【文章內(nèi)容簡介】 置 1 臺 工 程 師 站 ， 負(fù) 責(zé) 全 部 控 制 系 統(tǒng) 的 組 態(tài) 和 維 護(hù) ， 工 程 師 站 由 經(jīng) 過 專 門 培 訓(xùn) 過 的 工程 師 操 作 。8) 設(shè) 置 1 臺 硬 件 防 火 墻 負(fù) 責(zé) 將 監(jiān) 控 網(wǎng) 絡(luò) 與 煤 礦 局 域 網(wǎng) 隔 離 ， 以 保 證 監(jiān) 控 網(wǎng) 絡(luò) 的 相 對 獨(dú) 立 。9) 設(shè) 置 1 臺 核 心 工 業(yè) 交 換 機(jī) 實 現(xiàn) 整 個 礦 山 安 全 、 生 產(chǎn) 信 息 的 交 互 。10) 配 置 容 量 30kVA， 后 備 時 間 不 小 于 4h 的 UPS 電 源 設(shè) 備 。 軟件平臺建設(shè)軟件平臺確保煤礦所有安全生產(chǎn)、人員、設(shè)備、管理信息等復(fù)雜異構(gòu)信息在一個統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺上運(yùn)行，在異構(gòu)條件下進(jìn)行聯(lián)通與共享，能夠使不同功能的應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)系起來，協(xié)調(diào)有序運(yùn)行，使各自獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)信息實現(xiàn)共享。 功能結(jié)構(gòu)軟件平臺實現(xiàn)的主要功能有：異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入接口、控制命令輸出接口、數(shù)據(jù)的實時處理與存儲、通信狀態(tài)監(jiān)控與報警、實時報警與預(yù)警、數(shù)據(jù)報表與曲線。具體功能接口如圖 5－2 所示。物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一平臺通信監(jiān)測報警與預(yù)警基礎(chǔ)信息管理實時數(shù)據(jù)采集、 處理 、存儲異構(gòu)源數(shù)據(jù)接口智能輔助決策數(shù)據(jù)聯(lián)機(jī)分析數(shù)據(jù)報表歷史實時曲線功能組態(tài)圖 52 統(tǒng)一平臺功能結(jié)構(gòu)模型14 / 33（1）實時數(shù)據(jù)采集與處理。將各種安全生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)、人員井下位置信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、環(huán)境安全實時信息等實時信息通過實時數(shù)據(jù)庫功能快速存儲。（2）異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接入。將煤礦現(xiàn)有各種系統(tǒng)按照統(tǒng)一協(xié)議規(guī)范，設(shè)計協(xié)議轉(zhuǎn)換接口。利用現(xiàn)有的具備 OPC、ODBC 等接口功能的系統(tǒng)，直接將數(shù)據(jù)接入到實時/歷史數(shù)據(jù)庫；對于非標(biāo)準(zhǔn)接口的系統(tǒng)，按照指定的 CVS 協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（3）實時數(shù)據(jù)顯示。? 安全生產(chǎn)及設(shè)備數(shù)據(jù)：具有實時值、時間、位置，相關(guān)設(shè)備的實時工作狀態(tài)基本信息顯示功能，具有關(guān)聯(lián)信息查詢功能；? 人員信息：具有人員位置、時間實時顯示功能，具有人員復(fù)雜信息查詢功能；? 環(huán)境感知數(shù)據(jù)：具有區(qū)域數(shù)據(jù)的實時值、時間顯示功能。（4）數(shù)據(jù)聯(lián)機(jī)分析。根據(jù)一段時間范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的變化趨勢進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，預(yù)測數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢；綜合人員、環(huán)境、設(shè)備的持續(xù)工作和變化狀態(tài)，通過引入智能信息處理技術(shù)來預(yù)測人員和設(shè)備的健康狀況、工作狀態(tài)，預(yù)測環(huán)境的安全態(tài)勢；根據(jù)各種實時數(shù)據(jù)對區(qū)域信息、人員信息、設(shè)備信息進(jìn)行預(yù)警和報警提示功能。（5）數(shù)據(jù)報表功能。