一、項目背景
      在煤炭企業(yè)，安全生產(chǎn)是擺在各級領導工作的第一位大事。而目前國內(nèi)的煤炭生產(chǎn)安全事故不斷，特別是不斷發(fā)生的重大瓦斯爆炸事故造成了嚴重的損失，已經(jīng)引起各級部門領導的高度重視，正采取措施保障煤炭安全生產(chǎn)。

      隨著企業(yè)信息化的不斷深入，安全生產(chǎn)信息化成為企業(yè)信息化首當其沖的重要內(nèi)容。利用現(xiàn)代化的信息技術手段，建設安全生產(chǎn)監(jiān)督管理信息網(wǎng)絡系統(tǒng)，才能將安全生產(chǎn)監(jiān)督管理工作落到實處。

      在我國煤炭行業(yè)，大多數(shù)企業(yè)都已經(jīng)或正在進行生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)測監(jiān)控等系統(tǒng)的建設，這些系統(tǒng)的建立在實現(xiàn)安全生產(chǎn)的過程中起到了重要的作用；但是由于各種系統(tǒng)建于不同時期，使用不同的技術，各系統(tǒng)無法有效的集成，使安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控信息不能很好的整合、利用。將安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控信息及時、準確的傳送到各級相關人員手中，缺乏有效的手段。系統(tǒng)需要在地面的中央控制室可對全礦井生產(chǎn)過程及設備實現(xiàn)自動化監(jiān)測和控制，并能把信息通過網(wǎng)絡傳送給礦級領導，使領導在辦公室即可隨時了解生產(chǎn)、安全等信息，實現(xiàn)全礦井的統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一管理。需要系統(tǒng)的信息由下而上逐級集中，可與礦務局、焦煤公司的局域網(wǎng)內(nèi)的計算機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)實時遠程查看。而控制既可集中于監(jiān)控層操作，也可分散于設備控制層實施。各個子系統(tǒng)均可獨立自成體系，可以按照礦井要求分步配置，進而實現(xiàn)最佳配置。

二、項目分析
2.1 系統(tǒng)組成
2.1.1礦井數(shù)據(jù)采集終端
      礦井數(shù)據(jù)采集終端負責監(jiān)測礦井現(xiàn)場的瓦斯、一氧化碳、硫化氫等有害氣體的濃度、風速、負壓、溫度、一氧化碳、饋電及風門開關等環(huán)境參數(shù)，還可以監(jiān)測煤倉煤位、水倉的水位及主要機電設備開停等生產(chǎn)參數(shù)，監(jiān)測電壓、電流、功率等電力參數(shù)等，將這些參數(shù)通過網(wǎng)絡傳送到數(shù)據(jù)管理中心進行分析處理。
2.1.2無線傳輸設備
      鑒于對通訊模塊的要求，廈門四信公司的F2103 IP MODEM,具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道、實時在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網(wǎng)絡接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費。
2.1.3數(shù)據(jù)管理中心
      信息源管理（對原始數(shù)據(jù)和告警閥值數(shù)據(jù)進行配置和管理）；告警策略管理（配置安全數(shù)據(jù)的告警策略，例如通知安全責任人的順序和時間等）；數(shù)據(jù)管理（數(shù)據(jù)庫備份、恢復等功能）；
2.2 系統(tǒng)總架構
      礦井采集終端通過RS232/485通訊接口與F2103串口連接，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網(wǎng)絡，例如固定IP、APN、ADSL等。
      無線傳輸設備F2103通過GPRS網(wǎng)絡連接到遠程數(shù)據(jù)中心服務器主機，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當采集終端需要上報數(shù)據(jù)的時候?qū)��?shù)據(jù)直接送往串口，此時F2103就會把收到的數(shù)據(jù)原封不動地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務器主機。當數(shù)據(jù)中心下發(fā)的命令或數(shù)據(jù)通過通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通過串口送到采集終端，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。

