煤矿安全信息远程监测系统的研究与应用

文章编号:1008-0570(2010)09-3-0056-02

《微计算机信息》(管控一体化)2010年第26卷第9-3期

煤矿安全信息远程监测系统的研究与应用

CoalMineSafetyInformationSystemofRemoteMonitoringandApplication

(西安科技大学)

郭秀才赵静王洋

GUOXiu-caiZHAOJingWANGYang

摘要:针对目前煤矿监控系统联网问题及煤炭企业自身管理的需要,采用基于TCP协议的Socket通信机制,实时数据引擎的

设计,开发出一套基于WEB的煤矿远程瓦斯监测系统,实现了实时监测数据、报警、查询、图形组态等功能,为工作人员进行决策调度提供及时有力的依据。

关键词:瓦斯;实时监测;Socket通信;实时数据引擎中图分类号:TD76文献标识码:B

技术创新

Abstract:Thisarticlediscussesthedevelopmentofmonitoringsystemaboutthesecuritysituationincoalproductionandcoalmining.Inordertosolvetheproblemofcoalminemonitoringsystemsandself-managementofcoalenterprises,AdopttheSocketcommuni-cationmechanismbasedonTCPprotocol,designtheReal-timemonitoringanddevelopmentofaWEB-basedremotecoalminegasmonitoringsystem.Thesystemhasrealizedreal-timemonitoringdata,alarm,queries,graphicalconfiguration,andotherfunctions,tomakedecisionsforstaffprovidetimelyandpowerfulscheduling.Keyword:Gas;Remote-Monitoring;Real-timemonitoring;Real-timedataengine

引言

瓦斯爆炸,它是煤矿特有的后果极其严重的一种灾害,这种灾害发生时,不仅能造成人员伤亡,而且会严重摧毁井下设施,中断生产。有时还会引起煤尘爆炸和井下火灾,从而加重了灾害,使生产难以短期内恢复,给国家的经济也造成了极大的损失。

随现代通讯技术的迅猛发展及计算机网络技术的发展进步,基于WEB实现工业监测监控系统已经成为可能。文章研究的就是从我国煤矿瓦斯监测系统的现状和煤矿瓦斯灾害的实际出发,在说明用现代高新技术改造传统煤矿监测系统必要性的同时,论述用WEB技术建立起远程的煤矿瓦斯监测系统的

该系统的研制成功,可将其已有的各煤矿监控系统接入可行性。

互联网,能够实现“从煤矿到矿务局、全市、全省乃至全国”的远程实时监测系统,将其所属煤矿的所有矿井的瓦斯浓度等安全信息通过Internet发布到内部网页上,为管理人员提供决策参考依据,满足了煤炭企业对瓦斯情况实行全面、实时、长期检测和管理的要求。同时,该系统将极大的改善监控网络化程度,以便使管理人员及时地掌握现场数据,并能提高监测瓦斯数据的准确性和可靠性,为矿井的安全生产提供了保障,具有重要的社会意义。

1系统设计

1.1系统总体框架

煤矿安全信息远程监测系统是以Web作为通信平台的监控系统,以控制网络Infranet、企业内部网络Intranet和外部互联网络Internet为信息传输媒介。整个系统由Web服务器、数据库服务器、实时数据引擎服务器、监控主机、监控分站组成。系统结构如图1所示。

郭秀才:研究生导师硕士

-56-360元/年邮局订阅号：82-946图1系统结构图

整个系统是把实时数据库引擎和煤矿监测监控系统集成起来,来进行采集、处理和存储现场监测到的信息,并把监测到

统计、分析,以便为客户模块提供信息和服务;得信息进行查询、

监控分站负责采集各个测点的数据,并经过汇总、预处理经由通信接口传送到监控主机;通过实时数据库和历史数据库分别存储各监测点的实时数据和历史数据,同时利用系统实时数据引擎特有的断点续传功能,实现由于网络中断造成的历史数据断点的自动补充,从而保证了数据传输的实时性、完整性和正确性。

1.2系统数据流向

数据流图如图2所示,在远程实时监测系统中,数据采集端和数据监测端都是通过网络和服务器相连,它们之间的通信,包括实时数据、统计分析数据等的传输都是通过网络来进行的。监控主机抛出的两个文件sbwj.txt和sssj.txt是系统的数据源,

