)絡(luò)由智能終端及通信分站組成,底層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為M-BUS總線型,布線簡便(無極性、可任意分支,普通雙絞線)、抗干擾能力強(qiáng);中間層網(wǎng)絡(luò)由通信分站與監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為RS485總線型,當(dāng)RS-485總線過長或掛接通信分站過多時(shí),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(dú)的本安電源供電;上層網(wǎng)絡(luò)為計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò),監(jiān)控計(jì)算機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn),具有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器功能。一般安全監(jiān)測系統(tǒng)的每個(gè)傳感器都需要單獨(dú)的電纜與通信分站通信,適用于測點(diǎn)集中的場合,此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是多個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)可共用1條通信信道,非常適合煤礦井下測點(diǎn)分布較廣的情形。

圖1　系統(tǒng)構(gòu)成

瓦檢員將測量數(shù)據(jù)輸入到分布在各測點(diǎn)的智能終端,智能終端將輸入的測量數(shù)據(jù)(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(shù)據(jù)發(fā)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(yuǎn)傳至地面監(jiān)控計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)集中處理、存儲(chǔ)、報(bào)警。監(jiān)控計(jì)算機(jī)具有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器功能,有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門只要打開各自的計(jì)算機(jī),就可通過瀏覽網(wǎng)頁來查詢?nèi)勘O(jiān)測內(nèi)容。另外,該系統(tǒng)將報(bào)警信息利用GSM短信方式傳到煤礦負(fù)責(zé)人的手機(jī)中,使之能及時(shí)處理問題,達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

2　硬件結(jié)構(gòu)

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。它是一臺由單片機(jī)控制的智能現(xiàn)場設(shè)備,要完成與監(jiān)控計(jì)算機(jī)和智能終端雙向數(shù)據(jù)傳輸功能,是監(jiān)控計(jì)算機(jī)與智能終端的聯(lián)絡(luò)中心。它主要由單片機(jī)、RS-485從機(jī)接口電路、存儲(chǔ)單元、M-BUS主機(jī)接口電路組成,如圖2所示。

圖2　通信分站結(jié)構(gòu)

2.2　智能終端

智能終端是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分,它可以顯示瓦檢員最近輸入的測量內(nèi)容,起到電子牌板作用,另外,如果被測參數(shù)超限,紅燈閃爍報(bào)警,以提醒過往人員注意。為防止無關(guān)人員操作智能終端,每個(gè)瓦檢員配有一個(gè)信息鈕,實(shí)現(xiàn)對瓦檢員的考勤,防止漏檢現(xiàn)象,加強(qiáng)安全保障體系;瓦檢員只有將信息鈕與智能終端上的信息座接觸時(shí),才能開啟鍵盤、輸入數(shù)據(jù);每個(gè)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(shù)據(jù),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(hù)功能。智能終端結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　智能終端結(jié)構(gòu)

2.3　GSM手機(jī)模塊

手機(jī)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(nèi)部閃存、GSM基帶處理器、匹配電源和1個(gè)40腳的Zip插座組成。其中GSM基帶處理器是核心部件,相當(dāng)于1個(gè)協(xié)議處理器,用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送過來的AT指令。它的外部集成了標(biāo)準(zhǔn)RS232接口、電源接口、模擬音頻輸入輸出接口和SIM卡,只要將其串口與PC或單片機(jī)的串口相連,就可以用AT命令對它進(jìn)行設(shè)置,其通信波特率為9 600 bit/s,供電電壓為8~30 V,待機(jī)耗40 mA。

3　軟件實(shí)現(xiàn)

3.1　通信分站軟件

系統(tǒng)通信方式為一主多從、半雙工,計(jì)算機(jī)為主機(jī),工作在查詢方式,監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過發(fā)送不同的地址(每個(gè)通信分站都設(shè)有唯一的地址,地址范圍1~127)依次選通各通信分站,并讀取其存儲(chǔ)的測量數(shù)據(jù)。通信分站為從機(jī),具有地址自動(dòng)識別電路,工作在中斷方式,每一時(shí)刻只有1個(gè)地址相符的從機(jī)同主機(jī)通信,且只能發(fā)送或接收,將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)。

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(jī)通信方式,通信分站為主機(jī),通過發(fā)送不同的地址(每個(gè)智能終端都設(shè)有唯一的地址,地址范圍1~127)依次控制各智能終端工作,并讀取和存儲(chǔ)其測量數(shù)據(jù)。當(dāng)通信分站發(fā)送的地址與智能終端的地址相符時(shí),智能終端發(fā)生串口接收中斷,在中斷服務(wù)子程序中將串口從“地址接收狀態(tài)”(第9位為1)轉(zhuǎn)換為“數(shù)據(jù)通信狀態(tài)”(第9位為0),并關(guān)閉串口中斷,將地址發(fā)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(shù)據(jù)通信狀態(tài),進(jìn)入地址接收狀態(tài),然后退出中斷服務(wù)子程序,返回主程序。

3.3　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)軟件采用了微軟公司的WINDOWS XP作為系統(tǒng)平臺,采用B/ S結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型,B/ S結(jié)構(gòu)是一種以Web技術(shù)為基礎(chǔ)的新型系統(tǒng)平臺模式,只需在客戶端裝有通用的瀏覽器即可。系統(tǒng)DATABASE Server采用DELPHI6.0編程語言,DELPHI6.0是新一代面向?qū)ο蟮目梢暬目焖賾?yīng)用程序開發(fā)環(huán)境,功能完備,界面友好。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用微軟公司的SQL Sever數(shù)據(jù)庫,Microsoft SQLServer是用于分布式客戶/服務(wù)器計(jì)算環(huán)境的一個(gè)可伸縮、高性能、功能強(qiáng)大的多用戶關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),它具有集中式數(shù)據(jù)完整性能力和事務(wù)處理能力,具有易于安裝、部署和使用方便的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)Web Server使用微軟公司推出的新一代網(wǎng)絡(luò)編程語言ASP.NET,在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,操作的方便性,以及硬件控制的可靠性方面均可獲得滿意的效果。該系統(tǒng)軟件的主要功能有系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、短信報(bào)警、及信息輸出(報(bào)表及歷史曲線的打印和查詢、考勤情況查詢、報(bào)警信息輸出)等。

4　結(jié)束語

該系統(tǒng)可精確、高效地實(shí)現(xiàn)井下瓦斯情況的實(shí)時(shí)管理,讓管理人員能夠及時(shí)準(zhǔn)確地了解現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息和員工工作情況信息,為礦井安全生產(chǎn)提供科學(xué)的參考,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。實(shí)際應(yīng)用表明,系統(tǒng)運(yùn)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(yè)于天津大學(xué)電子儀器及測量技術(shù)專業(yè),1991年畢業(yè)于山東科技大學(xué)電力拖動(dòng)及其自動(dòng)化專業(yè),長期從事智能儀器及監(jiān)測系統(tǒng)的研究和教學(xué)工作,開發(fā)產(chǎn)品10余種,已發(fā)表科技論文10余篇。