煤矿瓦斯监测监控系统联网软件分析与设计硕士论文.pdf

独创性( 缄创新性) 声明 本人声睨所星交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书丽使用过的材料。与我一圈工箨的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：丝! 垫璺隧瓤一j 型叫 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在 校攻读学位期闯论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国 家有关部f ：或枫构送交论文的复印件彝磁盘，允许学位论文被查阅帮借阕；学校 可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段 保存、汇编学位论文。 本学位论文不属于保密范函，适用本授权书。 本人签名： 垒因堕! 一网期：墼巫! ! ：签 导师签名：主专皇址 豳期：三壁乙旦_ l 2 煤矿瓦斯监测监控系统联网软件分析与设计 摘要 煤矿瓦斯监测监控系统是防止煤矿瓦斯事故的重要科技手段，是 煤矿安全生产的“电子警察”，它改变了传统的管理方式，提高了安全 监管的技术水平，在预防瓦斯事故的发生中起到了积极的作用。但它 也存在一定局限性，过去出于保护系统安全的角度，系统主要在各生 产矿井本地使用。集团公司总部不能实时监控和掌握到煤矿的安全生 产情况，也无法有效的对其进行控制。 本文主要通过对煤矿瓦斯监测监控系统在煤矿的使用情况分析， 针对煤炭生产企业集团对下辖各矿安全生产管理的实际需求，提出了 煤矿瓦斯监测监控系统联网软件的设计思路，同时设计各子系统和程 序模块的详细功能。该软件主要实现对多种异构矿瓦斯监测监控系统 的数据采集、安全的数据传输、海量数据存储管理、数据监控与分析 等，解决集团公司对各矿的在线监测和远程调度问题。 本文主要进行了如下几方面工作： 1 调查和研究了我国目前煤矿安全生产情况，以及煤矿瓦斯监 测监控系统在煤矿生产中的重要作用。 2 研究了煤矿瓦斯监测监控系统的发展状况、分类和基本组成。 3 深入分析了煤矿瓦斯监测监控系统联网对煤炭生产企业集团 安全管理水平的提升作用，同时针对集团公司实际提出了联网软 件的基本需求。 4 确定了煤矿瓦斯监测监控系统与联网软件的数据交换方式， 和网络内各种设备的部署。 5 分析设计了系统数据库结构，给出了对应的数据字典。 6 设计了各子系统和程序模块功能，及各模块之间的交互关系， 并结合d e l p h i 组件，对系统的存储和传输部分进行了分析设计。 关键字：安全生产，数据采集，瓦斯监测监控系统，远程监管 a n a i = y s i sa n dd e s i g n0 fs o f r w a r ef o rc o a l m i n eg a sm o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m n e t w o r k c o a lm i n eg a sm o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e mi sa ni m p o r t a n ts c i e n c e & t e c h n o l o g ym e a s u r et op r e v e n tt h eg a sa c c i d e n ti nc o a lm i n e ，a n di sa “e l e c t r o n i c p o l i c e m a n f o rc o a l m i n es a f e t y p r o d u c t i o n i tc h a n g e s t r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tm e t h o do fc o a lm i n e ，a n dr a i s et e c h n i c a ll e v e lo f c o a lm i n es a f e t ys u p e r v i s i o na n dm a n a g e m e n t t h es y s t e mh a si n i m i t a b l e f u n c t i o nf o rp r e v e n t e dt h eg a sa c c i d e n t b u ti th a sc e r t a i nl i m i t a t i o n s i n t h ep a s ty e a r , f o rp r o t e c t e ds y s t e ms a f e t y , t h es y s t e mh a sm a i n l yu s e d o v e rt h el o c a ln e t w o r ko fe v e r yp r o d u c t i o nm i n e s og r o u pc o r p o r a t i o n c o u l dn o tr e a l t i m em o n i t o ra n dk n o wt h es a f e t yp r o d u c t i o ns i t u a t