进出口瓦斯监控系统.docx
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进出口瓦斯监控系统
第一章概述
1.1相关背景
随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，煤矿安全生产是关系煤炭行业持续健康发展的大事，为了进一步加强安全生产监督管理，防止和减少生产安全事故，国家各级政府部门要求所有瓦斯矿井必须装备安全监控系统。
在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率。
煤矿监测监控系统在瓦斯灾害的防治中起到越来越重要的作用。
因此，煤矿监测监控系统的监控有力，使其灵敏可靠、反应迅速，成为煤矿安全生产的一道警戒线。
1.2设计原则
1．规范化
系统设计依据最新的国家标准和行业标准，遵守开放的原则。
系统设计有外部接口，很容易与其他应用系统共享数据，实现无缝衔接。
2．安全可靠性
建立完善的网络与信息安全保障体系，确保系统运行有高度的可靠性和安全性。
3．实用性
采用成熟的技术，并结合煤矿安全监控的实际需要，建设一套最适合于各级煤管部门实际需求的监控系统。
集遥测、遥视、遥控功能三位一体，功能强大，性能优良、界面醒目、友好，系统各种操作简单、易学易用。
4．先进性
采用成熟的先进技术，保证具有较好的先进性、实用性和较长的生命周期。
要充分考虑到现代信息技术的飞速发展，使系统具有较强的开放性，为技术更新、功能升级留有余地。
5．可扩展性
系统采用模块化设计，具有较强的扩展性，可以方便的实现规模的扩充和业务的延伸。
软件支持在线升级、扩充，可实现平稳过渡。
6．可维护性
系统设计时充分考虑到系统的可维护性，可实现远程维护，具有维护操作简单、维护工作量小的特点。
7．经济性
系统开发运行平台均采用当今最为通用的各种操作系统和开发工具，充分利用了我们在其他监控领域中成功应用的中间件和模块，大大减少在系统平台方面的投入，具有极高的性能价格比。
1.3煤矿监测监控系统的应用
煤矿监测监控系统是在生产、安全及管理方面的一个实时监测监控系统，煤矿监测监控系统是否正常使用，对于煤矿的生产运行状况、安全水平、灾害预测预报具有重要的作用。
所以，煤矿监测监控系统的应用主要有以下几个方面表现：
1）煤矿监测监控系统中甲烷传感器的维护效果，是灾害预测预报是否准确的关键环节。
在按照标准每10天进行标校的正常维护外，由于它是要求安设在煤矿的采掘工作面上的，受生产环境影响较大，不确定因素较多。
因此，加强现场管理是保证上传数据可靠的有效措施，在实际应用中，严格按照标准垂直悬挂，距顶板不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm。
对甲烷传感器的外壳增加护罩，在不影响声光报警信号的条件下，就能有效防止物理碰撞造成的破坏。
2）监控分站是煤矿监测监控系统中的重要组成部分之一，现场的各种数据通过它上传到地面机房。
当发生瓦斯超限时，它执行断电功能，达到瓦斯风电闭锁；当瓦斯浓度低于复电浓度时，自动解锁。
监控分站发生故障时，则启动故障闭锁功能,以保证矿井的安全生产。
在现场使用中，为监控分站供电的是专用开关的电源侧，安设在便于人员观察、调试、检验和支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道中，以保证监控分站工作稳定，性能可靠。
监控分站除了瓦斯信号外还有两路开关量监测信号和一路电源馈电信号。
通过电源馈电信号的开关量，用来监测采掘工作面是否正常使用监控分站的断电功能。
3）地面监控中心是煤矿监测监控系统的中枢,坚持24小时值班制度是保证设备正常运转的基础,一旦发生甲烷传感器报警,立即向调度室及有关部门和领导汇报。
监控系统能够实现如下功能：
煤炭进出口公司利用现有网络资源掌握各个下属煤矿的安全和生产情况，按要求建立一套安全生产监测监控信息系统，将各个下属煤矿的实时监测监控数据集成在公司调度室，形成公司一级的安全生产监控网络，各个下属煤矿又把所属的每个矿井的生产和安全数据集成在矿调度室，组建矿一级监控子网，使公司从上到下各个部门以及领导都可以随时掌握各个煤矿和矿井的生产状况和安全状况，并可以进行综合性动态分析，为领导决策提供依据，实现资源共享。
