煤礦解決方案
一、項目背景
在我國煤炭行業，瓦斯事故是當前煤礦生產的主要災害。大多數煤礦企業都已經或正在進行瓦斯等安全生產監測監控系統的建設，但由于現有系統的局限性，無法使安全生產監督管理部門及時掌握礦井的瓦斯情況，企業的領導及主要安全責任人無法第一時間獲得瓦斯超限報警信息。
煤礦安全監測監控系統監測的是什么？是在地下幾百里甚至幾千里的瓦斯深度是否超標，是否有明火、自燃等安全隱患。但要讓礦井監控室的人了解這些指標，甚至讓上一級的集團公司對此了如指掌，就有難度了，傳輸問題首當其沖，信息傳輸半徑即使只短了一米，也會造成無法挽回的災難。比如將瓦斯濃度監測頭監測到的數據從井下傳到井上，再從井上傳遞到監控站進行監控和分析，最后將處理意見傳回井下。由于煤礦是野外作業，點多、分散、距離長，施工現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方案的優勢
煤礦瓦斯監測無線SMS報警系統，充分利用當前先進的通信網絡及信息技術，與監測監控系統緊密結合，實時采集數據，全方位識別，全天候處理，通過SMS短信將瓦斯實時信息發送到各級相關責任人手中，為有效防范煤礦瓦斯事故提供輔助手段，達到群防群治的目的。煤礦瓦斯監測無線SMS報警系統，通過標準的數據采集網關，實現了不同的監測監控系統數據采集功能；通過移動通信的GPRS或CDMA網絡，實現基于TCP/IP協議的監測數據的遠程無線傳輸。同時，通過短信（SMS）方式將報警信息發送到相關人員的手機上。
由于井下幾百里是沒有信號的，必須通過光纜將井下信息和井上信息互通，同時用數字信號代替以前的模擬信號，增強信息的準確性，免受干擾。當監控裝置檢測到瓦斯濃度、風速超過限定值或主扇開、停或運行負荷變化較大時，GPRS數據通信模塊將井上信息傳遞到監控站，同時，通過短信（SMS）方式將報警信息發送到相關人員的手機上。集團公司和各礦相關領導均能及時掌握瓦斯超限情況，及時指揮協調安全生產工作。
基于無線傳輸的網絡平臺，為不具備有線傳輸條件的企業，特別是地域跨度較大的煤炭企業，提供了成本低、見效快、高效率的數據傳輸平臺，為煤炭企業安全生產提供強有力的監測手段。
三、解決方案介紹
（一）系統結構
1、煤礦信息采集點：采用飛旗科技的WIXUM GPRS透明無線數據傳輸終端，通過RS232/RS485/TTL與煤礦設備采集點連接，接入移動公司為煤礦中心站提供的專用的GPRS網絡,網絡對煤礦信息采集點的接入地點、時間、數量沒有限制可以隨時增減。可以滿足山區、偏遠地區和跨地區接入的需求。
2、煤礦中心站：本系統中網絡代理服務器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網連接，采用公網固定IP， GPRS數據傳輸終端上電后，它會根據預先設定在其內部的IP地址來主動訪問網絡代理服務器，通過代理服務器和監控中心建立TCP/IP鏈路。監控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監控終端提出數據請求時，它會根據IP地址和ID號來找到對應的終端，將命令下發到該終端，終端響應后通過GRPS數據傳輸終端把數據發到網絡代理服務器端口，通過端口影射轉發到監控中心主站，即完成了一個應答式的通訊流程，當煤礦信息采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。
（二）產品特性
煤礦信息采集傳輸系統采用WIXUM GPRS DTU。產品基于中國移動的GPRS網絡，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS數據業務實現無線聯網，產品支持各種行業應用，如實現信用卡實時認證、POS機的遠程控制維護、遠程業務點接入等。在煤礦信息采集傳輸系統方案中，WIXUM GPRS DTU可通過外置或嵌入方式與煤礦信息采集點設備連接。
1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、接口： RS232、RS485、TTL。
3、系統理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統。
5、透明數據傳輸：WIXUM DTU內嵌TCP/IP協議，為用戶的數據設備提供透明傳輸通道；
6、自動撥號連接：WIXUM DTU可配置上電自動撥號上網、連接網絡，同時支持用戶 端發起命令連接或遠程喚醒連接；
7、短信息備用數據通道：在GPRS網絡無法連接時可啟用短信作為備用數據傳輸通道
8、短信息遠程維護功能；
9、實時監測網絡連接情況，掉線自動重撥功能；
10、提供主副IP及動態域名解析；
11、心跳報告時間間隔用戶可設定；
12、數據通信幀長度用戶可設定；
13、支持VPN安全功能。
14、安裝靈活、使用方便、可靠。
（三）系統功能
1、系統具備具備的功能有：監測瓦斯、風速、負壓、溫度、一氧化碳、饋電及風門開關等環境參數，還可以監測煤倉煤位、水倉的水位及主要機電設備開停等生產參數；監測電壓、電流、功率等電力參數；機電設備運行保護參數。
2、配接更大的面積上顯示更多的工藝流程模擬圖、監測曲線、表格和文字， ① 系統生成及操作； ② 測點生成及操作； ③ 工藝流程模擬圖形顯示； ④ 各測點數據表格顯示； ⑤ 井上、井下各類模擬量參數的實時表格、拄狀圖、變化曲線顯示； ⑥ 井上、井下主要設備開停等開關量的實時值和開/停時間顯示； ⑦ 原煤產量等累計量的實時值和累計值顯示； ⑧ 各類報警除表格顯示外，還有聲訊信號； ⑨ 時鐘和日期顯示； ⑩ 系統相關設備及軟件操作說明跟蹤顯示。
