煤矿安全监察“一通三防”远程监测实时数据采集与传输

煤矿安全监察“一通三防”远程监测信息网络系统实时数据采集与传输国家煤矿安全监察局通信信息中心2004年5月一、概述：1．1、系统结构：煤矿安全信息监察系统采用开放的、分布式计算机监控系统结构，能够和行业管理网络进行数据共享和统一管理；按煤矿安全生产控制对象或系统功能分布设置多层网络结构装置，它们连接到资源共享的网络上实现数据分布处理；按照数据采集层次整个系统采用四层结构，可以分为监控站级、采集站级、安全生产实时数据库、GIS或管理系统等部分：*监控站层：主要是分站的数据处理和分站数据处理，根据要求可以配置成单机、双机或多机系统*采集站层：安全生产数据转发层：主要是监控设备规范和数据转发规范，根据要求具备多重网络结构，具备多种通讯方式，一般采用星形网络或总路线网络结构*实时数据库：主要是服务器的安全生产数据处理及相关规范*GIS及安全管理系统：安全数据的图形化管理根据国家安全生产的要求将安全生产分为以下几个级别：厂矿级；软件同时采集的设备站点大于10；市局级：软件同时采集的网络站点大于20；国家级（含省）：同时采集的网络站点大于100；1．2系统通信：为满足安全生产调度自动化系统对煤矿安全生产信息的监控功能，监察系统应可随时接受各级调度的命令信息，并向它们发送煤矿的安全生产实时数据、运行参数有关信息。厂矿级监控站处理安全生产检测元件的数据，同时负责安全生产数据向采集站进行数据传送；采集站负责和监控站通讯及数据转发，根据需要可以将监控站和采集站合并；中心监察系统（实时数据库）具备与各安全生产调度级的采集系统间的通信，支持冗余功能；中心监察系统（实时数据库）软件必须具备良好的开放性，建议开发工具采用C++的开发工具；中心监察系统与煤矿其它计算机系统之间的通信：与地理信息系统系统的通信（任选项）；与厂内办公系统的通信（任选项）。二、网络规范2.1网络规范：该规范主要用于采集站与监控站之间的数据传输，可采用串口、以太网、电台、拨号、GPRS/CDMA等网络方式进行数据传输，具备开放性和可互操作性；网络应采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的模型或简化模型，网络可以与Intranet企业内部网和Internet全球信息网互连，可以构成一个完整的企业网络三级体系结构。2.2体系结构：各采集节点下放分散到现场，可构成一种彻底的分布式控制体系结构，网络拓扑结构任意，可为总线形、星形、环形等，通讯介质不受限制。2.3访问方式：可采用主从方式和令牌方式。主从方式：一个高级别的节点控制所有的信号传输，顺序和时间。除非主节点要求，其他节点不能通讯。令牌方式：一种信息转移的方法，每次循环每个节点有一次机会通讯。2.4无线传输规范：2.4.1支持设计参数是符合无线网IEEE802.11标准的，同时也符合在全球范围内免许可证的有关规定，因此能够保护投资和保证与未来符合标准的其他厂商的无线局域网络产品进行互操作。2.4.2传输时可透明传输所有网络协议。对于所有传输到的数据、协议能毫不保留的转发到上一级网络。2.4.3电台传输可使用调频扩频技术，工作频段采用勿须频率许可的频段。可抗干扰、多径衰落、可以与其他无线系统同处同一地理区域等，保密性应能很好。2.4.4能采用GPRS/CDMA网络规范进行数据传输。三、采集分站（矿级）安全通讯信息规范3.1标准通讯接口规范：3.1.1可以采用由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准：RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议；3.1.2可采用以太网方式进行数据通信，采用标准的TCP/IP协议通讯。3.1.3支持MODEM通讯方式，支持主动拨号和被动拨号方式。3.1.4支持GPRS/CDMA方式数据传输，自动适应厂家数据通过GPRS/CDMA方式透明数据传输。3.1.5支持电台、微波等数据传输方式。3．2、安全生产数据格式：系统数据协议建议如下：数据可以分为实时数据、报警数据、标识数据三部分实时数据：包括重要的安全生产数据，需要进行实时传输的数据；报警数据：报警的量程等数据；标识数据：生产数据的位置及描述信息；数据可以由监控站或者采集站产生，通过网络和串口和服务器或者采集站通讯；数据通讯方式采用类MODBUS的结构，实时数据需要采用CRC校验以保证安全生产实时数据的准确性；安全信息参考协议：监控主机软件发送的报文格式：主机发送字节数发送的信息信息说明地址1102H矿区代码标识地址2102H瓦斯传感器标识功能码110H参数类型（瓦斯、风等）起始地址20007H从0007H寄存器地址开始数据个数107H7个寄存器数据字节长10EH写入的数据共14个字节写入的数据120004H寄存器地址0007H写入的数据22015AH寄存器地址0008H写入的数据320F4BH寄存器地址0009H写入的数据420064H寄存器地址000AH写入的数据52000FH寄存器地址000BH写入的数据62019AH寄存器地址000CH写入的数据72014AH寄存器地址000DHCRC码2C909H由主机计算得出说明：数据1-7代表煤矿标准的数据，实时数据、报警数据、标识数据，根据需要可以任意添加3.3采集数据规范；系统监控站或者采集站必须具备支持以太网、串口两种方式，支持网络冗余和数据冗余的采集；监控站能够通过串口、以太网等方式同时向不同的安全生产服务器同时进行实时数据传输，数据刷新周期不得低于控制网络刷新周期；监控站软件具备上述功能的根据需要可以将监控站和采集站合并，不具备上述功能的监控站可以再单独设立采集站3.4数据转发接口类型：3.4.1采用RS-232、RS-422与RS-485等标准串行数据接口标准方式进行，数据交换协议通过类MODBUS方式进行数据传输3.4.2采用标准以太网方式，通过TCP/IP协议以类MODBUS规约方式进行数据传输3.4.3支持MODEM通讯方式，支持主动拨号和被动拨号方式。