煤矿安全监测系统联网平台方案.doc
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煤矿安全监测系统联网平台
设
计
方
案
杭州创联电子技术有限公司
2010年7月
1、概述
瓦斯事故是我国当前煤矿生产的主要灾害，而装备矿井安全监测监控装置又是防止瓦斯事故最重要的现代化手段之一。
然而近年来重、特大瓦斯爆炸事故却多次发生在装备有矿井安全监测监控系统的国有重点煤矿中，究其原因是多方面的，但与监测系统的使用、管理、技术等有密切关系，如系统的集成度低。
由于各种系统建于不同时期，使用不同的技术，各系统无法有效的集成，使安全生产监测监控信息不能很好的整合、利用，安全生产信息及时、准确的传送到各级相关人员手中缺乏有效的手段。
随着计算机和网络技术的日臻完善和飞速发展，基于Internet和Intranet网络技术的以远程煤矿安全实时监测监控为主，集安全信息采集、采掘位置动态跟踪、隐患警告、事故报警、安全监管、安全调度等功能为一体的计算机信息网络系统，能够将现有不同时期、不同种类、不同技术的安全生产监测监控系统和新建的系统整合在统一的平台上，使从企业的生产环节到政府的监督管理机构都能及时得到安全生产的信息，协助将安全生产监督管理工作落到实处。
本公司研发的煤矿安全监测系统联网平台，它拥有强大的用户管理功能、网络数据实时传送良好的兼容性、方便的可扩展性等众多优点。
2、设计原则、设计标准
2.1灵活性和兼容性原则
方案设计充分考虑到系统升级扩容的灵活性和兼容性。
系统是开放式、分布式的系统，使得在不改变原有设备的情况下，能方便的升级、扩容，确保系统的科学合理和先进性。
2.2可靠性原则
矿井终端上传软件采用了主动上传的方式，当网络发生故障或其他原因导致数据不能上传时，系统会将数据保存下来，网络恢复时继续上传。
某一矿井终端软件出现故障对整个系统不会产生任何影响。
2.3易操作和易维护性原则
本系统采用B/S架构设计，各模块之间相对独立，便于日后的维护与功能扩展。
矿井终端上传软件双击打开，无需任何操作，为全自动工作方式。
局端应用软件采用了易操作的人机界面，用户可在短时间内学会系统的使用。
实时性原则
实时显示各矿端监测设备的当前状态或数据，可分类显示或全部显示。
在数据库服器中建立历史数据库，便于统计与分析，为领导决策提供依据。
安全性原则
充分考虑系统和数据的安全性。
系统具有较强的权限、加密等机制、完善全面的事件日志、数据备份功能。
设计依据、规范及标准
《煤矿安全监控系统检测仪器使用管理规范》（AQ1029-2007）
《煤矿安全监控系统通用技术要求》（AQ6201-2006）
《煤炭安全生产监控系统软件通用技术要求》MT/T1008-2006
《中华人民共和国公共安全行业标准》GA/T70-94
《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94
《工业企业通信设计规范》GBJ42-81
《建筑电气安装工程质量检验评定标准》GBJ303-88
《中国电器装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-82
《工业自动化仪表工程施工及验收规范》FBJ93-86
《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-90、92
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92、GA/T74-94
用户需求
设计规范化、数据标准化、功能全面化、系统开放性和广泛适用性
产品架构科学、设计合理、技术先进、功能强大、稳定可靠
实时性：
能实时传输、处理、存储和显示信息，并根据要求实时控制，能周期循环运行而不中断
B/S架构，便于管理操作
权限管理，分级别分用户浏览，各级监管部门和矿井相对独立、权限架构清晰、配置合理
系统容量大，可满足不低于50对矿井的联网需求
可将各种不同型号的监控系统数据按照统一的数据标准进行处理，实现数据的标准化
采用实时数据集中处理技术，所有矿井实时数据在一个页面上集中、连续、滚动显示
可以对各矿井和各监管部门进行任意分级、分区或者分类管理和统计查询
具有颜色、语音、文本信息、手机短信等多种报警方式，用户可根据需要设置报警类型、报警级别和报警对象范围
具有历史数据查询，历史告警查询功能，，对超限状态、时长可分时段进行查询统计
具有分时段曲线，柱状图查询功能
具有日报，月报等数据报表
软件可定时自动备份
系统组成
煤矿安全监测系统联网平台由网络通信平台、虚拟专用网（VPN）系统、矿井端的上传软件、局端的接收软件、数据库服务器、WEB服务器以及双机热备软件组成。
煤矿安全监测系统联网平台是一套完全基于IP网络，采用Browser/Server系统结构设计的联网平台系统，代表了目前国内远程监控系统的先进水平。
以下是系统的网络拓朴结构图：