根據(jù)用戶需求提供各種復(fù)雜的查詢，提供跨系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)查詢、篩選、分析功能，按照生產(chǎn)需要提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的統(tǒng)一數(shù)據(jù)報表打印功能；支持報表的EXCEL 的數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。（6）曲線功能。按照組態(tài)原則繪制實時、歷史曲線。（7）智能數(shù)據(jù)決策輔助支持。引出數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，在復(fù)雜數(shù)據(jù)環(huán)境中智能搜索符合特殊條件的各類數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)本身的內(nèi)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行人員定位、設(shè)備故障、環(huán)境安全的智能分析檢測，為高層決策提供更客觀全面的技術(shù)支持。（8）通信狀態(tài)實時監(jiān)測。監(jiān)測多系統(tǒng)在接入過程中的數(shù)據(jù)、通信狀態(tài)。（9）預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)開放接口。 軟件平臺設(shè)計15 / 33S q l S e r v e r 數(shù)據(jù)庫生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)災(zāi)害預(yù)警防治W E B S e r v e rG I S 與 V R 系統(tǒng)安全信息管理系統(tǒng)安全工業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫文件運(yùn)銷管理設(shè)備材料管理辦公自動化人員信息管理E R P 、 M I S . . .財務(wù) 、 訂單管理C R M 、 S C M數(shù)據(jù)庫文件接口站接口站O P C 數(shù)據(jù)源* . C V S 數(shù)據(jù)源圖 53 軟件平臺模型根據(jù)示范工程要求及東升、金宏煤礦實際，建立軟件平臺模型并就此展開設(shè)計規(guī)劃，以確定軟硬件組成。軟件平臺主要由 5 大部分組成：1) 數(shù)據(jù)輸入接口。標(biāo)準(zhǔn)的 OPC、ODBC 實現(xiàn)與已有系統(tǒng)銜接；此外制定符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的 CVS 輸入接口。 2) 數(shù)據(jù)中心。包含工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫和商務(wù)數(shù)據(jù)庫 Sql Server 兩部分，其中工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫主要負(fù)責(zé)對符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的現(xiàn)場的工業(yè)控制實時數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮處理。3) 應(yīng)用系統(tǒng)。在建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，構(gòu)建符合不同需求的應(yīng)用服務(wù)。如：生產(chǎn)調(diào)度子系統(tǒng)、GIS 與 VR 子系統(tǒng)、安全信息管理、災(zāi)害預(yù)防與防治、運(yùn)銷管理、材料與設(shè)備管理、辦公自動化、人員信息管理、系統(tǒng)安全管理等若干面向應(yīng)用的子系統(tǒng)。4) 數(shù)據(jù)輸出接口。根據(jù)各監(jiān)控系統(tǒng)的反饋控制需求，按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范，提供標(biāo)準(zhǔn)輸出接口。5) WEB SERVER。為各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示與控制提供 WEB 服務(wù)功能。16 / 336 感知礦山骨干網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)圖 61 感知礦山網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖17 / 33圖 61 所示是感知礦山示范工程系統(tǒng)實施示意圖。根據(jù)感知礦山模型的要求，系統(tǒng)由三層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組成。骨干網(wǎng)為 1000M 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，以保證系統(tǒng)的高可靠性。如果在使用過程中存在光纖網(wǎng)絡(luò)某點(diǎn)斷開，網(wǎng)絡(luò)也能照常工作，而且系統(tǒng)能及時診斷出故障點(diǎn)以便維修。