i o no f t h em i n e ，a n dc o u l dn o t e f f e c t i v e l yc o n t r o lt oi tt o o t h r o u g ha n a l y s i sa b o u tc o a lm i n eg a sm o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m u s i n gi nm i n e ，t h ed e s i g n i n gt h o u g h to nt h ei n t e m e ts o f t w a r ef o rc o a l m i n eg a sm o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e mw a sr a i s e d ，w h i c ha i m sa tt h ef a c t r e q u i r e m e n tt h a tc o a lp r o d u c t i o ng r o u pc o r p o r a t i o ns a f e l ym a n a g et h e p r o d u c t i o no fm i n e su n d e rt h eg r o u p a n di td e s i g n st h ed e t a i l e df u n c t i o n o fe a c hs u b s y s t e ma n de a c hp r o c e d u r em o d u l e t h i ss o f t w a r er e a l i z e st h e 5 d a t a sc o l l e c t i o nf o rm u c hd i f f e r e n ts t r u c t u r e sc o a lm i n eg a sm o n i t o ra n d c o n t r o ls y s t e m ，s a f e t yt r a n s m i s s i o no ft h ed a t a ，s t o r a g ea n dm a n a g e m e n t f o rm a g n a n i m i t yd a t a ，m o n i t o ra n da n a l y s i sf o rt h ed a t a ，e t c i ts o l v e s h o wt oo n l i n em o n i t o ra n dr e m o t ed i s p a t c hp r o d u c t i o no fm i n e t h i sa r t i c l ed e s c r i b e sf o l l o w i n gp a r s ： 1 i n v e s t i g a t i n ga n dr e s e a r c h i n ga b o u tc u r r e n tc o n d i t i o no fc o a lm i n e s a f ep r o d u c t i o ni no u rc o u n t r y , a n di m p o r t a n te f f e c tw h i c hc o a lm i n eg a s m o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e mh a so nt h ep r o d u c t i o no fc o a lm i n e 2 r e s e a r c h i n ga b o u td e v e l o p m e n ts i t u a t i o n ，c l a s s i f i c a t i o n a n dt h e b a s i cc o m p o s i t i o no fc o a lm i n eg a sm o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m 3 t h o r o u g h l ya n a l y z e st h ea f f e c t i o no ft h a ta p p l y i n gc o a lm i n eg a s m o n i t o ra n dc o n t r o l s y s t e mt oi m p l e m e n tn e t w o r k i n gc o n n e c t i o n p r o m o t e t h e s a f e t ym a n a g e m e n t l e v e lo fc o a l p r o d u c t i o ng r o u p c o r p o r a t i o n m e a n w h i l e ，a i m i n ga tt h ef a c to fe n t e r p r i s eg r o u p ，t h i sa r t i c l e r a i s e st h eb a s i cr e q u i r e m e n tf o rt h ei n t e r n e ts o f t w a r e 