一種新型煤炭產量監測系統的設計

摘要：為了能夠有效監測煤炭生產企業的煤炭產量，依據煤炭產量遠程監測系統的需求，設計出基于C/S和B/S混合結構的軟件架構。結合煤炭產量遠程監控系統的功能需求，劃分出具體的功能模塊并設計完成了符合煤炭行業標準《MT1082-2008煤炭產量遠程監測系統通用技術要求》和《MT1080-2008煤炭產量遠程監測系統使用與管理規范》的新型煤炭產量監測主站和電子皮帶秤。系統可實現對出煤井口皮帶輸煤量的計量、統計、上報與監管等功能，能夠從源頭上防止了瞞報產量數據的違規行為，有利于上級煤管部門對各煤礦企業監督管理。

關鍵詞：煤炭產量；監測系統；電子皮帶秤；主站；控制器局域網

中圖分類號：TP274.4文獻標志碼：A

[WT]文章編號：1672-1098（2012）04-0010-04

項目基金：國家自然科學基金資助項目（61170060）；安徽省高校省級自然科學研究重點項目（KJ2012A077）；高等學校博士學科點專項科研基金資助項目（200802900008）

作者簡介：陳輝（1973-），男，安徽廬江人，副教授，博士，從事計算機監控與通信、嵌入式系統、礦井電磁兼容等方面的教學與研究工作。

煤炭是我國的主要能源，在我國的能源需求結構中占主導地位。煤炭生產的安全問題是我國采煤業幾十年發展過程中長期伴隨的問題。許多煤炭生產企業只顧追求企業利益，不遵守國家相關的法律法規、行業規定以及操作規程，不顧井下工人的安危，偷采、盜采、超能力生產現象嚴重，將安全生產的觀念拋在腦后，從而導致了許多煤礦事故的發生[1]。煤礦產量的信息采集是我國的工礦企業和各級政府的一項重要工作，而我國比較傳統的信息采集方式是通過手工報表、電話報表或發送E-mail等方式。即使是煤炭產量計量系統也只是純粹的計量煤炭產量，僅僅是為企業服務，不具備監督和控制功能，很難保證其數據的真實性。產量計量不準確，稅務部門就很難掌握其真實生產情況。為了有效監測煤炭產量，保證我國煤礦企業的生產安全和國家稅收，科學開發、利用和保護煤炭資源，促進煤炭工業的可持續發展，煤炭產量監測系統便應運而生[2]。

1煤炭產量監測系統總體設計

本設計要求能夠解決各個煤礦企業產量精確計量和數據匯總統計的問題，具有產量數據測量精度高、數據傳輸率高、數據傳輸誤碼率低、傳輸距離遠、施工簡便、軟件操作簡單和數據庫表內容統一等特點。系統的整體設計方案可劃分為硬件系統設計和軟件系統設計，系統結構圖如圖1所示。

硬件系統主要包括工控PC機、普通PC機、打印機、局域網服務器、電子皮帶秤、礦用電能表、礦用攝像儀、CAN轉RS232網關、光端機、本安電源、礦用隔爆兼本安型中繼器、礦用一般兼本安型安全柵、避雷器等。井下有兩個數據來源：一路是CAN總線網絡中設備的數據，主要是各個井口的電能表和電子皮帶秤數據，井下的CAN總線電纜通過井口處和室外兩個避雷器串聯到礦用一般兼本安型安全柵（用以將井下的本安信號與地面的非本安信號隔離開）中，再通過一個CAN轉RS232網關，將CAN協議的報文轉換為RS232協議的報文，最后通過串行接口與工控PC機相連；另外一路是井下的攝像儀視頻數據，考慮到視頻數據需要帶寬大，所以在井下采用光纖網絡傳輸，但攝像儀是電信號，這就需要在攝像儀和光纖網絡之間增加一個光端機，將電信號轉換成光信號，在到達地面控制室后，再使用一個光端機，將光信號轉換為電信號，連接到工控PC機的視頻采集卡，從而實現把視頻信號傳輸至工控PC機。在以上兩種數據中，CAN總線采用的是總線型網絡拓撲結構，而光纖網絡采用的是星型網絡拓撲結構。

軟件部分可分為主站端軟件和管理中心端軟件，兩套軟件運行于不同的平臺之上，通過內部局域網將兩個平臺互聯，使用TCP/IP協議實現報文的通信。主站端軟件完成產量監測的主要工作，管理中心端軟件的主要作用是上級主管單位提供可視化界面，實時了解各生產企業的生產情況。本文重點介紹主站端軟件的設計開發。

2煤炭產量監測主站設計

煤炭產量監測主站軟件分為三個模塊：主線程模塊、公共區模塊和數據采集模塊。主線程模塊包括登錄、初始化引導配置、用戶管理、查詢、打印、報表、柱狀圖、設備管理和報警等模塊；公共區模塊包括全礦信息結構體、數據庫和設備信息鏈表等內容；數據采集模塊包括采集配置、數據采集、數據處理、時產量入庫和異常信息入庫等內容[3]。

