GPRS在煤矿安全生产监测监控应用

一、项目背景
　　在我国煤炭行业，瓦斯事故是当前煤矿生产的主要灾害。大多数煤矿企业都已经或正在进行瓦斯等安全生产监测监控系统的建设，但由于现有系统的局限性，无法使安全生产监督管理部门及时掌握矿井的瓦斯情况，企业的领导及主要安全责任人无法第一时间获得瓦斯超限报警信息。
　　煤矿安全监测监控系统监测的是什么?是在地下几百里甚至几千里的瓦斯深度是否超标，是否有明火、自燃等安全隐患。但要让矿井监控室的人了解这些指标，甚至让上一级的集团公司对此了如指掌，就有难度了，传输问题首当其冲，信息传输半径即使只短了一米，也会造成无法挽回的灾难。比如将瓦斯浓度监测头监测到的数据从井下传到井上，再从井上传递到监控站进行监控和分析，最后将处理意见传回井下。由于煤矿是野外作业，点多、分散、距离长，施工现场与公司之间的信息交流长期以来没有好的解决方案，很多地方甚至连电话线都没有，更谈不上采用光纤接入等方式。怎么解决?
二、GPRS方案的优势
　　煤矿瓦斯监测无线SMS报警系统，充分利用当前先进的通信网络及信息技术，与监测监控系统紧密结合，实时采集数据，全方位识别，全天候处理，通过SMS短信将瓦斯实时信息发送到各级相关责任人手中，为有效防范煤矿瓦斯事故提供辅助手段，达到群防群治的目的。煤矿瓦斯监测无线SMS报警系统，通过标准的数据采集网关，实现了不同的监测监控系统数据采集功能;通过移动通信的GPRS或CDMA网络，实现基于TCP/IP协议的监测数据的远程无线传输。同时，通过短信（SMS）方式将报警信息发送到相关人员的手机上。
　　由于井下几百里是没有信号的，必须通过光缆将井下信息和井上信息互通，同时用数字信号代替以前的模拟信号，增强信息的准确性，免受干扰。当监控装置检测到瓦斯浓度、风速超过限定值或主扇开、停或运行负荷变化较大时，GPRS数据通信模块将井上信息传递到监控站，同时，通过短信（SMS）方式将报警信息发送到相关人员的手机上。集团公司和各矿相关领导均能及时掌握瓦斯超限情况，及时指挥协调安全生产工作。
　　基于无线传输的网络平台，为不具备有线传输条件的企业，特别是地域跨度较大的煤炭企业，提供了成本低、见效快、高效率的数据传输平台，为煤炭企业安全生产提供强有力的监测手段。
三、解决方案介绍
　　（一）系统结构
　　1、煤矿信息采集点：采用厦门宇能科技有限公司的YN2010 GPRS透明无线数据传输终端，通过RS232/RS485/TTL与煤矿设备采集点连接，接入移动公司为煤矿中心站提供的专用的GPRS网络,网络对煤矿信息采集点的接入地点、时间、数量没有限制可以随时增减。可以满足山区、偏远地区和跨地区接入的需求。
　　2、煤矿中心站：本系统中网络代理服务器可采用ADSL、LAN等INTELNET公网连接，采用公网固定IP， GPRS数据传输终端上电后，它会根据预先设定在其内部的IP地址来主动访问网络代理服务器，通过代理服务器和监控中心建立TCP/IP链路。监控中心主站本身维护接入的每个终端的IP地址和ID号，当主站要向某个监控终端提出数据请求时，它会根据IP地址和ID号来找到对应的终端，将命令下发到该终端，终端响应后通过GRPS数据传输终端把数据发到网络代理服务器端口，通过端口影射转发到监控中心主站，即完成了一个应答式的通讯流程，当煤矿信息采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。


　　（二）产品特性
　　煤矿信息采集传输系统采用YN2010 GPRS DTU。产品基于中国移动的GPRS网络，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS数据业务实现无线联网，产品支持各种行业应用，如实现信用卡实时认证、POS机的远程控制维护、远程业务点接入等。在煤矿信息采集传输系统方案中，YN2010 GPRS DTU可通过外置或嵌入方式与煤矿信息采集点设备连接。
　　1、支持900/1800/1900MHz三频GSM/GPRS。
　　2、接口： RS232、RS485、TTL。
　　3、系统理论传输速率171Kbps，实际传输速率40Kbps。
　　4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系统。
　　5、透明数据传输：YN2010EP-DTU内嵌TCP/IP协议，为用户的数据设备提供透明传输通道;
