众山科技基于GPRS在煤矿瓦斯浓度监测系统的应用

一、引言 

近年来，煤矿矿难事故屡屡发生，造成的原因有很多，其中不少是因为瓦斯爆炸引起的。自2005年二月十五日以来，国内相继发生五起一次死亡十人以上瓦斯事故，其中最近发生的山西朔州煤矿瓦斯事故共有六十九人罹难。2005年三月二十一日，召开了全国煤矿安全改造和瓦斯治理工作电视电话会议，要求各地进一步贯彻落实国务院第81次常务会议精神，进一步做好全国煤矿安全改造和瓦斯治理工作，以提高煤矿安全生产保障能力，扭转煤矿重特大瓦斯事故多发的被动局面。 

瓦斯爆炸的主要原因是通风不良、存在各种引火源，思想麻痹和管理松懈等。当安装局部通风机位置不当或局部通风机供风不足时，就会加大了煤与瓦斯突出后的瓦斯逆流，高浓度瓦斯会进入大巷新鲜风流，达到爆炸界限，一旦出现引火源，就会发生瓦斯爆炸。这样，要防止瓦斯爆炸事故的产生，可以通过加强通风设备的管理，加大对瓦斯浓度的监测，严格控制各种引火源的产生和提高矿工及管理人员的思想意识等措施来实现。 

传统煤矿瓦斯监控系统通常分为两部分：井上部分和井下部分。采用先进的GPRS可以在不改变井下部分的前提下，能够改变井上部分的传统布线方式，即采用无线传输代替有线传输，这样更适合于远距离数据传输。同时，还可以引入一种新的报警功能，可以将危险数据直接发送给有关负责人的手机，从而降低瓦斯爆炸事故的发生。 

二、CDMA简介

 CDMA1X是一种新型的移动数据通信业务。CDMA1X是中国联通在完善优化CDMA网络建设过程中推出的第2.75代通信技术，它在目前的IS-95 CDMA网络的基础上进一步升级了无线接口，使其支持高速补充业务信道，从而可实现高速互联网接入服务。CDMA1X在传递速率、功能方面较GPRS具有突出的技术优势， CDMA1X 理论速率153.6Kbps，目前实际测试速率为80kbps，超过目前普通有线电话拨号上网的56kbps，是平均30-40kbps的CDMA1X数据传输的2-3倍。特别适合像金融交易、远程监测等行业的通信需求，完全取代过去传统的有线MODEM、X.25、数传电台、短信等通信方式。

CDMA1X无线传输数据有以下优势：

1）CDMA1X用户可随意分布和移动自己的网点，无需担心线路的维护或有线在移机时导致的通讯中断。建设新的网点无需进行拉线、埋线等工作。较光纤或专线系统投资较少，设备安装方便。

2）终端价格比较低。与DDN相比，较DTU或DDN专线Modem其终端价格便宜很多。

3）CDMA1X资费便宜，计费合理。CDMA1X 资费包月比有线电话网络资费还便宜。福利彩票发行业务没有大数据量的信息传输，不必要采用资费很高的专线（DDN、帧中继）。CDMA1X还可根据通信的数据量和提供的服务质量进行计费。在CDMA1X网中，用户只需与网络建立一次连接，就可长时间的保持这种连接，并只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道不计费。这样，既不用频繁建立连接，也不必支付传输间隙时的费用。

4）CDMA1X能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。通信质量稳定可靠，永不掉线。

5）CDMA1X网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。由于CDMA1X网本身就是一个分组型数据网, 支持TCP/IP、X.25协议，因此无需经过PSTN等网络的转接，直接与分组数据网（IP网或X.25网）互通，接入速度仅几秒钟，快于电路型数据业务。采用TCP/IP协议，较以前的无线数据网络（集群，双向传呼，GSM短信息）而言，网络接入更加直接方便。

6）覆盖较好。比较很多无线数据网络（集群，双向传呼，CDPD）而言，其网络覆盖是非常好的。

三、解决方案介绍

传统的煤矿瓦斯浓度监测系统大体上可以分成两大部分：井下部分和井上部分。

井下部分主要通过各种现场监测设备（各种传感器，如风量传感器、负压(压力)传感器、一氧化碳传感器和矿用设备开停传感器等）来采集井下各种气体的浓度与含量、井下空气状况、设备的运转情况等数据，然后通过现场总线将数据传输到井上。在井上，井下传上的数据通过专线与煤矿安全管理办公室服务器和更高一级安全主管部门服务器连接。

服务器上面运行的是监控软件，上面有井下每一个传感器的标签，所显示的数据通过上传数据的改变而不断刷新。同时，监控软件还可以对这些数据进行汇总、处理、分析和存档，可以作为相关负责人员决策的重要依据。并且监控软件具有超标自动报警功能，用来提示工作人员对应设备的故障或现场瓦斯浓度情况，以及时采取措施，避免重大事件的发生。

1、远程CDMA1X网点：

在本系统里面，并不是每一个现场的传感器都配有一个CDMA  DTU，因为现场的传感器在井下，它们所采集的数据通过总线的方式集中地上传到井上。通常现场的传感器上都带有串口，这样井下可以通过RS485总线来进行采集数据的传输。当总线上传到井上时，只需要通过一个RS485/232转换器就可以直接与DTU进行连接，因为DTU内嵌了完整的TCP/IP协议，为单片机、PLC、各种仪器仪表等设备提供全透明端口数据传输模式，直接可以将这些数据传送给具有固定IP地址的服务器上面。2、数据中心：

 a）公网接入方案 服务器采用公网方式接入Internet，如ADSL拨号/电信专线宽带上网等，申请公网固定IP地址；可以实现中小容量的数据采集应用。

b）专网接入方案 服务器采用省移动通信公司提供的DDN专线, 申请配置固定IP地址，与CDMA网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当信息采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求，可实现大容量数据采集应用。


（三）产品特性

系统采用ZSD3220 CDMA DTU无线透明数据传输终端。产品基于中国联通的CDMA网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准RS232/RS485接口, 可直接与PC、单片机系统、RTU测控终端、PLC、GPS接收机、数据集中器等连接，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站点之间的数据采集和控制。

1、内置TCP/IP协议栈，针对CDMA网络优化
2、提供CDMA无线数据双向传输功能
3、提供RS232/RS485/RS422接口
4、支持自动心跳，保持永久在线
5、透明数据传输：为用户的数据设备提供双向100K大容量数据缓冲区，支持大数据包传输
6、自动拨号连接：DTU上电自动拨号上网、连接网络，支持用户端发起命令连接或远程唤醒连接
7、实时监测网络连接情况，掉线自动重拨功能
8、支持中心为固定IP或动态域名
9、心跳报告时间间隔用户可设定
10、支持点对点、点对多点、多点对多点对等  数据传输
11、支持多数据中心，自动切换
12、适应低温和高温工作环境
13、EMC抗干扰设计，适合电磁恶劣环境应用
14、复合式看门狗技术，永不当机
15、整机低功耗技术，在线待机电流<130mA


四、结论    

在传统煤矿瓦斯监控系统的基础上，采用CDMA DTU来代替井上部分总线，这样可以在煤矿瓦斯监控系统的建设过程中改变井上部分数据传输方式，不但可以节约大量的硬件成本、运行成本和维护成本，同时也增加了一种新的险情的报告方式，更有利于严重事故的及时发现与及时处理。