4 d e t e r m i n e st h ed a t ae x c h a n g e a b l ef o r mb e t w e e nc o a lm i n eg a s m o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e ma n di n t e r n e ts o f t w a r e ，a l s od e t e r m i n e s d i s p o s i t i o no f t h ee q u i p m e n t si nt h en e t 5 a n a l y z e sa n dd e s i g n st h es t r u c t u r eo fs y s t e md a t a b a s e f i n a l l yg i v e s t h ec o r r e s p o n d i n gd a t ad i c t i o n a r y 6 d e s i g n st h ef u n c t i o n o fs u b s y s t e m sa n dp r o g r a mm o d u l e s ，a n d i n t e r a c t i o nb e t w e e nt h es o f t w a r e sm o d u l e s m o r e o v e r , c o m b i n i n gd e l p h i p a c k a g e ，a n a l y z e sa n dd e s i g n ss t o r a g ea n dt r a n s m i s s i o no ft h es y s t e m d a t a 。 k e y w o r d s ：s a f e t yp r o d u c t i o n ，d a t a sc o l l e c t i o n ，g a sm o n i t o ra n d c o n t r o ls y s t e m ，r e m o t em o n i t o r 7 1 1 课题背景 第一章绪论 能源工业是我们国家经济发展的命脉所在，近年来，随着石油资源的紧张、 石油价格的飚升，煤炭行业的重要性和不可替代性也日益凸现。但中国煤炭行业 的安全生产形势却不容乐观，尤其是重、特大伤亡事故屡见报端，据不完全统计， 2 0 0 3 年中国煤炭产量占世界产量的3 5 ，可事故伤亡人数却占8 0 。在这些事 故中，瓦斯爆炸又占绝大多数。这其中固然有很多因素，但各煤矿生产企业安全 监测监控设备、系统不完备，管理手段落后也是造成事故频发的重要原因之一。 随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视，以及各矿务局自身现代化管理的需 求，我国各大、中、小煤矿高瓦斯或瓦斯突出的生产矿井均装备了煤矿生产监测 监控系统。 煤矿生产监测监控系统是在生产、安全及管理方面的一个实时监测监控系 统，对于煤矿的生产运行状况、安全水平、灾害预测预报具有重要的作用。它一 般包括通风安全环境监测监控、矿井生产监测监控、工业摄像监视监控等几部分 功能。系统可就地显示瓦斯浓度、风量、风压、温度等多种参数。同时，井上系 统监控中心主机会对各种传感器的信息数据进行实时采集、处理和超限判断，并 对超限信息进行声、光报警，在必要时通过远程开关实现风电瓦斯闭锁。 1 2 煤矿生产监测监控系统联网背景 在早期，煤矿生产监测监控系统采用了地面单微机监测监控。后来又发展成 为网络化监测监控，且也只是本地系统的网络化，并不与外界进行数据交互。 但作为煤炭生产企业集团一般会下属几个或十几个，甚至更多的生产矿井。 矿生产监测监控系统信息交换目前多局限于本地系统内，只包括了本煤矿涉及生 产安全管理且为数不多的几个信息点。 由此，也引发了一些管理问题，煤矿为了能够完成或者超额完成集团公司下 达的煤炭生产任务，有时会人为忽视、瞒报生产监测监控系统的报警信息，继续 违章生产，产生安全生产隐患，严重时甚至导致伤亡事故。各大煤炭生产集团公 司都出现了这样的问题。为避免这类问题出现，加强对下辖各矿井的管理，进一 步提高安全生产管理水平，集团公司开始要求能够实时掌握各个下属煤矿的安全 和生产动态。为了实现这一目标，就要求利用现有数据传输网络，将各个下属煤 矿的实时监测监控数据集中到集团公司中心服务器，建立起一套煤矿生产监测监 1 0 控系统的信息网络。通过这个网络系统，使集团公司各个职能部门管理人员可以 随时掌握各个煤矿的生产状况和安全状况，能够进行综合性动态分析，并为集团 公司高层管理人员提供生产决策的数据依据，达到实现远程信息交流和生产管理 的目的。 1 3 论文的主要工作 本论文首先介绍了煤炭生产集团企业内重要的安全监管系统( 煤矿瓦斯监测 监控系统) 基本的安装和使用情况。并分析了企业对联网系统的基本需求，基于 此需求对联网系统进行总体设计、模块划分，然后对各模块进行物理分布和详细 功能设计( 限于篇幅只对模块程序结构框架和主要数据进行分析) 。 各子系统和功能模块组合在一起，形成一套集对多种异构矿监测监控系统的 数据采集、分布数据存储、海量数据管理、数据监控与分析为一体，可灵活部署、 功能齐全，符合煤炭生产集团企业实际，满足企业内安全管理部门和调度部门监 控使用需要的煤矿瓦斯监测监控系统联网软件。 