《现场总线技术应用200例》

您的论文得到两院院士关注信息安全

实时数据引擎Fwqsssjyq.exe内置在远程WEB服务器上,是远程WEB服务器与本地监控主机服务器之间数据通信的基础。

系统选用的是文本文件方式作为监测系统接入标准。监控主机数据采集系统将采集到的生产现场有关甲烷浓度等井下实时信息进行汇总、预处理,生成两个文本文件即设备文件sb－wj.txt和数据文件sssj.txt,然后将监测数据通过监控主机存储到本地MDB数据库,同时,监测联网接口程序和专用数据上传程序通过标准的通信协议将实时监测文件传送给数据引擎服务器。数据引擎读取.txt文件后,向共享内存区域写实时数据的同时,又将实时数据存储在SQLServer数据库中。内存中的实时数据可通过WEB服务器的COM组件在浏览器WEB界面不间断显示,用户也可通过浏览器查询SQLServer数据库中存储的历史数据。

监控系统定时向交换文件更新数据。数据传输过程中采用共享内存机制,对于经常变化的实时数据,为保证最快的响应速度,将它们放置在内存中。

图3实时数据引擎界面图

图2数据流图

技术创新

图4数据传输程序框架图

2实时数据引擎的设计

实时引擎设计的目的是用来完成井下瓦斯等安全生产相关数据的汇集、处理及存储。实时数据引擎是通过TCP/IP网络和标准的实时数据通信接口与监控主机、数据库服务器、WEB服务器来进行实时数据的通信,从而为WEB服务提供统一的实时数据平台,并为其他应用服务提供统一和有效的数据支持。

实时数据引擎由监控主机伴侣和远程监测数据引擎组成,监控主机伴侣软件用来采集监控主机的实时监测数据,将实时监测数据以Socket或FTP方式上传到安全信息系统服务器,同时对其中相关信息进行处理后存储在本地数据库;实时数据引

存擎对上传至安全信息系统服务器的实时监测数据进行采集、

储、处理,最后通过WEB页面发布;数据引擎还实时检测历史数据的完整性;数据引擎利用特有的断点续传功能,实现因网络中断造成的历史数据断点的自动补充,从而保证了数据传输的实时性、完整性和正确性。通过实时数据引擎的级连功能为远程二级、三级WEB服务器提供数据源,实现矿、局、市、省联网运行。实时数据引擎设计界面如图3。

4系统实现的主要功能

一(1)系统监控模块:主要完成井下各个测点的瓦斯浓度、

氧化碳浓度以及各测点处的风速、温度、风机、开停、负压等的检测和对井下执行器等的控制以及对数据的实时更新。

(2)图形组态模块:用户在组态过程中需要和实时数据对象建立连接,系统将用户在开发环境下定义的图形组态与服务器端数据库中的数据对象联系起来,生成能反映工业现场工作情况的动画效果,并能实时显示现场测点的监测情况。

设备布置等(3)实时动态图形显示模块:在具有巷道说明、

背景图上,系统将实时监测到的开关量状态,用相应的图样在相应的位置模拟显示,将实时监测到的模拟量数值在相应位置显示,同时用不同颜色标注报警、断电及馈电异常等状态。

(4)模拟量历史曲线模块:模拟量历史曲线模块将模拟量的监测值和统计值随时间变化的状况用带坐标的曲线直观地显示出来。

3数据传输

监控主机伴侣读取实时监测数据文件后,根据用户的设置以FTP或Socket方式向远程服务器进行实时数据的传输,同时将数据存入本地数据库。远程服务器上的远程监测数据引擎接受到实时数据后,将数据提供给实时数据库,即存入实时监测数据交换区域中,同时将数据自动存储在服务器监测数据库中。数据传输成的框架如图4所示。《PLC技术应用200例》

5结束语

“煤矿安全信息远程监测系统”集数据采集、实时传送、显示、报警、管理等功能于一体,具有操作简单、成本低廉、性能优异、安全可靠等优点,本系统的功能可极大地提高煤矿安全信息的管理效率,适用于各类瓦斯矿井,可降低管理人员的工作量,减少煤矿安全事故的发生。经测试,系统运行正常,较好地实现了各项设计目标,现已成功的应用于陕西省某煤矿。

(下转第50页)邮局订阅号：82-946360元/年-57-

信息安全

高}在模拟入侵行为出现时,代理主机通过本地的云决策器作出入侵评估,传到数据融合中心的评估分别为:(0,0.1,0.15,0.15,0.6),

得到关(0.1,0,0.2,0.5,0.2),(0.1,0.1,0,0.3,0.5),(0.1,0.15,0.1,0.3,0.35)。

系矩阵:?00.10.150.150.6?

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0.200.1

0.50.30.3

0.2??0.5?