煤矿安全生产监测监控系统是个实时调度、指挥系统，通过本系统可以使管理层快速、及时、准确地获取生产相关数据，提高决策科学性，从而避免或减少因决策失误而造成的安全生产事故和经济损失。
1.4系统建设目标
系统的总体建设目标是：
系统利用先进的计算机网络技术、通信技术、多媒体技术、微电子技术等，借鉴当今先进的管理技术和手段，建设一个具有一定实用性、先进性、可靠性、开放性的“煤矿安全远程视频监控系统”。
系统依托于IP/3G等技术，以调度监控中心为核心，连接井上和井下的视频监控点，通过授权可以在各级分控端实现对关键生产环节和部位的全方位远程监视和控制。
煤炭进出口公司中层以上人员可以任何时间、任何地点通过3G手机视频监控，脱破时间、地域限制。
第二章建设方案
2.1总体方案
在煤矿安全领域引入数字化监控技术，通过在煤碳企业范围内的联网，可以对区域内所有煤矿瓦斯防治情况，包括井下瓦斯浓度、风机开停状态及设备送电断电情况等，实施集中监控、远程监控和实时监控，针对突发情况及时采取调整作业方式、停止生产、人员撤离等措施。
系统设计一般可以分为二级，第一级为矿端本地监控，第二级为煤炭进出口公司级的远程监控。
总体方案包括：
①建立煤矿数字化瓦斯远程监控中心；②将所有已安装的瓦斯监测监控系统与煤炭进出口公司公司监控中心联网，实现煤矿现场监测数据的采集、远程传输和集中存储，并考虑今后部分新增矿井的顺利接入；③可对所有异常数据进行分析，按时间实现分级短信自动报警，为管理人员提供信息，提供会议通知短信。
因此，系统包含硬件和软件两个平台，其中硬件平台分为监控数据中心设备、煤矿数据采集设备、网络通讯传输设备；软件平台主要包括系统构成、远程数据传输子系统、网络中心数据处理子系统和异地查询子系统。
2.2网络系统结构设计
图：
系统总体构架示意图
针对本次项目，中心平台采用VISS智能网络视频监控平台，该平台采用模块化设计的思路，各个模块可以设置在不同的服务器上，实现3流分离，即视频流、信令协议、控制协议分离，有效地保障安全和拓展灵活，是一套稳定可靠、技术先进、可以平滑扩容的网络视频监控系统，该平台满足大规模前端监控点接入、智能监控和联动联防的需求。
2.3 系统功能
系统主要功能
Ø 数据采集与控制功能
系统具有对甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度等模拟量的采集、显示及报警功能；
系统具有馈电状态、风机开停、风筒状态、风门开关、烟雾等开关量采集、显示及报警功能；
系统具有瓦斯抽采（放）量监测、显示功能。
Ø 显示功能
系统必须具有列表显示功能：
（1）模拟量及相关显示内容包括：
（1）地点；
（2）名称；（3）单位；（4）报警门限；（5）断电门限；（6）复电门限；（7）监测值；（8）最大值；（9）最小值；（10）平均值；（11）断电/复位命令；（12）馈电状态；（13）超限报警；（14）馈电异常报警；（15）传感器工作状态等；
（2）开关量显示内容包括：
（1）地点；
（2）名称；（3）开/停时刻；（4）状态；（5）工作时间；（6）开停次数；（7）传感器工作状态；（8）报警及解除报警状态及时刻等；
（3）累计量显示内容包括：
地点、名称、单位、累计量值等；
系统应能在同一时间坐标上，同时显示模拟量曲线和开关状态图等。
（4）系统具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能。
在同一坐标上用不同颜色显示最大值、平均值、最小值等；
（5）系统具有开关量状态图及柱状图显示功能；
（6）系统具有模拟动画显示功能。
显示内容包括：
①通风系统模拟图；②相应设备开停状态；③相应模拟量数值等。
应具有漫游、总图加局部放大、分页显示等方式；
（7）系统具有系统设备布置图显示功能，显示内容包括：
①传感器；②分站；③电源箱；④断电控制器；⑤传输接口和电缆等设备的设备名称；⑥相对位置和运行状态等，若系统庞大一屏容纳不下，可漫游、分页或总图加局部放大。
Ø 报警功能
（１）超限或异常故障时,井下传感器有声光报警、地面有声光报警。
（２）报警点的设置,传感器通过遥控器设置,地面通过计算机设置。
Ø 控制功能
（1）甲烷浓度达到或超过报警浓度时，声光报警；
（2）甲烷浓度达到或超过断电浓度时，切断被控设备电源并闭锁；甲烷浓度低于复电浓度时，自动解锁；
（3）与闭锁控制有关的设备（含甲烷传感器、分站、电源箱、断电控制器、电缆、接线盒等）未投入正常运行或故障时，切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。
