煤矿网络监控报告.docx
《煤矿网络监控报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤矿网络监控报告.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
煤矿网络监控报告
新疆工程学院
课程设计说明书
题目名称：
井下煤矿监控系统
系部：
计算机工程系
专业班级：
网络10班
学号：
学生姓名：
指导教师：
完成日期：
新疆工程学院
课程设计评定意见
设计题目：
井下煤矿安全监控系统
学生姓名：
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：
新疆工程学院课程设计任务书
专业
计算机应用技术
班级
应用班
课程名称
煤矿安全监控系统
设计题目
井下煤矿安全监控系统
指导教师
起止时间
周数
1
设计地点
设计目的：
1．掌握KJ90煤矿安全监控系统的工作原理；
2．掌握KJ90煤矿安全监控系统硬件组成及各组成部分的功能；
3、能够对系统硬件进行安装、调试，及相关技术参数的配置。
设计任务或主要技术指标：
1.（将给你们的任务书里面的设计任务稍微具体化就可以，红色字参考过后删除）
2.（另外上一栏的设计目的，无线部分的同学借鉴；煤矿安全监控系统去写，红色字参考完毕删除）
3.
设计进度与要求：
第1天：
学习煤矿监控系统的系统组成、工作原理，在实验室对煤矿监控系统进行设置、安装、调试；
第2天：
学习无线通信和人员定位的系统组成、工作原理，及对两系统进行安装，并对相关参数进行配置与调试；
第3天：
撰写课程设计报告；
第4天：
老师检查编写的课程设计报告；
第5天：
课程设计答辩
主要参考书及参考资料：
【1】《煤矿监控网络系统安装与维护》电子科技大学出版社
【2】《KJ90NA/NB煤矿监控系统》煤炭科学研究总院重庆研究院
教研室主任（签名）系（部）主任（签名）
摘要
本设计综述了矿用无线通信系统、井下人员定位系统、煤矿监控系统的基本构架、结构模块、系统组成，以及部分具体内容，实践证明，该系统可以对煤矿供电进行自动化控制和管理，提高了煤矿供电的安全性和可靠性。
关键字：
无线通信；人员定位；监控
目录
1井下煤矿监控系统-1-
1．1井下煤矿安全监控系统组成-1-
1.2煤矿监控系统-2-
1.3系统结构-2-
1.4煤矿监控网络系统的组成-3-
1.5硬件组成：
-3-
1.6软件-4-
1.7系统主要设备-4-
2、人员定位系统-5-
2.1人员定位系统定位的实现原理：
-5-
2.2系统的组网方式：
-5-
2.3井下人员定位系统示意图：
-6-
2.3.1人员定位系统实现的功能-6-
2.4系统主要组成：
-9-
2.4.1RFID的工作流程：
-9-
2.4.2RFID的组成：
-9-
2.5硬件介绍-10-
2.5.1读卡器-10-
2.5.2识别卡-11-
2.5.3KJ251-F8型人员管理分站-12-
3、无线通信系统-14-
3.1概述-14-
3.1.1KT106矿用无线通讯系统的优点：
-14-
3.1.2工作原理-14-
3.2KT106R型矿用无线通信系统设计要求-15-
3.2.1KT106R型矿用无线通信系统组成-15-
3.2.2KT106系统组成及工作原理-16-
3.3硬件-17-
3.3.1主机-17-
3.3.2手机结构特征及工作原理-17-
3.3.3KTW118矿用无线通信基站：
-18-
3.3.4矿用网络交换机-19-
3.3.5电源-19-
3.3.6传输介质分类-20-
3.3.7接地及防雷保护措施-20-
3.4软件-20-
小结-22-
参考文献-23-
1井下煤矿监控系统
1．1井下煤矿安全监控系统组成
图1
1.2煤矿监控系统
图2煤矿监控系统
1.3系统结构
系统总体结构分为管理层、控制层和设备层三层结构。
下图工业以太环网综合信息传输平台网络拓扑，各子系统主体传输平台为工业以太网。
（1）管理层：
管理层为矿地面局域网系统；
（2）控制层：
控制层以工业以太环网为数据传输平台，主要由整个监控中心设备及环网平台；
（3）设备层：
设备层采用现场总线，保证了现场子系统的实时性和可靠性，主要由各自动化子系统设备组成。
1.4煤矿监控网络系统的组成
图3
1.5硬件组成：
1.5.1地面监控中心站
是整个监控系统的核心，负责整个系统设备及监测数据的管理、定义配置、实时数据采集、分析处理、统计存储、屏幕显示、查询打印、实时控制、远程传输、画面编辑、网络通讯等任务。
