一种矿井远程综合监控系统研究

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摘要：介绍了一种煤矿远程多业务监测监控系统，该系统主要分为实时监测模块、GIS 查询模块、视频监测模块、短信通知以及多业务联动模块等，具有实时性、安全性、可分析性等特点，可以为现代化煤矿的综合自动化提供安全可靠的信息平台。

关键词：GAP；远程监控；实时监测；GIS查询；多业务联动

中图分类号：X924.3文献标识码： A 文章编号：

1 前言

近年来,随着国家对煤矿安全生产的要求不断提高和企业自身现代化建设的需要,我国各大、中、小型矿井都陆续安装了煤矿监测监控系统。监测监控系统为各级生产指挥者和业务部门提供了环境安全参数动态信息,通过对被测参数的比较和分析,为预防灾害事故提供技术数据,便于提前采取防范措施；通过对被测参数实时有效的控制,及时实现自动报警、断电和闭锁,便于防止事故的发生或扩大；在发生事故的情况下,能及时指示最佳救灾和避灾路线,为抢救和疏散人员、器材等提供决策信息。

本文采用安全隔离网闸（GAP）机制，并将地理信息系统（GIS）、短信（SMS）、视频等多业务嵌入到煤矿传统远程监控系统中，为现代化煤矿的综合自动化提供安全可靠的信息平台，旨在保障煤矿井下工业控制网络安全的同时，增强煤矿企业综合自动化与信息化管理水平。

2 GAP 技术的原理

安全隔离网闸（GAP）技术是在物理隔离技术基础上发展的新型网络安全技术，它由带有多种控制功能专用硬件在电路上切断网络之间的链路层连接，并能够在网络间进行安全适度的应用数据交换和数据共享。安全隔离网闸采用特殊的硬件设备，主要由外部处理单元、内部处理单元、隔离硬件组成。

安全隔离网闸的工作原理是通过特殊隔离硬件将两个网络在链路层断开，又通过其硬件上存储芯片的读写完成数据交换，以实现两个网络安全适度的切换。也就是说在内网和外网之间建立“安全隔离网闸”，在保证内网连通时，断开与外网的连接；而外网连通时，断开与内网的连接，分时使用内外网中的数据通路进行数据交换，以达到隔离与交换的目的。安全隔离网闸主要包括安全隔离、内核防护、协议转换、病毒查杀、访问控制、安全审计、身份认证等基本功能。

3 基于GAP 的远程多业务监测系统的设计

3.1 安全隔离系统

基于对煤矿网际互连的现状以及安全风险分析，本文提出以下安全解决方案：淤在本地局域网建立数据库服务器，数据库服务器的作用是保存来自监控主机的实时数据，当用户访问实时数据时直接读取数据库服务器，不用再到监控主机读取。于将井下工业控制系统网络与企业局域网进行网络隔离，即在监控主机与以太网络数据库服务器之间布署网间互连单向安全隔离系统，其只允许数据从监控主机单向传输到数据库服务器。

3.2 远程多业务监测系统

基于GAP 的煤矿远程多业务监测系统设计主要分为网间互连单向安全隔离系统、数据采集系统和数据传输系统三大部分，如图1 所示。现场监测系统采集的数据通过上位机送往监测监控中心数据库服务器集中保存和管理，数据库服务器同时对外提供数据访问服务。监测监控应用服务器，与现场监测系统集成，主要完成与工业计算机的socket 通信请求实时数据，以及从监测监控数据库服务器读取历史数据。从监测网络上获取实时数据并完成远程监测以及历史数据的各种查询和分析。各级远程监测中心以监测监控中心应用服务器为依托，所有的历史数据的请求和实时数据的请求通过监测监控应用服务器完成，其自身保留一定时限的历史数据。监测监控应用服务器以B/S 架构向远程监测中心提供各种数据服务。

图1 基于GAP 的煤矿远程多业务监测系统架构

数据采集系统采用C/S 架构，监测业务分为监测数据、视频、GIS 数据三类，并构建基于TCP/UDP 的自定义通信协议和传输机制。瓦斯监测数据的采集通过一定条件的增量采集和传输机制完成；GIS 信息是处理的增加信息点的特征向量；视频信号采用MPEG4 压缩处理传输。数据传输系统根据区域不同划分为：①工业控制网络（Contralnet）到企业局域网（Intranet）数据传输。在这个两个网络之间的数据转换，采用传统的DDE/OPC/FTP（瓦斯监测数据首选）、SOCKET 数据包四种技术作为通信接口，采用TCP 的方式传输到数据采集服务器中处理。②煤矿企业局域网（Intranet）到远程数据中心（Internet）数据传输。这一段采用基于TCP/UDP 的自定义通信协议和传输机制，将瓦斯监测数据和GIS 数据送到远程数据中心（集团数据中心），针对这部分数据提供了三种可选通信模式：电话拨号，GPRS(CDMA)无线网络和企业Intranet，并在本地提供视频监测服务供远程访问。

4 远程多业务综合监测系统的实现

远程多业务综合监测系统采用Delphi7.0 为开发工具，结合SQL SERVER2000 数据库，采用Indy 组件作为数据传输机制。系统主要分为实时监测模块、GIS 查询模块以及多业务联动模块等。

4.1 实时监测模块

实时监测模块负责提取数据采集系统中监测到的井下瓦斯、风速、一氧化碳、温度、负压等模拟量安全参数和机电设备的开停、风门的开关、设备的供电状态等开关量数据，通过自定义协议和安全隔离系统传输到远程数据中心并进行存储和显示。同时提供数据查询、曲线分析、历史数据查询、传感器异常实时数据统计等多种功能。

4.2 GIS 查询模块

GIS 查询模块实现多煤矿监测，可对井下巷道地图进行放大、缩小、漫游、测量图层控制等操作，还可根据传感器，巷道、工作面定位查找；煤矿地图自动更新等功能。

5 结束语

积极推广监测监控系统的应用，实现煤矿安全生产是现代化煤矿企业应用新时期科技实现现代化安全管理的高效途径。伴随着软件系统技术的不断创新升级，监测监控系统将逐渐渗透至各相关管理领域。在煤矿安全生产管理中，要全面贯彻实施监测监控系统，利用体系化、自动化技术有机协调煤矿安全生产管理，提高煤矿安全生产效率。为了使煤矿安全生产管理与时俱进的发展，应该加大推广监测监控系统的应用，同时加强系统的创新研发，不断延伸开拓监测监控系统的效用，为煤矿安全生产提供技术保障。

参考文献:

[1]浦天银.安全隔离网闸技术发展探讨.计算机时代.2006.6：18-19.

[2]奚建清，熊智，黄昱兆，何均键.基于安全隔离的数据单向传输设备设计与实现.保密科学技术.2011.8：64-67.

作者简介：郑魁阳，男，1986年10月出生，安徽淮北人，本科学历，现工作于淮南矿业集团潘北矿，助理工程师，主要从事煤矿监测监控及网络信息工作。