　　6、自动拨号连接：YN2010EP-DTU可配置上电自动拨号上网、连接网络，同时支持用户端发起命令连接或远程唤醒连接;
　　7、短信息备用数据通道：在GPRS网络无法连接时可启用短信作为备用数据传输通道;
　　8、短信息远程维护功能;
　　9、实时监测网络连接情况，掉线自动重拨功能;
　　10、提供主副IP及动态域名解析;
　　11、心跳报告时间间隔用户可设定;
　　12、数据通信帧长度用户可设定;
　　13、支持VPN安全功能。
　　14、安装灵活、使用方便、可靠。
　　（三）系统功能
　　1、系统具备具备的功能有：监测瓦斯、风速、负压、温度、一氧化碳、馈电及风门开关等环境参数，还可以监测煤仓煤位、水仓的水位及主要机电设备开停等生产参数;监测电压、电流、功率等电力参数;机电设备运行保护参数。
　　2、配接更大的面积上显示更多的工艺流程模拟图、监测曲线、表格和文字， ① 系统生成及操作; ② 测点生成及操作; ③ 工艺流程模拟图形显示; ④ 各测点数据表格显示; ⑤ 井上、井下各类模拟量参数的实时表格、拄状图、变化曲线显示; ⑥ 井上、井下主要设备开停等开关量的实时值和开/停时间显示; ⑦ 原煤产量等累计量的实时值和累计值显示; ⑧ 各类报警除表格显示外，还有声讯信号; ⑨ 时钟和日期显示; ⑩ 系统相关设备及软件操作说明跟踪显示。
　　3、系统具有列表显示功能。模拟图及相关显示内容包括地点、名称、单位、报警门限、断电门限、监测值、最大值、平均值、最小值、断电命令、馈电状态、超限报警、断电逻辑不符报警、传感器故障、封锁与解锁等。开关量显示内容包括地点、名称、开/停时刻、状态、工作时间、开停次数、传感器状态、闭锁与解锁等。累计量显示内容包括地点、名称、单位、累计量值等。
　　4、 对各类报警信息进行处理，并实时进行存储和报警。传感器数值超限时声光报警提示，并在监控主机的相应的条目以变换背景颜色和闪烁的方式提醒用户发出报警信号的具体设备及安装地点。
　　（四）安全措施
　　本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。
　　数据中心可通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，采用VPN方式成本比较低，企业不用租用专线，还可以利旧使用原有的VPN设备，移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。通过VPN方式，客户端在连接应用服务器前，要经过Radius服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。另外，数据中心也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高，安全性高、稳定可靠。对于安全性要求非常高的系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安全性。
　　1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。
　　2、利用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。
　　3、对于特定用户，可通过数据中心分配特定的用户ID和密码， 其他没有数据中心分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
　　4、数据加密：通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。
　　5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。
四、结论
　　采用有线方式，租用静态IP目前费用比较高约800～1500元/月。采用GPRS无线方式，系统流量费用目前有包月制和按数据量两种收费方式，按流量计算0.03元K，而包月制20元/月有1024 kBytes流量，可满足煤矿生产部门目前煤矿监控数据采集系统的实际数据量，估计日后其费用会逐步降低。对于煤矿生产部门来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当煤矿观测站和煤矿信息监控点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于煤矿监控工作的特点。