网络终端完成系统监测信息异地实时共享，能够以文本或图形方式显示安全生产信息，查询各类报表数据，监测信息可以在调度大屏上轮换显示。
1.5.2工业以太环网平台
环网平台交换机提供485总线接口，供监控分站接入。
与地面监控主机采用TCP/IP网络协议进行通讯。
1.5.3系列化智能监控分站
主要完成对所监测的传感器数据采集、数据预处理、分类显示、报警、断电控制、与地面监控中心站的数据通讯、所接传感器的集中供电等；
1.5.4各类模拟量传感器、开关量传感器及断电控制器等设备
是整个监测系统最前沿的终端设备，负责对各监测点的物理数据采集、就地显示、超限报警、信号传输、对监控分站控制指令的执行等。
整个自动化综合控制网采用工业级的设备，实现井下高温、高湿等恶劣环境的稳定运行；
系统支持光纤冗余环网工作模式，接节故障不影响整个系统性能，故障自恢复时间短，通信更加可靠；所有交换机采用高性能的模块化交换机，避免网络中部分节点故障，同时满足以后的扩容和升级；
1.6软件
系统软件KJ90NA，运行平台为WIN98/2000/2003环境，通过Ethernet以太局域网组成全网络化环境，协议支持标准TCP/IP等。
1.7系统主要设备
1）地面中心站
配置监控主机1台，数据库服务器1台
图形工作站1台（可选配4屏或2屏多屏模式）
2KVA在线不间断电源1台
10/100M自适应网络集线器1台
2）传输设备
DHX90避雷器1套
KJJ46型数据通信接口
3）矿井系列监控分站
KJ90-F16/F8大、中型分站是KJ90NA型煤矿监控系统的关键配套设备，主要实现对各类传感器的数据采集、实时处理、存储、显示、控制以及与地面监控中心的数据通信。
具有红外遥控初始化设置功能。
可独立使用，实现瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能。
容量：
KJ90-F16/F8分别是16/8个输入端口，8/5个控制输出（模拟量和开关量可任意互换）
4）各种传感器和执行器
甲烷传感器
一氧化碳传感器
风流压力传感器
温度传感器
风速传感器
液位传感器
烟雾传感器
风门开闭状态传感器
开停传感器
2、人员定位系统
2.1人员定位系统定位的实现原理：
系统定位采用的技术为RFID射频识别技术，RFID技术利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。
与传统的条型码、磁卡及IC卡相比，射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点和具有防冲突功能，能同时处理多张卡片。
在国外，射频识别技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。
2.2系统的组网方式：
本系统采用树形网络结构（RS485）和环形网络结构（TCP/IP）.共分为三级：
第一级网络：
地面监控中心；
第二级网络：
有线数据传输平台；
第三级网络：
无线信息采集系统。
图4
2.3井下人员定位系统示意图：
图5KJ251人员管理系统
2.3.1人员定位系统实现的功能：
1系统
2管理设置；
3用户管理；
4实时监控；
图6位置查询
图7轨迹再现
5查询统计；
图8井下人数统计
6机车管理；
7双向管理；
图9呼叫
8考勤管理；
9员工管理；
图10员工信息查询
10系统帮助
2.4系统主要组成：
本系统主要由上位机、分站、读卡器、标识卡、接口（RS485）、交换机（TCP/IP）组成。
传输介质为电缆或者光纤。
2.4.1RFID的工作流程：
阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标识卡进入发射天线工作区域时标识卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从标识卡发送来的载波信号，天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理。
2.4.2RFID的组成：
1.标签（Tag，即射频卡）：
由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线电源，用于和射频天线间进行通信（标识卡）
2.阅读器：
读取（在读写卡中还可以写入）标签信息的设备（读卡器）。
3.天线：