敷設(shè)光纜根據(jù)環(huán)網(wǎng)需求和冗余性選用單模阻燃光纜。它理所當(dāng)然是三網(wǎng)合一的系統(tǒng)，除接入各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)外，將有線 IP 電話、無線移動電話、人員定位系統(tǒng)、數(shù)字視頻系統(tǒng)都接入網(wǎng)絡(luò)。主干網(wǎng)通過工業(yè)級交換機(jī)為全礦地面及井下各個子系統(tǒng)提供方便靈活的工業(yè)以太網(wǎng)接口。圖 61 中感知層網(wǎng)絡(luò)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，感知層網(wǎng)絡(luò)通過無線網(wǎng)關(guān)分段接入骨干網(wǎng)，實現(xiàn)井下主要工作區(qū)域的無線覆蓋。感知層網(wǎng)絡(luò)除用于各種需要分布式移動監(jiān)測，如礦山災(zāi)害監(jiān)測外，還用于個人安全信息的無線接入，并可擴(kuò)展為移動語音及視頻提供傳輸通道。調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)，設(shè)計互為冗余的 I/O 服務(wù)器組和數(shù)據(jù)服務(wù)器集群，并設(shè)立相應(yīng)的操作員站。服務(wù)器集群采集全礦生產(chǎn)、安全等全部信息。服務(wù)器上的重要?dú)v史信息能夠保留一年或更長時間。在調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)上，設(shè)計 1 臺工程師站，工程師站負(fù)責(zé)全部控制系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)，工程師站由經(jīng)過專門培訓(xùn)過的工程師操作。在調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)上，將設(shè)計 4 臺操作員站，各個操作員站實現(xiàn)對全礦子系統(tǒng)的控制，其中控制信息也由服務(wù)器經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)上相應(yīng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送到被控子系統(tǒng)。地面調(diào)度控制中心的操作員站完成礦山各系統(tǒng)的監(jiān)控、人員安全感知、設(shè)備健康狀態(tài)感知等。7 感知網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)煤礦井下移動設(shè)備、人員、及礦山災(zāi)害的分布式監(jiān)測均需要無線網(wǎng)絡(luò)，這包括無線語音、無線數(shù)據(jù)、無線視頻等信息的傳輸。其用途包括：設(shè)備工況監(jiān)測監(jiān)控、災(zāi)害環(huán)境信息監(jiān)測、人員定位、機(jī)車管理、語音通信、工業(yè)電視等，形成一個完善的無線感知平臺。18 / 33 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有體積小、數(shù)量大、布置靈活、不需單獨(dú)供電、不需要專人維護(hù)等特點(diǎn)，將傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于礦山，實現(xiàn)礦山的完全感知，是利用無線節(jié)點(diǎn)的多樣性和無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣的特點(diǎn)，將礦山的設(shè)備信息、環(huán)境信息、井下人員信息與定位信息及時地傳輸給地面監(jiān)控中心，不僅可以擺脫現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)線纜的束縛，還可以填補(bǔ)現(xiàn)有礦山監(jiān)控系統(tǒng)的諸多漏洞。無線感知礦山傳感網(wǎng)的設(shè)計主要是對圖 41 中地面和井下骨干網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)部分進(jìn)行改造，主要依托千兆骨干環(huán)網(wǎng)布置分支交換機(jī)和無線基站，利用無線基站實現(xiàn)礦井的覆蓋，利用無線技術(shù)的帶寬高、傳輸速率快以及網(wǎng)絡(luò)可靠性高等特點(diǎn)，為井下視頻、VOIP 等技術(shù)的實現(xiàn)搭建基礎(chǔ)平臺。設(shè)計的感知礦山傳感網(wǎng)系統(tǒng)示意圖如圖 71 所示。圖71 礦山傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計示意圖井下系統(tǒng)的無線基站，交換機(jī)均采用本安型產(chǎn)品，井下網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)主要由光纖和電纜組成。