3、系統具有列表顯示功能。模擬圖及相關顯示內容包括地點、名稱、單位、報警門限、斷電門限、監測值、最大值、平均值、最小值、斷電命令、饋電狀態、超限報警、斷電邏輯不符報警、傳感器故障、封鎖與解鎖等。開關量顯示內容包括地點、名稱、開/停時刻、狀態、工作時間、開停次數、傳感器狀態、閉鎖與解鎖等。累計量顯示內容包括地點、名稱、單位、累計量值等。
4、 對各類報警信息進行處理，并實時進行存儲和報警。傳感器數值超限時聲光報警提示，并在監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出報警信號的具體設備及安裝地點。
（四）安全措施
本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。
數據中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，采用VPN方式成本比較低，企業不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經過Radius服務器的認證整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。另外，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高、穩定可靠。對于安全性要求非常高的系統，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統的安全性。
1、VPN虛擬專網模式：企業內部網絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對整個數據傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶，可通過數據中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。
4、數據加密：通過VPN對整個數據傳送過程進行加密保護。
5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統安全。
四、結論
采用有線方式，租用靜態IP目前費用比較高約800~1500元/月。采用GPRS無線方式，系統流量費用目前有包月制和按數據量兩種收費方式，按流量計算0.03元K，而包月制20元/月有1024 kBytes流量，可滿足煤礦生產部門目前煤礦監控數據采集系統的實際數據量，估計日后其費用會逐步降低。對于煤礦生產部門來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設備可以移動，當煤礦觀測站和煤礦信息監控點搬遷時設備可隨之遷移并可繼續使用，可以保護用戶原有投資，適合于煤礦監控工作的特點
在我國煤炭行業，瓦斯事故是當前煤礦生產的主要災害。大多數煤礦企業都已經或正在進行瓦斯等安全生產監測監控系統的建設，但由于現有系統的局限性，無法使安全生產監督管理部門及時掌握礦井的瓦斯情況，企業的領導及主要安全責任人無法第一時間獲得瓦斯超限報警信息。
煤礦安全監測監控系統監測的是什么？是在地下幾百里甚至幾千里的瓦斯深度是否超標，是否有明火、自燃等安全隱患。但要讓礦井監控室的人了解這些指標，甚至讓上一級的集團公司對此了如指掌，就有難度了，傳輸問題首當其沖，信息傳輸半徑即使只短了一米，也會造成無法挽回的災難。比如將瓦斯濃度監測頭監測到的數據從井下傳到井上，再從井上傳遞到監控站進行監控和分析，最后將處理意見傳回井下。由于煤礦是野外作業，點多、分散、距離長，施工現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方案的優勢
煤礦瓦斯監測無線SMS報警系統，充分利用當前先進的通信網絡及信息技術，與監測監控系統緊密結合，實時采集數據，全方位識別，全天候處理，通過SMS短信將瓦斯實時信息發送到各級相關責任人手中，為有效防范煤礦瓦斯事故提供輔助手段，達到群防群治的目的。煤礦瓦斯監測無線SMS報警系統，通過標準的數據采集網關，實現了不同的監測監控系統數據采集功能；通過移動通信的GPRS或CDMA網絡，實現基于TCP/IP協議的監測數據的遠程無線傳輸。同時，通過短信（SMS）方式將報警信息發送到相關人員的手機上。
由于井下幾百里是沒有信號的，必須通過光纜將井下信息和井上信息互通，同時用數字信號代替以前的模擬信號，增強信息的準確性，免受干擾。當監控裝置檢測到瓦斯濃度、風速超過限定值或主扇開、停或運行負荷變化較大時，GPRS數據通信模塊將井上信息傳遞到監控站，同時，通過短信（SMS）方式將報警信息發送到相關人員的手機上。集團公司和各礦相關領導均能及時掌握瓦斯超限情況，及時指揮協調安全生產工作。
基于無線傳輸的網絡平臺，為不具備有線傳輸條件的企業，特別是地域跨度較大的煤炭企業，提供了成本低、見效快、高效率的數據傳輸平臺，為煤炭企業安全生產提供強有力的監測手段。
三、解決方案介紹
（一）系統結構
1、煤礦信息采集點：采用飛旗科技的WIXUM GPRS透明無線數據傳輸終端，通過RS232/RS485/TTL與煤礦設備采集點連接，接入移動公司為煤礦中心站提供的專用的GPRS網絡,網絡對煤礦信息采集點的接入地點、時間、數量沒有限制可以隨時增減。可以滿足山區、偏遠地區和跨地區接入的需求。