在标签和读取器间传递射频信号（读卡器）
2.5硬件介绍
2.5.1读卡器
1、读卡器的分类：
单向读卡器、双向读卡器、基站用读卡器、检卡用读卡器
2、结构特征与工作原理
2.1结构特征
采用ABS工程塑料材质的防静电注塑外壳，为本质安全型防爆结构，结构示意如图11所示。
图11读卡器
2.2工作原理
读卡器由主板、发射模块及匹配网络、微带贴片天线、通讯及保护电路、显示及指示电路等部分组成，见图12。
高灵敏度微带贴片天线
高频阻抗匹配网络
信号解调电路
本安电源
高性能微处理器
图12读卡器电路原理框图
读卡器以2.4GHz射频电路和高性能CPU为核心，2.4GHz射频电路集成了蓝牙物理层和高级数据链协议，CPU采用功能强大的16位超低功耗单片机，可靠性高。
接收到有效信号后，形成对应标识号的记录信息并暂存，并进行声光提示。
如果读卡器有对识别卡的命令操作，则对该识别卡下发相应的命令。
可以通过操作按键实现搜寻、查询等功能。
2.5.2识别卡
1.标识卡分类：
单向标识卡-----KJE116C
（E型卡：
不带校验位、F型卡：
带校验位、H型卡：
模拟双向卡、手机内嵌型）
双向标识卡-----KJE116D
2.结构特征与工作原理
2.1结构示意图
图13识别卡示意图图14KGE116D型识别卡示意图
2.2组成及工作原理
2.2.1识别卡组成
A.KGE116C型识别卡由电池、电路板及外壳组成；
B.KGE116D型识别卡由电池、电路板、按钮、指示灯及外壳组成。
2.2.2识别卡工作原理
图15识别卡电路原理图
识别卡电路采用非充电锂电池供电。
以ISM2.4GHz频段的特高频载波调制模块和高性能、低功耗的微处理器为核心。
2.4GHz射频电路集成了高级数据链协议，采用ShockBurstT工作模式，识别卡在KJF210A/B型矿用读卡器接收区域周期可调地发射电子标识信息，实现无线通讯，无线传输速率高达1Mbps,减小了信号在空中传输时间，降低了干扰的可能性。
和谐的阻抗匹配网络及高增益的天线，降低了信号驻波比，提高了发射效率,实现远距离识别。
微处理器采用功能强大的16位超低功耗单片机，该芯片内集成有2K字节Flash、256字节EPROM、256字节RAM、2只16位定时计数器、内置看门狗电路，集成度高，提高了系统的可靠性。
采用节能算法，保证了电池的有效工作寿命。
2.5.3KJ251-F8型人员管理分站
1概述
1.1产品特点
KJ251-F8型人员管理分站是以32位单片计算机为主要部件的智能化产品。
具有无线数据采集、存储、处理、显示、断电控制、红外遥控及远距离通讯等功能。
该产品是通过对远距离移动、静止目标进行非接触式信息采集处理，实现对人、车、物在不同状态（移动、静止）下的自动识别，从而实现目标的自动化管理。
1.2主要用途及适用范围
主要应用于煤矿井下有瓦斯或煤尘爆炸危险场所的人员信息采集、显示与传输。
与分站配接及配套的所有电气设备必须经过安全检验机关检验合格后才配用。
本产品经国家防爆安全检验机关审查通过，可在具有爆炸性危险场所使用。
2结构特征与工作原理
2.1.分站整体图
分站整体外观如图16所示：
图16
1——矿用读卡器输入1，2；
2——矿用读卡器输入3，4；
3——矿用读卡器输入5，6；
4——矿用读卡器输入7，8；
5——主通讯两根代表RS485方式；四根代表RS422方式；
6——报警输出；
7——显示屏备用输出；
8——分站电源输入；
9——主显示窗；
10——矿用读卡器电源显示窗。
2.2工作原理
KJ251-F8型人员管理分站是一个以ARM32位单片机为CPU核心的微型计算机系统，由数据采集、显示、控制、存储、红外遥控、通讯、看门狗、电源等主要功能电路组成。
主要通过主板和电源板等几块电路板形成有机整体。
其中主板为主控电路；主通讯接口用于与地面中心站的数据通讯；从通讯接口和读卡器通讯。
整个分站的连接方式如下图12所示：
关联电源
主电路板
主通讯接口
从通讯接口
读
卡
器
7-8
读
卡
器
5-6
读
卡
器
3-4
读卡
器
1-2
图17
2.3功能特点
该产品采用全新的嵌入式微处理器和嵌入式软件进行设计，具有本质安全型设计、环境适应性强、可同时采集8台读卡器、便于网络连接等性能优点。
该产品能很好与现有煤矿监控系统兼容，完全可以满足煤矿井下人员监测与跟踪管理的自动化和信息化管理要求。
3、无线通信系统
3.1概述
KT106矿用无线通讯系统是新一代的矿井无线传输系统，不同与窄带无线通讯方式。