Ø 存贮和查询功能
（1）甲烷浓度、风速、负压、一氧化碳浓度等重要测点模拟量的实时监测值；
（2）模拟量统计值（最大值、平均值、最小值）；
（3）报警及解除报警时刻及状态；
（4）断电/复位时刻及状态；
（5）馈电异常报警时刻及状态；
（6）局部通风机、风筒、主要通风机、风门等状态及变化时刻；
（7）瓦斯抽采（放）量等累计量值；
（8）设备故障/恢复正常工作时刻及状态等。
Ø 打印功能
具有报表、曲线、柱状图、状态图、模拟图、初始化参数等召唤打印功能（指定打印功能可选）。
报表包括：
①模拟量日（班）报表；②模拟量报警日（班）报表；③模拟量断电日（班）报表；④模拟量馈电异常（班）报表；⑤开关量报警及断电日（班）报表；⑥开关量馈电异常日（班）报表；⑦开关量状态变动日（班）报表；⑧监控设备故障日（班）报表；⑨模拟量统计值历史记记录查询报表等等。
Ø 实时多任务操作功能
在不中断正常数据采集的情况下通过计算机可以完成以下功能:
（１）分站的增加、减少、移动等修改工作;
（２）传感器类型、测值、安装地点的登记与修改;
（３）传感器报警点的设置与修改;
（４）图形监控与编辑;
（５）报表的设置与打印;
（６）用户自己需要计算机完成的其他工作。
Ø 系统自检功能
（１）分站通过各种状态指示灯和自检程序随时进行分析诊断,判断故障原因;
（２）主控接口通过通讯指导灯判断与分站和通讯情况;
（３）计算机判断各监测点,监测情况、通讯情况以及网络发送情况等。
Ø 网络功能
可以将若干套监控系统组成局域网。
2.2总体结构
就整个瓦斯监控系统来讲，主要由下列4个部分组成：
（1）监控平台
（2）传输网络
（3）前端单元
（4）系统客户端
（5）监控分站
（6）井下监控（各矿自行解决）
2.3.1监控平台
监测网络中心一个交换机将网络中心的系统服务器（数据库服务器）、光纤陈列、WEB服务器（异地查询服务器）、工作站、短信自动报警装置、防火墙互相连接起来组成一个局域网。
网络中心租赁至少10M的光纤通道或自己组建网络，申请一个公网IP地址接入INTERNET公网或内部分配的IP地址，通过INTERNET公网接收各矿传输来的监测数据，将数据保存到数据库服务器上或者光纤阵列中。
各级煤矿监管机构接入宽带后，即可查询监测数据，通过这些技术的应用即可组成煤炭进出口公司、煤矿和职能管理部门的煤矿安全生产监控网络系统。
如果出现超限监测数据，系统通过短信自动报警装置自动按预先设置的级别将该超限数据发送到指定人的手机上面进行告警（其格式为：
XX煤矿、传感器安装位置、实时值、异常累计时间，谨请领导关注！
），同时将告警短信记录到数据库中，以备以后查询。
2.3.2传输网络
由于视频传输过程中网络压力较大，为了保障清晰流畅的视频效果及突发事件条件下的通信需求，传输网络建议采用光纤接入方式，充分保证视频监控系统的传输带宽。
硬盘录像机及视频服务器自带10/100M以太网接口，支持PPPOE协议，配合相应的网络接口适配器可支持的网络接入方式有ADSL、LAN、WLAN、光纤、SHDSL、VDSL以及无线方式等。
不同的网络接入方式根据其带宽的不同达到的视频传输效果不同。
无法采用光纤传输的可以选择ADSL等其他传输方式。
⏹编码器/网络摄像机适应带宽及其图像分辨率
采用MPEG－4/H.264编码方式，在64K~4M带宽下为用户提供有效的视音频传输效果。
带宽满足在1.5M以上时可实现全实时25fps,4CIF（704×576）图像的编码传输；
带宽在384K~1.5M时可实现全实时25fps,CIF（352×288）图像的编码传输；
带宽低于384Kbps时，可通过选择质量优先/速率优先来适应带宽，从而保证视音频的传输效果。
2.3.3前端单元
2.3.3.1视频监控前端
图：
前端监控点分布示意图
对煤矿端的数据采集来说，在现有已安装的瓦斯监测监控系统的基础上只需增加一个相应通讯方式接入设备，通过双绞线与监控主机相连，采集程序将监测数据压缩转换后，检查网络情况，如果网络畅通，通过各种通讯方式将压缩转换后的数据发送到监控网络中心存储，如果网络不通，采集程序将监测数据压缩转换后，直接存放在本地数据库件，待网络通后将压缩转换后的数据发送到监控网络中心存储。
同时监控人员可以对数据进行分析处理，实现24h实时监控。
网络摄像机模式：