因井下巷道為一狹長空間，無線網(wǎng)絡(luò)的匯結(jié)必須通過礦用本安型以太網(wǎng)延長器或光纖耦合器進(jìn)行延長到分支交換機(jī)。每個分支交換機(jī)可管理 68 個無線基站，交換機(jī)再通過光纖連接到井下的骨干環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，從而完成井下無線系統(tǒng)的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；在井上部分，需要為無線語音平臺加入語音服務(wù)器、為無線監(jiān)控平臺加入管理服務(wù)器、為定位信息提供定位服務(wù)器，以及與 Inter 相連的 web 服務(wù)器等，從而完成整個網(wǎng)絡(luò)的管理與信息處理功能。19 / 33由于無線基站(AP)選用可支持 WIFI（）的設(shè)備，井下各種支持 WIFI 協(xié)議的終端，如身份識別卡、無線攝像機(jī)、WIFI 手機(jī)等，都可以通過無線網(wǎng)絡(luò)接入到井下骨干網(wǎng)中，各種終端產(chǎn)品的信息也可以通過骨干網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄?，由管理服?wù)器對這些信息進(jìn)行管理和顯示，達(dá)到井下無線產(chǎn)品綜合監(jiān)控和管理的目的。 無線覆蓋方案設(shè)計井下無線系統(tǒng)的搭建主要是利用本安交換機(jī)、光纖耦合器、本安以太網(wǎng)延長器以及無線基站完成整個礦井的無線覆蓋。無線覆蓋工作主要由無線基站完成，根據(jù)井下環(huán)境布置大量的無線基站，利用無線基站的覆蓋范圍來保證所有無線終端的信息都能夠被基站所接收，基站與本安交換機(jī)通過本安以太網(wǎng)延長器或光纖耦合器，將接收到的終端信息發(fā)送給交換機(jī)，交換機(jī)通過光纖耦合器接入井下光纖骨干網(wǎng)，從而將終端的信息傳輸給骨干網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而傳輸?shù)降孛嬷笓]中心；如果無線基站與交換機(jī)距離過遠(yuǎn)，或者不方便計入骨干環(huán)網(wǎng)時，如分支巷道、斜井等環(huán)境，采用總線延長器或光纖耦合器將無線基站與骨干網(wǎng)相連；為了節(jié)省有線傳輸資源，基站之間先通過無線 MESH 的方式多跳來傳輸數(shù)據(jù)，最終匯接到無線根基站，再通過有線資源連接到網(wǎng)絡(luò)。井上部分的設(shè)計主要是根據(jù)井下無線網(wǎng)絡(luò)所采集數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的應(yīng)用選擇服務(wù)器，由于我們所設(shè)計的無線定位和無線環(huán)境感知系統(tǒng)構(gòu)成，因此，我們選用無線定位服務(wù)器和無線數(shù)據(jù)控制服務(wù)器通過核心交換機(jī)接入地面骨干網(wǎng)，完成對井下系統(tǒng)的管理和控制，保證信息的實時性。(1) 無線覆蓋安裝示意圖無線覆蓋設(shè)備安裝示意圖如圖 72 所示。20 / 33工業(yè)以太網(wǎng)分支交換機(jī)分支交換機(jī)無線根 A PK J J 1 0 8 / 光纖耦合器K J J 1 0 8 / 光纖耦合器K J J 1 0 8 / 光纖耦合器K J J 1 0 8 / 光纖耦合器無線根 A P 無線根 A P 無線根 A P主交換機(jī) / 光纖耦合器圖72 井下無線設(shè)備覆蓋示意圖8 人員安全環(huán)境感知煤礦井下個人周圍安全環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)礦工主動式安全監(jiān)測的方法。個人安全信息監(jiān)測系統(tǒng)由雙向個人信息終端、有線與無線通信網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用管理平臺組成。結(jié)合現(xiàn)有的電子礦圖實時顯示整個礦井以及各個盤區(qū)、煤層的人員的數(shù)量和分布；以及指定人員的移動路線；可對指定人員進(jìn)行定位和跟蹤；查詢特定人員在井下的位置?，F(xiàn)有煤礦井下人員定位系統(tǒng)實際是類似于地面使用的巡更系統(tǒng)，即在一些關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置讀卡器，檢測有哪些人員在什么時間到達(dá)過這些關(guān)鍵位置。煤礦巷道長而復(fù)雜，既使設(shè)置了較多的讀卡器，仍避免不了工作人員離線的情況。利用個人信息終端，實現(xiàn)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的人員精確定位系統(tǒng)，真正實現(xiàn)人員的定位跟蹤。通信網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用平臺前面己經(jīng)有過介紹。圖81 個人信息終端21 / 33個人信息終端包括：微控制器部分、溫度傳感器部分、加速度傳感器部分、瓦斯傳感器部分、液晶顯示及通信電路組成。個人信息終端采用 通信協(xié)議，實現(xiàn)與地面的通信?？梢酝ㄟ^微控