GPRS RTU 矿井远程监控系统 目前,煤炭是我国的主要能源,是国民经济和社会发展不可缺少的物资基础。我国煤 炭资源丰富,煤炭资源分布面积约 60 多万平方公里,占国土面积的 6%。 我国煤矿安全 生产方面,重大瓦斯事故多发,煤矿事故的总死亡人数在世界矿井事故中排名相当靠前, 对煤炭等地下大型矿井的安全监测成为了矿井安全监测系统的重中之重。 GPRS 网络是基于 GSM 网络的一种无线数据传输技术,其覆盖面广,无需架设有线线 路,基于 GPRS 网络的 GPRS RTU 便于远距离传输数据,特别适合大型矿区在煤矿监测系 统中应用。 工作原理 (1)工作原理 GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称,是一种基于 GSM 系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线 IP 连接。它采用分组交换技 术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以由多个用户共享,有效地利 用了信道资源。GPRS 网络的技术核心是在 GSM 网络中利用无线数传终端 DTU 实现数 据传输的,技术优势主要体现在可实现用户数据与无线网络资源的最佳结合,实现了 TCP /IP 协议的透明传送。 (2)主要特点 1)传输速率高,最高可达到 171 kbit/s,目前可以支持加 40kbit/s 左右的速率; 2)永远在线,只要激活 GPRS 应用后,将永远保持在线而不掉线,类似于一种无线的 专线网络; 3)以流量收费,在没有通信流量时是不会计费,计费方式科学合理; 4)基于 TCP/IP 协议可以访问整个 Internet。 5)快速登陆,无需进行长时间的拨号来建立网络连接。 监测系统总体方案 (1)主要组成 监测系统的总体方案如图所示。系统由井下、井上两部分组成,并下部分由安装在各 个作业点现场的传感器、CAN 数据总线以及数据采集(CM550)主站组成;井上部分由 GPRS 无线数传终端、GPRS 网络、移动终端和由 RTU 构成的远程监控中心等组成。 其中 GPRS 无线数传模块采用 GPRS DTU (CM550) (2)井下数据的采集与传输 本设计采用 CAN 总线方式进行数据传输,CAN(Control—ler Area Network)即控 制器局域网。它可提供高达 1Mbit/s 的数据传输速率,当信号传输距离达到 10kin 时, 仍可提供高达 50kbit/s 的数据传输速率。CAN 总线采用差分信号进行传输,具有远距 离抗干扰通讯能力,与其它现场总线比较是最容易实现、价格最为低廉的一种,但其性能 并不比其它现场总线差。其主要特点为低成本,有极高的总线利用率;有很远的数据传输 距离,高速的数据传输速率(高达 lMbit/s),可靠的错误处理和检错机制及发送的信息遭 到破坏后,可自动重发,节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能。 本系统中的每一个数据采集点都是由多个传感器、单片机、CAN 控制器、光电隔离器 和总线驱动器组成。每一个采集点为一个数据采集节点,也就是 CAN 总线网络中的一个节 点,该节点将现场采集到的甲烷气体浓度、煤尘浓度、温度等信息通过 CAN 总线传输到位 于井口的数据采集总站,如图所示。在一个矿井中可能有多个地方需要安装传感器,也就是 有多个节点。这些节点都连接到 CAN 总线上,然后将数据传输到井口的数据采集总站上。 对于多个矿井,则有多个主站,在图 l 中只表示出了一个主站。 (3)数据的无线远程传输 本方案采用 GPRS 网络的方式进行远程的无线传输。主要由数据采集总站计 算机 、 GPRS 无 线 数 传 模 块 、 通 信 网 络 ( 包 括 GPILS 网 络 和 公 共 数 据 网 ) 以 及 监 控 中 心 组 成 。 GPRS RTU 通过串口与数据采集总站的计算机连接,然后将要传输的数据进行分组,并发 送到 GPRS 网络中。 GPRS 网络把数据传输到移动公司的内部网(CMNET)中,每个 GPRS 终端连上 GPRS 网络时,即分配到一个 GPRS 网络内部 IP 地址,接着通过 GPRS 网关节 点 (GGSN) 把 端 口 映 射 到 Internet , 从 而 将 数 据 传 输 到 Internet 上 , 并 且 去 寻 找 在 Internet 上的一个指定中心服务器,中心服务器通过数据接收软件将数据接收,数据接收 后可以转发到企业内部网络的指定数据处理服务器上。整个数据传输过程是基于 TCP/IP 协议进行,可构成“中心服务器一多个用户终端”的组网模式。 其中数据采集模块采用 CAN 型数据采集卡 CM550 (4)监控中心 系统的远程监控中心由监控软件和数据库软件构成,连接远程测控终端 RTU。监控中心的 服务器本身具有固定的 IP 地址,并以此 IP 地址接入 Internet。监控中心的服务器从绑 定的 IP 地址上可以接收每个 GPRS 通信模块发送来的数据,并将这些数据传给监控软件 进行分析和处理,并通过图、表或其他形式进行显示,同时将这些数据及其处理结果保存 在数据库中,以方便管理人员可对数据进行管理和查询。监控软件显示界面如下: 系统功能特点 基于 GPRS RTU 的矿井远程监控系统可同时对多个分散矿井进行监测。并可最大程 度地保证数据采集的及时性、准确性和数据传输的可靠性。本系统建设周期短,建设成本 、 维护成本和使用成本低,且具有移动办公的优势,既可以在公司的监控中心查看,也可通 过移动电脑查看,还可以在外地通过访问中心服务器来查看,重要信息还能直接用短信的 方式发送到相关人员的手机上,因而具有广阔的应用前景。

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