网络通信平台
目前Internet的接入方式很多，但从现有各ISP为用户提供IP地址的方式来看，主要分为两类，即静态的公有或私有IP地址和动态的公有IP地址。
考虑到全国各地ISP所能提供的INTERNET接入手段和相关费用等因素，系统采用在煤层气总部采用获取静态公网IP的宽带接入方式和其他均采用动态获取公网地址的ADSL接入方式和静态获取私网IP地址的宽带接入方式。
虚拟专用网（VPN）系统
VPN是利用公网来构建专用网络，它是通过特殊设计的硬件和软件直接通过共享的IP网所建立的隧道来完成的。
现有两种类型的隧道协议，一种是二层隧道协议，用于传输二层网络协议，另一种是三层隧道协议，用于传输三层网络协议，本系统采用三层隧道协议。
它具有以下的特点：
满足大量数据集中处理的性能要求：
由于采用了基于高性能的RISC技术，具有高吞吐量、快速响应的特点。
基于硬件的STAC/HiFn压缩和DES加密最大程度地提高了数据吞吐量，同时不会影响路由性能。
企业级防火墙：
通过对信息包内容和会话状态进行检测，它可以提供有效的方式对专用网络进行保护。
还可以保护免受大范围的拒绝服务（DOS）式攻击如：
死亡之ping、SYN/FIN泛滥、Smurf攻击、端口扫描、FRAG攻击和IP欺骗等。
虚拟路由冗余协议（VRRP）：
作为一个Internet协议标准，VRRP在严格任务环境中提供了自动的路由器备份。
多个VPN路由器共享一个虚拟IP地址用作一个缺省的LAN网关。
如果主路由器发生故障，虚拟IP地址将被另一个路由器很好地认定。
LAN服务可以继续配置（例如使用DHCP）为一个单独的缺省网关地址。
支持IPSec和ISAKMP，用于保护VPN操作：
IPsec在公共数据网络中使用硬件加密为远程用户创建安全虚拟专用网络（VPN），允许使用低成本的Internet链接，替代用于分支办公室、移动用户和远程用户昂贵的专线连接。
AR745符合IETFIPsec和ISAKMP标准。
IPsec使用加密技术确保用户数据在公共网络（如Internet）上的机密性、集成性和一致性。
内置的DES和3DES选件卡（EMAC）提供对用户数据的硬件级高速加密，路由性能不受任何影响。
基于硬件的数据加密和压缩：
可以用最新的加密算法为有安全需要的应用提供完整的加密，确保数据在外网传输的完整性和私密性。
硬件加密速度大概是使用软件算法的十倍！
是因为通过专用的加密处理器而不是通过路由器中央处理器的功能。
密钥管理：
由于所有的外网数据都要流经路由器，所以路由器是一个提供硬件数据加密的理想位置，另外，将复杂的密钥管理过程整合到路由器管理系统内，可以降低实施加密网络的成本。
矿井端的上传软件
矿井端的上传软件负责将各个矿上瓦斯系统所导出的数据准确、可靠、及时的上传给局端的接收软件。
它具有如下特点：
网络优化：
矿井端的上传客户端只有定时给远程中心数据库服务器传入数据，在没有客户访问时不向网络发送数据，减少了网络数据的流量及拥堵，是一种真正意义是的分布式网络构架系统，具有较高的科学性。
故障诊断：
可实时监测及记录在文件上传过程中的各种通讯、网络故障。
故障恢复：
一旦由于网络线路问题而客户端无法上传到远程中心数据库服务器时，也不影响系统本地的运行，当线路连通后，系统可以把未上传的数据重新上传。
局端的接收软件
基于SOAP协议的局端接收软件，能可靠、实时、准确的接收来自各个客户端的数据，并将接收到的数据保存至数据库服务器。
SOAP协议的优点：
SOAP由MS和IBM共同制定用于规范WEB服务标准，用于实现异构程序与平台间的数据交换。
SOAP的主要设计目标是开放性、简单性和可扩展性。
SOAP以XML形式提供了一个简单、轻量的用于在分散或分布环境中交换结构化和类型信息的机制。
它是基于XML的协议，包括三个部分：
封套（envelope）定义了消息内容和处理的框架、一套编码规则用来表达应用定义数据类型的实例以及表达远程过程调用和响应的协定。
数据库服务器
采用高性能的服务器，安装SQLSERVER大型数据库管理系统保存局端的接收软件收到的实时安全监测数据，同时采用磁盘阵列技术实时备份数据库信息，保证了数据的安全性。
本方案中使用SQLSEVER2008，其具备如下新的特点：
可信任的——使得公司可以以很高的安全性、可靠性和可扩展性来运行他们最关键任务的应用程序。
高效的——使得公司可以降低开发和管理他们的数据基础设施的时间和成本。
智能的——提供了一个全面的平台，可以在你的用户需要的时候给他发送观察和信息。
WEB服务器
WEB服务器装备了强壮的优化服务器硬件，基于windows操作系统，并支持最新的Internet与安全标准，支持动态主机的、高访问量及运行三层网络应用程序。
双机热备软件RoseHAforWindows
双机热备软件的功能特点：
容错方式：
硬件，分区共享。
工作方式：
支持共享磁盘阵列
工作模式：
主从,双工
支持数据库：
与数据库无关.监控方式:
串口线,网线.