该系统采用Wi-Fi与以太网技术相结合，可实现传输速率达到54M的无线数据传输，为煤矿搭建起一个宽带无线传输平台。
该系统搭载在工业以太网平台进行传输，通过配套的管理软件、网关等设备，形成一套以矿井工业以太环网为传输主干，高速无线信号进行空间覆盖的宽带矿井无线通讯系统，可实现语音、视频传输，实时读取监控系统数据，支持一键呼救功能。
使我国的煤矿无线通讯技术跃上一个新的台阶。
系统采用信号设备本安和本安供电的方式，使设备满足在回风巷道和工作面全天候工作的安全等级和技术要求。
3.1.1KT106矿用无线通讯系统的优点：
KT106矿用无线通讯系统集Wi-Fi无线通讯技术、TCP/IP技术、网络排布及管理技术、计算机技术和安全电源管理技术为一体，系统有效利用了井下工业以太网的宽带优势，将高速无线通讯技术引入了煤矿井下。
与现阶段同类煤矿无线通信系统比较有以下特点优势：
安全、扩展、方便、低成本
号码注册授权、紧急呼叫报警、通信状态管理\强拆、录音功能、通话日志记录功能
地面管理软件的主要作用是对KT106系统中的数据进行处理、调度和管理，类似于煤矿监控系统的中心站。
3.1.2工作原理
系统位于地面的管理主机通过矿用网络交换机为进入到基站无线信号覆盖区域的每一台合法的手机分配一个IP地址，并自动为其在管理软件中注册。
注册后的手机即可正常通话。
呼叫时基站收到手机发出的无线信号，并将其调制打包后通过矿用网络交换机送到地面管理主机，经主机处理后又经矿用网络交换机送到覆盖被呼叫手机所在区域的基站，呼叫目标手机接收信号后经过振铃提示并调制成语音给与持机者，完成一次通话。
定位管理服务器通过RFID读头采集人员信息并进行管理。
3.2KT106R型矿用无线通信系统设计要求
3.2.1KT106R型矿用无线通信系统组成
系统主要由监控主机、矿用网络交换机、矿用无线通信基站、矿用隔兼本安电源、矿用本安手机、单/双向识别卡、阻燃光缆、阻燃电缆、接线盒和其他必要设备组成。
系统连接示意图见图18，系统配置表见附录A。
图18KT106R型矿用无线通信系统连接示意图
图19KT106矿用无线通信系统的典型组网示意
3.2.2KT106系统组成及工作原理
2.1KT106系统组成
KT106系统的主要组成设备有：
KTW118系列井下基站、KTW117系列手机、SIP服务器、KJJ103矿用交换机、CQCC6200地面交换机、ETG3008地面数字语音网关、Wavion地面基站
2.2地面基站
地面基站用于煤矿地面办公区域的无线信号覆盖，通过SIP服务器使矿用无线手机可以在地面矿区与井下手机进行语音通话。
地面基站采用以色列进口军工产品，和普通地面基站相比，1台的覆盖区域可以相当于普通地面基站地面基站6台，覆盖同样的矿区，用户投入成本低，安装简便。
地面基站外观图如下：
识别卡电路采用非充电锂电池供电。
以ISM2.4GHz频段的特高频载波调制模块和高性能、低功耗的微处理器为核心。
2.4GHz射频电路集成了高级数据链协议，采用ShockBurstT工作模式，识别卡在KJF210A/B型矿用读卡器接收区域周期可调地发射电子标识信息，实现无线通讯，无线传输速率高达1Mbps,减小了信号在空中传输时间，降低了干扰的可能性。
和谐的阻抗匹配网络及高增益的天线，降低了信号驻波比，提高了发射效率,实现远距离识别。
微处理器采用功能强大的16位超低功耗单片机，该芯片内集成有2K字节Flash、256字节EPROM、256字节RAM、2只16位定时计数器、内置看门狗电路，集成度高，提高了系统的可靠性。
采用节能算法，保证了电池的有效工作寿命。
3.3硬件
3.3.1主机
地面中心站主机采用工控机，监控计算机要求配置两台：
其中1台为工作主机,1台为备用主机。
3.3.2手机结构特征及工作原理
1结构特征
手机采用主板、电源一体化设计，外型结构为圆边长方体。
其外型结构见图20：
图20KTW117K（C）矿用本安型手机外型结构
2工作原理
手机主要由射频部分、逻辑部分和电源部分组成。
射频部分由接收信号部分和发送信号部分组成。
手机在接收信号时，首先利用专用芯片把天线接收到的发射、接收信号分开，使收发互不干扰。
通过滤波、放大、混频经A/D转换后送数字信号处理器做进一步的处理。
发射信号时，由数字信号处理器给出信号经振荡电路形产生载波信号，经分频、鉴相、放大后送天线发射出去。