2.3系統(tǒng)實現(xiàn)功能
（1）系統(tǒng)具備具備的功能有：監(jiān)測瓦斯、風速、負壓、溫度、一氧化碳、饋電及風門開關等環(huán)境參數(shù)，還可以監(jiān)測煤倉煤位、水倉的水位及主要機電設備開停等生產(chǎn)參數(shù)；監(jiān)測電壓、電流、功率等電力參數(shù)；機電設備運行保護參數(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
（3）系統(tǒng)可配置顯示屏，可以顯示動、靜態(tài)模擬圖形、數(shù)據(jù)表格、歷史曲線、分層顯示采掘平面圖、測點配置，實時數(shù)據(jù)顯示等。也可通過顯示屏控制主機編制礦井實時礦井安全信息或提示。
（4）系統(tǒng)的人機界面十分友好，所有顯示和打印有操作人員只要用鼠標進行簡單的點擊即可，任何人都可方便使用，即使偶爾有錯誤的操作也不會影響系統(tǒng)的正常工作。為了確保系統(tǒng)配置等信息不被破壞，專門為系統(tǒng)管理人員、普通操作人員定義了操作權限并配置相應的口令密碼，只有口令密碼正確才能進入系統(tǒng)進行操作權限范圍內(nèi)的操作。
（5）系統(tǒng)所有被檢測的參數(shù)、開/停信息及累計量累計、存儲，并可連續(xù)保持一年（系統(tǒng)軟件每三分鐘存盤一次），如有特殊情況可保存更長時間，這些數(shù)據(jù)可隨時用表格、二維曲線等形式顯示出來，可以打印保存。對重要設備用戶能夠調(diào)整模擬量或設備開停信息和存儲時間。
（6）系統(tǒng)有簡便的繪圖工具。所有動態(tài)、靜態(tài)圖都可由礦上一般操作人員繪制（繪圖時不影響主機實時監(jiān)測功能）。
（7）系統(tǒng)具有列表顯示功能。模擬圖及相關顯示內(nèi)容包括地點、名稱、單位、報警門限、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)、超限報警、斷電邏輯不符報警、傳感器故障、封鎖與解鎖等。開關量顯示內(nèi)容包括地點、名稱、開/停時刻、狀態(tài)、工作時間、開停次數(shù)、傳感器狀態(tài)、閉鎖與解鎖等。累計量顯示內(nèi)容包括地點、名稱、單位、累計量值等。
（8）系統(tǒng)具有模擬量實時曲線和歷史曲線功能，在同一坐標上用不同顏色顯示最大值，平均值，最小值曲線，在一屏上，最多顯示6個模擬量曲線，并設時間標尺，可顯示對應時間標尺的模擬量。
（9）系統(tǒng)具有柱壯圖顯示功能。能直觀地反映開機率、開/停次數(shù)、傳感器狀態(tài)、閉鎖與解鎖等，并設時間標尺。
（10）系統(tǒng)具有模擬動畫顯示功能。能形象、直觀、全面地反映安全生產(chǎn)狀況。點擊設備圖標即可顯示該設備的有關內(nèi)容，包括工藝流程模擬圖、相應設備開停、相應模擬量數(shù)值和曲線等。
（11）方便地由用戶自行生成各類表格，打印所要求的各類數(shù)據(jù)表格、圖形及曲線。
（12）對各類報警信息進行處理，并實時進行存儲和報警。傳感器數(shù)值超限時聲光報警提示，并在監(jiān)控主機的相應的條目以變換背景顏色和閃爍的方式提醒用戶發(fā)出報警信號的具體設備及安裝地點。
（13）系統(tǒng)具有防雷電功能，再加上接口和分站的光電隔離；為了確保萬無一失，專門在主傳輸電纜聯(lián)接監(jiān)測主機端配置了法國生產(chǎn)的避雷器。

三、項目架構實施
3.1 傳輸模塊與礦井采集終端連接
  在工業(yè)領域設備一般都采用以太口或串口傳輸數(shù)據(jù)，無線通信模塊F2103同時支持232/485通信方式，因此可以直接和礦井數(shù)據(jù)采集終端進行連接通信，如下圖：

3.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡接入方式分析
1.專線接入
      中心采用APN專線， 所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進入。

      用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務器，作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。

      用戶在內(nèi)部建立DHCP服務器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。

2. ADSL撥號連接（動態(tài)公網(wǎng)IP地址）
      中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務的。客戶先與DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。

3. 通過固定公網(wǎng)IP連接
      中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務的。此種方案先向INT ERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。

3.3 數(shù)據(jù)中心軟件平臺構建
      中心端軟件的構建有多種方式，對于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設備的管理。

目前四信提供三種方式的中心接口：

1.首先是對于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動了，可以直接配置使用；
2.對于后臺中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串口數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)利用無線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的完美結合。
3.在客戶想要開發(fā)自己的數(shù)據(jù)中心是，此時我公司會提供一個動態(tài)鏈接庫，利用動態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進行對接，同時會提供一個的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。

下圖為后臺中心管理軟件：

四、方案特點

1. 利用四信無線IP MODEM可基本不用布線，且采用多點對一中心的組網(wǎng)方式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一中心統(tǒng)一管理，由于礦井在地下深處，可配高增益延長天線解決地下信號不強的情況。
2. 四信IP MODEM采用高性能工業(yè)級處理器以及看門狗等安全機制設計，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟，保證IP MODEM 永遠在線，通信鏈路永遠正常。
3. 目前礦井檢測工程數(shù)量及規(guī)模都不斷的在擴大，因此系統(tǒng)采用多點對中心的組網(wǎng)方案，不論采用普通無線GPRS還是APN專網(wǎng)都可以實現(xiàn)隨時增加新的采集控制點，對現(xiàn)有的網(wǎng)絡不會造成任何的中斷和影響。
4. IP MODEM 采用標準的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設計，體積小巧方便維護。
5. 礦井安全事件頻發(fā)，直接涉及人身安全，國家高度重視，四信IP MODEM完全采用國際標準的TCP/IP安全傳輸協(xié)議機制，保證數(shù)據(jù)的安全和及時，而且采用完全透明傳輸機制，保證數(shù)據(jù)的準確性。
6. 多中心設計，可同時設置5個中心監(jiān)控采集現(xiàn)場，避免因某個中心網(wǎng)絡不穩(wěn)定或者關閉導致無法對礦井現(xiàn)場進行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。
7. 礦井一般都在偏遠地區(qū)且，在此F2103進行人性化工程設計，可是工程人員無需到現(xiàn)場就可以遠程直接對網(wǎng)絡參數(shù)進行相應的配置，達到時間和人力的合理利用。
8. 高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65ºC、 相對濕度 95%(無凝結)環(huán)境下正常工作。

五、小結

   目前礦井環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測應用廣泛，直接關系到生產(chǎn)生態(tài)安全，在特殊的大背景下國家政策也是大力推行，廈門四信在礦井監(jiān)測領域已有全國范圍性的應用。在物聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境下廈門四信解決方案和產(chǎn)品已廣泛應用于移動POS終端、金融、供應鏈自動化、智能化運輸、工業(yè)自動化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護、氣象、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測、軍事、空間探索、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務、電力、煤礦、石化等行業(yè)。