3.4.4支持GPRS/CDMA方式数据传输，自动适应厂家数据通过GPRS/CDMA方式透明数据传输。3.4.5支持电台、微波等数据传输方式。3.5安全数据通讯调度周期：调度周期采用S级处理，最小支持1S，能适应大数据量数据通讯，一次最大包的字节数可以超过512个字节。四、主站（实时数据库）规范：4．1概述网络接口规范：使用以太网TCP/IP协议传输方式，数据校验方式：发送端和接收端使用自定义的数据校验方式，再加上TCP/IP校验，两层校验确保数据的准确性。系统需具备B/S和C/S两种结构：服务器端可以采用实时数据库+关系数据库方式作为数据服务器，关键的实时数据放到实时数据库处理，管理数据放到关系数据库处理。服务器软件：安全生产实时数据库容量：数据处理容量大于20000个点，历史数据存储容量大于15000点，安全生产历史数据具备可以导出到ODBC关系数据库中客户端软件规范：客户端使用专业软件与主站通讯，访问主站数据，具备C/S网络结构和B/S网络结构；客户端生成主站数据的报警、总貌、历史趋势曲线等图形对象时只需要选定数据源即可，不需要做过多的设置，历史数据存放在主站上，不在客户端保存，以确保数据的一致性；每个客户端可以根据不同的需求制作不同的图形画面、报表；客户端还可以使用标准浏览器方式与主站通讯，这时客户端不需要安装任何其他软件，图形界面是在主站上开发完成的，在客户端浏览；4．2实时数据库规范系统数据库必须为分布式实时数据库，网络各个节点可以互相通讯和备份主站和从站的实时数据库与管理客户端之间必须是可以分离的，实时数据库与管理图形界面既可以在一台计算机上运行，也可以分别在不同的计算机上运行。分别运行在不同节点上的实时数据库之间可以互相引用来自远程实时数据库的数据，并显示在各自的图形界面上。软件要求1、支持快速存取和实时处理；2、能控制数据的完整性和统一性；3、能在线设定或修改数据；4、有专门软件支持数据库建立和修改；5、能对模拟输入量进行测量死区、零读数死区、报警死区和越限检查处理6、能对模拟输入量进行工程单位变换处理；7、能改善实时数据处理能力，在实时数据库中采用报警允许或控制闭锁等相关数据计算项。4．3数据库结构数据库应提供如下标准的数据结构类型：模拟I/O点、数字I/O点、自定义点、运算点。同时实时数据库应该具有自定义结构的功能，用户可以自主定义数据库的结构、参数名称和数据类型。数据库的结构定义应包括煤矿安全监控和管理所需要的全部数据项；4．4数据处理规范磁盘的使用时间要尽可能低，正常情况下，在5分钟周期内，其平均使用率要低于50%，因此应该充分使用缓冲区。CPU负载应留有余度，在重载情况下，其最大负载率不宜超过70%。4．5历史数据存储规范历史数据应该每天保存一个文件，而且从文件名称上能够给予区分。实时数据库应该提供历史数据转储、导入的软件工具，由操作人员指定起始时间、时间跨度等要素，系统自动执行历史数据的转储和导入。4．6报警和事件数据存储规范事件、报警扫描周期要小于要求的事件、报警发生时间间隔；系统必须对操作人员的登录、退出、数值设置、启动应用程序、退出应用程序等事件发生的时间、当值操作人员的姓名等信息进行记录；当报警发生时将报警信息传送到其他文件或系统中。报警数据应该充分反映报警发生的场地、时间、报警数值、报警临界设定值等信息。当对象达到事故状态，应立即发出报警音响和显示信息。报警音响应将事故和故障区别开来。声音可手动或自动解除。报警显示信息应在当前画面上显示报警语句（包括报警发生时间、地点、性质等）。显示颜色应随报警信息类别而改变。若当前画面具有该报警对象，则该对象标志（或参数）闪光及其颜色变化。闪光信号应在运行人员确认后方可解除。对于确认的误报警，运行人员可以退出该报警点。4．7数据转发接口数据转发接口保证监控软件的开放性。通过串行(RS232/422/485)、以太网(TCP/IP、UDP/IP)、现场总线等方式，监控软件可以将实时数据库中的实时数据转发到上一级网络或其它第三方监控系统。转发过程支持周期性主动发送和请求/应答等方式。具备了数据转发接口的监控软件对于其它第三方监控系统就可以充当一个标准的自动化设备，如：Modbusslave设备、CDT设备。数据转发接口要配备远程调试、管理工具软件，该工具可实现远程维护管理和在线诊断功能：(1)各功能组件的在线启动停止；(2)系统文件、工程文件的上传下载；(3)各个采集设备、转发接口的状态监测；(4)各个通信通道的状态监测；(5)系统事件的查看；(6)实时数据的查看；(7)采集、转发过程中的实时报文的查看；同时，数据转发接口应提供完善的开发工具，以适应数据通讯标准不断调整的情况，具备适应不同平台软件的能力。4．8数据库基本点表结构1、数据点能够完成生产数据输入信号量程变换、报警检查、输出限值、历史数据存储、检索等功能。示例：表1实时数据库模拟I/O点类型包含的标准点参数参数名称参数说明NAME点名称。DESC点说明信息。KIND点的类型。UNIT点所在的单元。FORMAT规定小数点后的位数;。LASTPV上一次测量值。PV以工