手机通话时发送语音时通过语音的压缩算法对语音数据编码进行压缩处理，然后把这些语音数据按TCP/IP标准进行打包，过IP网络把数据包送至接收地，接收语音时把这些语音数据包串起来，经过解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到传送语音的目的。
手机内置的定位识别芯片进入基站或读卡器识别区后，会主动发送识别信息，实现身份识别的功能。
3.3.3KTW118矿用无线通信基站：
矿用无线通信基站（以下简称基站）的功能是将有线信号与无线信号相互转换，并对矿井巷道空间进行无线覆盖。
基站特点为：
1.采用IP接入方式，可以通过地面管理主机远程控制，支持WEB方式；
2.采用Wi-Fi无线技术，无线信号传输速率最高可达到54M；
3.采用本安型设计，采用本安型设计，满足回风区域和工作面连续工作的安全要求；
4.支持WEP、TKIP和AES等多种加密方式；
5.支持虚拟专用组，通过相同SSID实施加密和隔离；
6.可调整无线发射信道，防止同频干扰；
7.采用LRE调制，基站间通过阻燃网线连接,有效距离可达到1Km；
8.预留端口，支持功能扩展。
图21KTW118矿用无线通信基站
3.3.4矿用网络交换机
1KJJ103型矿用网络交换机
交换机内部设有A、B两个单元。
2KJJ103A型矿用网络交换机
交换机内部有A、B、C、D四个单元。
3KJJ137矿用隔爆兼本质安全型交换机
交换机内部设有A、B两个单元。
3.3.5电源
系统使用KDW0.3/660（D）型防爆兼本安型稳压电源作为基站的供电设备，D型电源是一种已在煤矿井下使用多年的电源设备，久经考验，性能稳定，可靠性高。
电源箱外观如下：
图22
1KDW660/18B（D）型矿用隔爆兼本质安全直流稳压电源
a）额定工作电压（可选）：
660V/380V/220V/127VAC，50Hz；
b）本安输出：
2路，18.5V/800mADC。
c）备用电池工作：
在额定负载条件下工作时间应不小于2h。
2KDW660/12B矿用隔爆兼本质安全型直流稳压电源
a）额定工作电压（可选）：
660V/380V/220V/127V/36VAC，50Hz；
b）本安输出：
1路，12.5V/500mADC；4路，5.3V/2500mADC。
c）备用电池工作：
在额定负载条件下工作时间应不小于2h。
3KTW118K（B）型矿用无线通信基站
4KTW117K（B）型矿用本安手机
5KGE116D型识别卡
3.3.6传输介质分类
电缆：
采用煤矿用聚乙烯绝缘铜丝编织屏蔽聚氯乙烯护套MHYVP系列通信电缆，供电线径截面不小于1.5mm2，信号线径截面不小于0.75mm2。
电缆选用符合此规格要求、且具有有效期的矿用产品安全标志证书的煤矿通信电缆。
光缆：
采用煤矿用阻燃MGTSV型单模通信光缆，光纤衰减系数不大于0.4dB/km。
3.3.7接地及防雷保护措施
1接地
系统应有单独的接地措施，不允许与其它系统共地。
地面中心站设备的外壳应接到安全保护地，接地电阻应不大于2Ω。
其他井下设备的接地要求应满足《煤矿安全规程》（2009版）中第482～487条的规定。
2防雷电保护措施
系统通过在中心站机房内接入电涌保护器，进行电源防雷。
井下供电线路的防雷电保护措施应符合《煤矿安全规程》（2009版）中第459条规定。
3.4软件
使用Windows2000或以上操作系统和KT106R系统应用软件，且应有详细的操作指南。
1KTW118矿用无线通信基站的配置：
1.1DHCP配地址：
1.2LAN配地址：
小结
通过本次课程设计，让我学到了一些在课堂是学不到的知识和能力，很好的锻炼了理论联系实际，与具体题目结合的能力。
同时也让我们很好的如何发现问题，解决问题，积累了一些解决问题的经验。
让我们懂得了实际中遇到的问题怎样用理论去解决。
经过了为期一周的课程设计,我们在其中学到了很多的东西,要把一个实验做好需要将老师讲过的东西来灵活运用,并且,在实验过程中会遇到一些困难和问题,这时应该自己去努力想办法来解决,可以去图书馆借些资料,或者在上网的时候去查询搜索一些对自己有帮助的信息。
经过这次实训我也了解了知识不仅要知道还要弄清楚它的真实内容,我们对待知识的学习不得有一丝一毫的马虎，我也懂得了,多看些课外资料，可以使得自己的专业知识得到更好的补充。
总而言之，这次课程实训是我受益匪浅，希望这样的机会能更多一些！
参考文献
【1】《煤矿监控网络系统安装与维护》电子科技大学出版社
【2】《KJ90NA/NB煤矿监控系统》煤炭科学研究总院重庆研究院
升级会员 