支持平台：
Windows,Linux,SCOUnix,Solaris
其它性能：
增加了日志部分的内容信息，增强了资源的修改编辑功能，增加了对Team类型网卡的支持，增加了共享盘盘符被占用的报警机制。
手册针对相关功能进行了修改和补充，增加了对磁盘阵列的硬件锁功能的支持。
增加了对Switch或HUB断电的适应能力增强了对FileShare资源可用共享资源的处理.其它管理界面各个方面操作及显示上的修改完善。
增加了RoseHA界面中将各种配置信息保存到文本文件的功能。
硬件环境说明
服务器IBMSystemx3650M2（7947I25）
1.处理器类型XeonE5530
处理器描述标配1个XeonE5530处理器
处理器数量2
处理器主频（MHz）2400
产品类别机架式
结构2U
制程工艺45
CPU核心四核（Gainestown）
2.主板规格
主板扩展插槽4个PCI-Express（4x8）第二代插槽2x8全长、全高1x8半长、全高1x8小型4x8通过可选的扩展卡可转换为2x16另外,通过可选的扩展卡可提供2个PCI-X
前端总线800MHz
3.内存类型DDRIII
内存描述2*2GBDDR3RDIMM内存
标准内存容量4GB
最大内存容量128GB
4.存储设备
硬盘类型SAS
最大容量3.6TB
硬盘容量146GB*2
内部硬盘架数最多12个2.5英寸热插拔SAS硬盘驱动器
最大热插拔硬盘数支持热插拔
磁盘阵列卡ServerRAIDMR10i
光盘驱动器CDRW/DVDCombo
内存插槽数量16
5.显示性能
显示芯片ATIES1000（RN50）
6.网络设备
网卡类型集成的双千兆以太网管理及安全性
7.管理工具
IBMIMM带有虚拟介质密钥用于可选的远程在线支持、预测性故障分析、集成的服务处理器、诊断LED、光通路诊断面板、服务器自动重启、IBMSystemsDirector和IBMSystemsDirectorActiveEnergyManager、IBMServerGuide
8.其它参数
操作系统MicrosoftWindowsServer2003RedHatEnterpriseLinuxSUSELinuxEnterpriseServerTurboLinuxEnterpriseServerNovellNetware和VMwareESXi3.5嵌入式虚拟机管理程序
电源热插拔电源
功率（W）675
散热系统电源、风扇、硬盘驱动器
尺寸85.4*443.6*698mm
重量29.6Kg
标准接口1Video后面,2RJ-45,2USB（后面）,2USB（前面）,Serial,1Video前面
磁盘阵列IBMDS3400
服务器系统参数平均传输率（MB/s）400
高速缓存1GB-2GB
平均无故障时间（MTBF）1000000小时
操作系统支持支持多种操作系统挑错（20分）
外接主机通道2个主机光纤通道FC（1Gbps/2Gbps/4Gbps）RAID支持0,1,3,5,10
单机磁盘数量（个）16内置硬盘接口，本次配置8*450G硬盘
SAS其他规格认证CE,FCC
IBMSystemStorageDS3000StorageManager,支持的IBMFC交换机
电源及功率双冗余热插拔电源
环境参数工作温度0-40℃
工作湿度10-90%
外观参数长度（mm）550宽度（mm）447高度（mm）87。
系统特点
1、先进的信息化平台，能够全面管理和充分利用各种信息资源。
9.基于IntranetWebGIS网站，实现信息高度共享。
Intranet是局域化的Internet，以TCP/IP基础，以Web为核心应用，构成统一的信息共享与交换平台，用户无需操作培训，通过浏览器就能发布信息、进行各种空间检索和空间分析。