2、煤礦中心站：本系統中網絡代理服務器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網連接，采用公網固定IP， GPRS數據傳輸終端上電后，它會根據預先設定在其內部的IP地址來主動訪問網絡代理服務器，通過代理服務器和監控中心建立TCP/IP鏈路。監控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監控終端提出數據請求時，它會根據IP地址和ID號來找到對應的終端，將命令下發到該終端，終端響應后通過GRPS數據傳輸終端把數據發到網絡代理服務器端口，通過端口影射轉發到監控中心主站，即完成了一個應答式的通訊流程，當煤礦信息采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。
（二）產品特性
煤礦信息采集傳輸系統采用WIXUM GPRS DTU。產品基于中國移動的GPRS網絡，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS數據業務實現無線聯網，產品支持各種行業應用，如實現信用卡實時認證、POS機的遠程控制維護、遠程業務點接入等。在煤礦信息采集傳輸系統方案中，WIXUM GPRS DTU可通過外置或嵌入方式與煤礦信息采集點設備連接。
1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、接口： RS232、RS485、TTL。
3、系統理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統。
5、透明數據傳輸：WIXUM DTU內嵌TCP/IP協議，為用戶的數據設備提供透明傳輸通道；
6、自動撥號連接：WIXUM DTU可配置上電自動撥號上網、連接網絡，同時支持用戶 端發起命令連接或遠程喚醒連接；
7、短信息備用數據通道：在GPRS網絡無法連接時可啟用短信作為備用數據傳輸通道
8、短信息遠程維護功能；
9、實時監測網絡連接情況，掉線自動重撥功能；
10、提供主副IP及動態域名解析；
11、心跳報告時間間隔用戶可設定；
12、數據通信幀長度用戶可設定；
13、支持VPN安全功能。
14、安裝靈活、使用方便、可靠。
（三）系統功能
1、系統具備具備的功能有：監測瓦斯、風速、負壓、溫度、一氧化碳、饋電及風門開關等環境參數，還可以監測煤倉煤位、水倉的水位及主要機電設備開停等生產參數；監測電壓、電流、功率等電力參數；機電設備運行保護參數。
2、配接更大的面積上顯示更多的工藝流程模擬圖、監測曲線、表格和文字， ① 系統生成及操作； ② 測點生成及操作； ③ 工藝流程模擬圖形顯示； ④ 各測點數據表格顯示； ⑤ 井上、井下各類模擬量參數的實時表格、拄狀圖、變化曲線顯示； ⑥ 井上、井下主要設備開停等開關量的實時值和開/停時間顯示； ⑦ 原煤產量等累計量的實時值和累計值顯示； ⑧ 各類報警除表格顯示外，還有聲訊信號； ⑨ 時鐘和日期顯示； ⑩ 系統相關設備及軟件操作說明跟蹤顯示。
3、系統具有列表顯示功能。模擬圖及相關顯示內容包括地點、名稱、單位、報警門限、斷電門限、監測值、最大值、平均值、最小值、斷電命令、饋電狀態、超限報警、斷電邏輯不符報警、傳感器故障、封鎖與解鎖等。開關量顯示內容包括地點、名稱、開/停時刻、狀態、工作時間、開停次數、傳感器狀態、閉鎖與解鎖等。累計量顯示內容包括地點、名稱、單位、累計量值等。
4、 對各類報警信息進行處理，并實時進行存儲和報警。傳感器數值超限時聲光報警提示，并在監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出報警信號的具體設備及安裝地點。
（四）安全措施
本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。
數據中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，采用VPN方式成本比較低，企業不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經過Radius服務器的認證整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。另外，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高、穩定可靠。對于安全性要求非常高的系統，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統的安全性。
1、VPN虛擬專網模式：企業內部網絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對整個數據傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶，可通過數據中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。
4、數據加密：通過VPN對整個數據傳送過程進行加密保護。
5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統安全。
四、結論
采用有線方式，租用靜態IP目前費用比較高約800~1500元/月。采用GPRS無線方式，系統流量費用目前有包月制和按數據量兩種收費方式，按流量計算0.03元K，而包月制20元/月有1024 kBytes流量，可滿足煤礦生產部門目前煤礦監控數據采集系統的實際數據量，估計日后其費用會逐步降低。對于煤礦生產部門來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設備可以移動，當煤礦觀測站和煤礦信息監控點搬遷時設備可隨之遷移并可繼續使用，可以保護用戶原有投資，適合于煤礦監控工作的特點
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