徐樂年,張憲棟,鄭效田,曹慶貴

(山東科技大學,山東青島266510)

摘　要:介紹了集考勤、數(shù)據(jù)實時傳送、顯示、報警、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、設計思想及其工作原理。重點介紹了智能終端和通信分站的軟硬件實現(xiàn)方法及其監(jiān)控計算機系統(tǒng)軟件設計,并簡單闡述了系統(tǒng)實現(xiàn)功能和工作過程。

關(guān)鍵詞:智能終端;總線供電;低功耗;實時管理

中圖分類號:TD76　　　　文獻標識碼: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表上,然后由通風調(diào)度人員根據(jù)班報表的內(nèi)容填制日報表。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,不利于路線測點的瓦斯含量及運行設備狀況的查詢及歷史分析。現(xiàn)存數(shù)據(jù)不能及時了解,在需要過去的瓦檢數(shù)據(jù)的情況時不能及時的查詢,不能及時了解瓦檢地點的變更及原因等詳細情況,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)實時傳送、顯示、報警、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)的準確性、及時性,為各礦的安全生產(chǎn)打下堅實的基礎。

1　系統(tǒng)的組成及工作原理

該系統(tǒng)是1個以網(wǎng)絡化為中心的安全檢測管理系統(tǒng),由地面監(jiān)控主機、GSM手機模塊、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個網(wǎng)絡層次,底層網(wǎng)絡由智能終端及通信分站組成,底層網(wǎng)絡的拓撲結(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;中間層網(wǎng)絡由通信分站與監(jiān)控計算機組成,網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)為RS485總線型,當RS-485總線過長或掛接通信分站過多時,需在總線上加RS485中繼器,以提高通信距離和可靠性,RS485中繼器由單獨的本安電源供電;上層網(wǎng)絡為計算機局域網(wǎng)絡,監(jiān)控計算機作為網(wǎng)絡結(jié)點,具有網(wǎng)絡服務器功能。一般安全監(jiān)測系統(tǒng)的每個傳感器都需要單獨的電纜與通信分站通信,適用于測點集中的場合,此網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的特點是多個網(wǎng)絡結(jié)點可共用1條通信信道,非常適合煤礦井下測點分布較廣的情形。

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)遠傳至地面監(jiān)控計算機,實現(xiàn)集中處理、存儲、報警。監(jiān)控計算機具有網(wǎng)絡服務器功能,有關(guān)領(lǐng)導和部門只要打開各自的計算機,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)將報警信息利用GSM短信方式傳到煤礦負責人的手機中,使之能及時處理問題,達到安全生產(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。它是一臺由單片機控制的智能現(xiàn)場設備,要完成與監(jiān)控計算機和智能終端雙向數(shù)據(jù)傳輸功能,是監(jiān)控計算機與智能終端的聯(lián)絡中心。它主要由單片機、RS-485從機接口電路、存儲單元、M-BUS主機接口電路組成,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,每個瓦檢員配有一個信息鈕,實現(xiàn)對瓦檢員的考勤,防止漏檢現(xiàn)象,加強安全保障體系;瓦檢員只有將信息鈕與智能終端上的信息座接觸時,才能開啟鍵盤、輸入數(shù)據(jù);每個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手機模塊

手機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40腳的Zip插座組成。其中GSM基帶處理器是核心部件,相當于1個協(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。它的外部集成了標準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或單片機的串口相連,就可以用AT命令對它進行設置,其通信波特率為9 600 bit/s,供電電壓為8~30 V,待機耗40 mA。

3　軟件實現(xiàn)

3.1　通信分站軟件

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

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通信方式,通信分站為主機,通過發(fā)送不同的地址(每個智能終端都設有唯一的地址,地址范圍1~127)依次控制各智能終端工作,并讀取和存儲其測量數(shù)據(jù)。當通信分站發(fā)送的地址與智能終端的地址相符時,智能終端發(fā)生串口接收中斷,在中斷服務子程序中將串口從“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),進入地址接收狀態(tài),然后退出中斷服務子程序,返回主程序。

3.3　計算機系統(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贸绦蜷_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/服務器計算環(huán)境的一個可伸縮、高性能、功能強大的多用戶關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),它具有集中式數(shù)據(jù)完整性能力和事務處理能力,具有易于安裝、部署和使用方便的優(yōu)點。系統(tǒng)Web Server使用微軟公司推出的新一代網(wǎng)絡編程語言ASP.NET,在系統(tǒng)的實時性,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)設置、數(shù)據(jù)采集、短信報警、及信息輸出(報表及歷史曲線的打印和查詢、考勤情況查詢、報警信息輸出)等。

4　結(jié)束語

該系統(tǒng)可精確、高效地實現(xiàn)井下瓦斯情況的實時管理,讓管理人員能夠及時準確地了解現(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)提供科學的參考,實現(xiàn)實時監(jiān)控管理。實際應用表明,系統(tǒng)運行情況良好。

　　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)于山東科技大學電力拖動及其自動化專業(yè),長期從事智能儀器及監(jiān)測系統(tǒng)的研究和教學工作,開發(fā)產(chǎn)品10余種,已發(fā)表科技論文10余篇。