主站軟件主線程模塊中各功能模塊劃分為（1）登錄模塊：訪問數據庫查詢登錄信息是否正確，用戶是否有權限訪問系統；（2）初始化引導配置模塊：初始化全礦信息結構體和設備信息鏈表，并將設備信息存入數據庫；（3）用戶管理模塊：對數據庫中的用戶表操作，完成用戶信息的添加、刪除和修改等功能；（4）查詢、報表、打印、柱狀圖模塊：到數據庫取出用戶所需數據并顯示或者打印相關信息；（5）設備管理模塊：與數據庫中設備信息和設備信息鏈表交互信息；（6）報警模塊：接收數據采集線程的報警消息彈出窗口并播放報警聲音；（7）采集配置模塊：由設備信息鏈表配置采集信息；（8）數據采集模塊：分為兩個模塊，一是根據采集配置對電子皮帶秤和電能表設備進行數據采集，第二個是對視頻設備數據采集；（9）數據處理模塊：對采集到的報文進行數據處理，獲得有用信息，同時將產量和異常信息存入數據庫，在需要主線程異常報警情況下，發送消息通知主線程報警。

3電子皮帶秤的設計

電子皮帶秤是能夠檢測皮帶輸煤機上輸送煤流累計重量的動態計量裝置。當原煤在稱重傳感器上通過時，原煤的重量通過皮帶與稱重托輥作用于波紋管式稱重傳感器上，測量出單位重量信號，同時經交流接觸器常開觸點產生皮帶的開停信號，并將兩個信號輸入電子皮帶秤中加以運算而得到瞬時輸煤量。對瞬時輸煤量進行積分累計，獲得累計輸煤量。再經CAN總線電纜、避雷器、CAN總線與RS232數據轉換接口送到地面工控機的主站端軟件中。在電子皮帶秤的LCD顯示器上可實時監測瞬時輸煤量、累計輸煤量、皮帶速度和皮帶秤的當前工作狀況等信息，采集信息可存儲匯總，并隨時查詢日、月、年及總累計量。電子皮帶秤通過檢測相關信號，由式（1）～（3）進行運算得到皮帶輸送機上的煤流重量。

電子皮帶秤硬件系統設計采用微處理器dsPIC30F6014a作為核心芯片，其最小系統主要由晶振電路、復位電路、供電電路和編程電路組成。電子皮帶秤通信采用CAN總線方式，具有數據傳輸靈活方便、可靠性高等特點。

4電子皮帶秤的測試與檢驗

系統的測試在實驗室進行，受測試條件限制，本測試限于兩臺電子皮帶秤與移動PC通信測試，測試環境如圖2所示。兩臺電子皮帶秤掛接在CAN總線上，CAN總線與移動PC之間經過了CAN轉RS232和RS232轉USB兩個網關，最終通過USB接口連接電腦。

為單獨測試電子皮帶秤與電腦之間的通信，使用VB6.0開發了一個電子皮帶秤CAN通信測試軟件[4-5]，其界面如圖3所示。在測試時，將電子皮帶秤地址設置為1，在電子皮帶秤CAN通信測試軟件中將所要采集的電子皮帶秤地址寫為1，按下采集數據的按鈕，軟件發送采集指令“01H02H00H00H00H00H00H03H”。皮帶秤接收到采集指令后返回一條91個字節的報文，報文中的流量、累計量和皮帶速度等數據在軟件左側顯示，報文全文在軟件右側顯示。

本次測試進行了30min，共采集了50組數據，即移動PC向電子皮帶秤發送了50次采集指令，共400個字節，25次對地址為1的電子皮帶秤發送，另25次對地址為2的電子皮帶秤發送，兩臺電子皮帶秤接收到采集指令后分別向移動PC返回了25條數據，共4550個字節。兩臺電子皮帶秤接收到全部的50條指令，無誤碼；移動PC接收到了全部50條返回數據，無誤碼。測試結果表明系統工作可靠。

5結論

煤炭產量監測系統是一個較為復雜的系統，需要符合相關的技術需求，本文綜合運用了計算機技術、電子技術和CAN總線技術，設計了一種新型的符合《MT1082-2008煤炭產量遠程監測系統通用技術要求》的穩定性高、兼容性強、數據傳輸率高、傳輸距離遠、成本低、操作簡便的煤炭產量監測系統。該系統可廣泛應用于我國的各煤礦生產企業，防止企業超能力生產和保障國家稅收。

參考文獻：

[1]孫繼平.煤礦安全生產理念研究[J].煤炭學報，2011，36（2）：313-316.

[2]孫繼平.煤炭產量遠程監測方法[J].煤礦安全，2009（S1）：113-115.

[3]孫繼平.中華人民共和國煤炭行業標準MT1082-2008：煤炭產量遠程監測系統通用技術要求[S].北京：煤炭工業出版社，2009：8-90.

[4]趙建周，韓慶妙.用VisualBasic實現PC機與單片機之間的串行通信[J].安陽大學學報，2003（1）：38-40.

[5]李朝青.PC機及單片機數據通信技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000：10-200.