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《微计算机信息》(管控一体化)2010年第26卷第9-3期

[6]尚翔,分布式架构下的新型入侵检测系统研究,微计算机信息2008.24,12-3;72-76

作者简介:刘,男,(1987-),男,硕士研究生,主要研究方向为入侵检测;巩青歌(1967-),女,副教授,主要研究领域为网络安全.Biography:LIUWen-giang(1987-),Man,AnHuiProvince,Work-ingcompany(EngineeringCollegeofAPF),Title,Major,Intrusiondetection.(710086西安工程学院通信工程系)刘巩青歌

(DepartmentofCommunicationEngineering,EngineeringCol-legeofAPF,Xi’an710086,China)LIUWen-QiangGONGQing-ge

通讯地址:(710086西安工程学院通信工程系)刘

(收稿日期:2009.11.27)(修稿日期:2010.02.27)

假定对代理主机的权重分配确定为:{0.45,0.25,0.2,0.1}论域U为:0.10.150.150.6??0

?0.10?0.450.250.20.1?*?

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0.200.1

0.50.30.3

0.2??0.5?

?0.35?

技术创新

结果为{0.055,0.08,0.1275,0.215,0.455}由上面的结果可以看出“的比重最大,因此向用,可能性高”

户报警显示可能被入侵,同时向各个代理主机发出全局预警,调整规则和熵值。这时当其中某个代理主机再次受到相似入侵行为时,本地的云决策器会再次作出入侵评估,向数据融合中心发送评估,如(0,0.1,0.1,0.1,0.7)、(0,0.1,0.2,0.1,0.5)、(0,0.2,0.1,0.3,0.4)、(0,0.1,0.2,0.3,0.4)。再次计算论域u得

?00.10.10.10.7??00.10.20.10.5?

??0.450.250.20.1?*?

?00.20.10.30.4????00.10.20.30.4?

“可能性高”的比例得结果为(0,0.12,0.135,0.16,0.56),明显的

到了提高,最后向用户报警明确显示系统被入侵。

图3

4结束语

针对对云模型的研究,将其理论和技术运用到分布式入侵检测系统中,实验表明对于提高分布式入侵检测系统对复杂网络环境下的协同入侵起着很好的检测效果。

本文作者创新观点:目前,随着网络的发展,入侵检测作为网络安全的一部分,越来越受到人们关注。同时入侵也不仅仅是单一的方法,一次入侵可能用几天或者几个月的时间的进行突破。参考文献中提到用云模型进行入侵检测,但只是作为单一的主机入侵检测系统,本文将其扩展到分布式系统中,不仅每个代理主机使用云模型,而且整个分布式系统又采用大的云模型。其次,采用反馈的方法,调整熵值,提高了对复杂网络环境下的协同入侵的检测。参考文献

[1]TimBass.Multisensordatafusionfornextgenerationdistribute－dintrusiondetectionsystems[C].1999IRISNationalSymposiumonSensorandDataFusion,TheJohnsHopkinsUniversityAppliedPhysicsLaboratory,1999.24-27.

-50-360元/年邮局订阅号：82-946(上接第57页)本系统的创新点:采用了FTP和Socket两种方式传输方式,避免了FTP方式不能安全可靠传输的弊端;实时引擎设计用来实现网络中断造成的历史数据断点的自动补充。参考文献

[1]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程.北京:煤炭工业出版社,2001

[2]杨世兴,郭秀才.监测监控系统原理与实用设计[M].北京:中国电力社,2007.9

[3]张士超,仪垂杰等.一种分布式监控系统的设计与实现[J].微计算机信息,2007,3-1:98-100

[4]费永新.基于WEB技术的信息集成监控网络系统研究与实践[D].同济大学,2006

[5]郭秀才,罗晓光.基于实时数据库的煤矿安全信息远程监测系统[J].工矿自动化,2009(08)

[6]L.Gerard,R.Nicolas.Real-timeCommunicationoverBroadcastNetworks:TheCSMA/DCRandTheCSMA/LDCR.INRIAReport,2001:184~205

[7]殷晓波.基于.NET技术的数据库技术与应用[D].安徽理工大学,2005

[8]郑得存.煤矿安全生产监测监控系统设计[J].河北煤炭,2006,(01).

[9]王静,曲凤娟.基于Socket的多用户并发通信的设计[J].福建电脑,2007(3).

作者简介:郭秀才(1963-)男,湖北,工学萧硕袁矿业硕范学校士研究生导师,现主要从事自动化、测控技术专业的教学与科研工作;赵静(1982.8-),女(汉族),陕西西安人,硕士研究生,西安科技大学计算机学院,研究方向为计算机监测与控制。

Biography:GUOXiu-cai(1963-),male(ShanXiProvince),Mas-terInstructor,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,mainlyengagedinautomation,measurementandcontroltechnology,pro-fessionalteachingandresearchwork.(7100西安西安科技大学电气与控制工程学院)郭秀才王洋(7100西安西安科技大学计算机学院)赵静

通讯地址:(710003陕西省西安市莲湖区西北一路88号老干楼)

胡仪生转赵静

(收稿日期:2009.10.05)(修稿日期:2009.12.25)

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