本次项目中，煤矿监控点建议采用高集成度的网络摄像机进行建设。
如下图所示：
网络摄像机是集摄像机、编码设备于一体的高集成化网络监控设备，具有安装、使用简单，系统故障点少，维护成本低，稳定可靠等优点。
普通模拟摄像机模式：
监控点图像采集也可以沿用模拟摄像机实现，通过增加视频编码器对模拟图像进行数字化编码并上传“监控平台。
保证在较低的带宽下（64K~512K）获得清晰的图像质量并上传图像。
设备连接示意图如下：
编码器主要完成的功能有：
✧采集各监控点现场的视频图像信号，经过数字化和压缩编码后上传到监控总指挥中心；
✧实现双流功能，可以选择使用不同的码流进行存储和浏览；
✧支持外围报警设备的接入，提供开关量报警输入接口，开关量报警输出接口，方便的与其他外围设备进行报警联动。
编码器均提供标准的RS485接口，可以对摄像机进行控制，根据监控中心发来的命令控制视频切换、控制镜头聚焦、近景／远景、光圈调节，控制云台上下、左右和自动巡视动作；另外可以接入传感器和报警设备。
报警设备通常提供告警信号的输出，由前端编码器接收报警信号，实现报警信号接入系统与告警联动。
2.3.4监控分站
安全监控系统分站具有16个输入口，可任意接模拟量或开关量，RS485智能串口在1根电缆上允许接入12个智能开，停。
2.3.5移动应急指挥车
监控系统无论如何庞大，都很难做到完全无缝覆盖整个监控区域，且需要耗费大量的资金，而移动监控点的出现则可以很好的弥补这个缺陷。
一旦发现事故现场附近无视频监控资源，移动应急指挥车立刻赶往现场，同时作为一个移动性、临时性监控点出现在事发地点，将现场图像实时传送到后台指挥中心。
移动应急指挥车基于3G进行图像传输，所有设备依靠车载供电，车内还配备液晶屏（便于进行摄像机角度、方位控制）、摇杆键盘（用于控制车顶摄像机），从而形成一套完整的解决方案，拓扑图如下：
2.3.6瓦斯监控报警系统
将瓦斯报警的开关量传感器与视频监控前端结合，可以随时检测瓦斯浓度，一旦瓦斯浓度超过预设值，就会产生联动告警，并将告警信息通过警铃或短信的方式告之管理责。
2.4客户端单元
监控客户端是监控系统的重要组成部分，是系统功能的集中体现。
用户通过监控客户端可以访问到系统中任何一个前端图像。
并且可以控制、存储、录像查询等众多功能。
监控客户端有监控电视墙、PC客户端、WEB客户端、手机客户端四种形式,具体来讲监控客户端应该具有如下基本功能：
2.4.1PC客户端
通过PC客户端，系统管理员能够完成对整个系统的管理、调度及监控。
根据相应的权限，用户通过PC客户端可以实现系统的的管理功能和业务功能，管理功能有监控管理、告警管理、存储管理、用户管理、设备管理等；业务功能有视频监控、录像回放、云镜控制、报警联动等功能。
煤炭进出口公司及煤矿管理人员可以根据系统分配的相应权限，在办公室利用办公电脑随时查看权限范围内的前端监控点实时视频画面，及时发现问题及时处理。
2.4.2监控电视墙
煤矿监控系统可以控制多路外接监视器组成的电视屏幕墙，能实现电视墙的视频切换：
直接切换、自动切换。
直接切换：
将某一视频图像直接切换到所选定的外接监视器上。
自动切换：
将某几路视频图像以相同或不同的时间间隔，在所选定的监视器上自动循环显示。
煤矿监控室作为一线监控室，主要通过电视墙系统完成突发事件的快速发现及处理。
2.4.3WEB客户端
监控系统提供功能完善Web客户端，授权用户可通过标准Web浏览器浏览实时和历史图像，浏览历史图像数据时，可以根据时间、事件等信息分类进行；在Web浏览方式下，同样能控制摄像机和云台等控制对像，也可以同时实时监控多个图像管理子系统的图像；系统可使用网上办公电脑作为授权客户端并能够通过网络远程查看实时视频图像及历史录像文件。
煤炭进出口公司及煤矿管理人员管理人员可以根据系统分配的相应权限，在办公室利用办公电脑随时查看权限范围内的前端监控点实时视频画面通过该系统足不出户便可以随时监督检查煤矿安防措施落实情况。
2.4.4手机客户端
煤炭进出口公司及煤矿管理人员，可以通过自己的3G手机实现对监控系统的访问与浏览，真正实现随时随地访问，随时随地处理事故，快速反应的目的。
手机访问监控系统支持手机客户端、WEB两种方式，分别面向不同的手机品种和不同的用户，最大程度简化使用，真正做到简单、易用、高效。
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