各级管理人员能够共享矿井数字地图和开采设计等各种信息资源，便于各部门的技术交流与协同工作。
10.独特的信息图形可视化显示，直观的图形化信息查询
该系统以图形元素点、线、面的方式储存图形空间信息，因此可以对图形进行编辑、任意放大、缩小、漫游和按任意比例尺寸打印输出而不失真，能够在图上直观地进行信息查询和进行各种空间分析与决策支持。
如可随意查看采掘工程图、各种设备布置图等；对于工况信息如通风系统、风机、风门状态和监测系统实时监测数据，可在采掘工程图的实际地点醒目显示；对于各种督察信息，可直接在各种作业点上标注，一目了然看到整改情况。
11.易于操作，系统维护费用低。
该系统采用浏览器页面取代通常繁杂的专业应用操作界面，使操作界面极为简单易用，并且用户无需安装应用软件系统，大大降低了系统的维护费用。
12.便捷的网络监测功能
在得到安全认证和许可权限之后，可在网络的任一节点访问该系统，实现实时监测和网络监管以及信息查询。
13.良好的功能扩展性，构建“数字煤矿”企业信息化建设平台
由于基于Internet网络和WebGIS技术，为系统的扩展提供了极大的空间，可增加各种生产信息系统，同上述各子系统，一起构建整个集团公司的“数字煤矿”信息化系统。
系统功能
系统管理
部门资料管理
用来录入部门信息。
角色管理
用来增加“角色”信息，然后为角色设置相应权限。
用户管理
用来增加登录用户账号和信息，还有用户的详细资料。
点击“新增用户”按钮可完成添加。
在线用户列表
用来查看当前在线的用户，系统管理员可以强制其下线。
实时数据管理
实时数据监控
实时显示所有煤矿传感器的实时状态数据。
有“解挂”和“挂起”操作：
状态提示设置
历史数据查询,包括对断电，报警、调校、传感器故障、连接失败等信息的查询。
数据查询
历史数据
查看传感器产生的历史数据。
报警数据
查看传感器产生的历史报警数据。
传感器数据
查看传感器基本信息。
矿井信息数据
某个矿的基本信息。
图例查询
模拟量曲线图
模拟量是指一系列离散数据，例如：
1，2.1,3.4,0.34均是模拟量数据。
开关量曲线图
开关量是指只有两种状态，例如：
0，1。
0：
表示处于“关”状态；1：
表示处于“开”状态。
控制量曲线图
控制量是指两种或两种以上状态，例如：
0，1，2.0：
正常；1：
断线；2：
离线。
报警统计
超限状态次数
超限状态是指超过预先设置的值。
超限时长
超限时长指超过预先设置的值的持续的时间。
超限状态对比
各个矿超限状态次数对比。
超限时长对比
各个矿超限状态时长对比。
每月统计
每月报警信息统计。
全年统计
全年报警信息统计。
数据报表
矿井日报
矿井监控历史数据日报表（某段时间内传感器的平均值最大值）。
矿井瓦斯小时日报
统计各传感器在各时间段中的最大值。
该报表默认统计前一日数据，也不是实时生成。
报警日报
矿井监控历史报警数据日报表。
报警月报
矿井监控历史报警数据月报表。
基本信息
基础参数管理
设置系统经常使用的各种参数。
传感器信息
传感器基本信息管理（增加，删除、修改）
矿井信息
某个矿的基本信息管理（增加，删除、修改）。
发送短信查询
用来查询已经发送的报警短信信息。
短信接收人员
发生报警时短信的发送对象以及号码设置。
系统主要技术指标
数据上传周期
系统能实时传输，上传周期可配置。
死机率
在非人为干扰及硬件正常的情况下，系统能7*24运行，不死机。
系统响应时间
系统响应速度快，客户端查询实时数据库小于1秒。
方案清单
序号
设备名称
品牌型号
单位
数量
备注
1
数据服务器
台
4
2
磁盘阵列
台
2
3
安全监控系统联网软件
套
1
4
双机热备软件
套
2
5
数据库软件
套
2
6
操作系统
套
2
升级会员 