同时，在系统设计过程中，需要使用到几种不同的编辑和编译工具。 数据库使用s q ls e r v e r2 0 0 0 应用程序使用d e l p h i7 o 网站使用t o m c a t 论文对这些工具的优点进行了简要介绍，并分别对系统使用其相关技术或组 件，及它们是如何实现系统部分功能的进行了分析和说明。 1 4 论文的结构 第一章，主要介绍煤矿瓦斯监测监控系统在煤矿生产的主要作用，以及各煤 矿瓦斯监测监控系统联网的背景和联网软件开发的必要性。 第二章，介绍了煤矿瓦斯监测监控系统基本情况。并进一步分析了煤炭生产 集团企业对联网系统的基本需求，及基于此需求对联网系统进行总体设计和功能 模块划分。 第三章，介绍了s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库的组成和设计理论，并对煤矿瓦斯 监测监控系统联网系统数据库进行了设计，列出了主要数据表的数据字典。 第四章，介绍了系统设计中使用的主要编译和编辑工具d e l p h i 7 0 ，及使用 到的主要组件，这些组件在系统中的应用。 第五章，对系统中，数据远程采集与存储管理子系统进行详细功能设计。 第六章，对系统中，数据实时监控与分析子系统进行详细功能设计。 第七章，介绍了系统中网站采用的容器t 0 m e a t ，并设计了网站实现的主 要功能。 第八章，结束语。 1 2 第二章煤矿瓦斯监测监控系统联网软件需求分析与总 体设计 2 1 煤矿瓦斯监测监控系统 2 1 1 我国煤矿瓦斯监测监控系统的发展 瓦斯危害是煤矿安全的大敌，防治瓦斯危害是煤矿安全生产的重点，安装使 用瓦斯监测监控系统是防治瓦斯危害的有效手段。 我国监测监控技术应用开始于8 0 年代初。初期，从国外引进一批安全监控 系统，装备了部分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际 情况，又先后研制出k j 2 、k j 4 、k j 8 、1 0 、k j l 3 、k j l 9 、k j 3 8 、6 6 、k j 7 5 、 l ( j 8 0 、1 0 9 2 等监控系统，在我国煤矿开始大量使用。 随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内 各主要科研单位和生产厂家又相继推出了9 0 、k 2 9 5 、k j l 0 1 、f 2 0 0 0 、k j 2 0 0 0 和k j g 2 0 0 0 等监控系统。同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方 针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦 斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。因此，大大小小的系统种类繁多。 2 1 2 煤矿瓦斯监测监控系统 煤矿瓦斯监测监控系统的基本组成见图2 1 所示，一般包括四部分： 1 环境监测和生产监控 环境监测，主要监测煤矿井下各种有毒有害气体及工作面的作业条件，如高 浓度甲烷气体、低浓度甲烷气体、一氧化碳、氧气浓度、风速、负压、温度、岩 煤温度、顶板压力、烟雾等。 生产监控，主要监控井上、下主要生产环节的各种生产参数和重要设备的运 行状态参数，如煤仓煤位、水仓水位、供电电压、供电电流、功率等模拟量；水 泵、提升机、局扇、主扇、胶带机、采煤机、开关、磁力起动器运行状态和参数 左盘 守o 2 井下数据传输网络 作为系统的主要数据通信平台，由防爆工业以太网交换机、网络信号放大器、 传输光缆、双绞线、c a n 总线等组成，需具有通讯速率高、传输距离远、抗干 扰和雷击能力强等特点。 3 井下分站 基本功能如下： 开机自检和本机初始化功能 通信测试功能 分站设程控功能( 实现断点仪功能、风电瓦斯闭锁功能、瓦斯管道监测 功能和一般的环境监测功能等) 死机自复位功能且通知中心站 接收地面中心站初始化本分站参数设置功能( 如传感器配接通道号、量 程、断电点、断电点、报警上限和报警下限等) 分站自动识别配接传感器类型( 电压型、电流型或频率型等) 分站本身具备超限报警功能分站接收中心站对本分站指定通道输出控 制继电器实施手控操作功能和异地断电功能。 4 中心站 负责接收、存储和显示从井下监控分站传来的各种井下生产环境安全监控数 据，通过各个井下分站发送各种配置命令和对现场设备的控制命令；具有测点定 义功能；具有显示测量参数、数据报表、曲线显示、图形生成、数据存储、故障 统计和报表、报告打印功能。其中，部分系统可实现局域网络连接功能，并采用 国际通用的t c p 口网络协议实现局域网络终端与中心站之间实时通信和实时数 据查询。 1 4 2 1 3 瓦斯监测监控系统分类 豳 鞫 f 1r 1 甜c 似当器 图2 - 1 瓦斯监测监控系统示意图 目前的瓦斯监控监控系统，可分为三种： 1 、离线的监测系统。 负责瓦斯监测的工作人员利用随身携带的光干式瓦斯监测仪在井下进行监 测，这种监测方式被煤矿企业现场管理人员认为是最实用有效的瓦斯监测手段。 2 、在线的瓦斯监控系统。 即现在国内各煤矿己广泛使用的瓦斯监测监控系统。 由在井下固定安装的甲烷气体传感器及其自动闭锁装置组成，它直接关系到 煤矿安全监控系统的可靠性和灵敏度，对监测监控起着决定作用。该系统自动化 程度相对较高，投资和使用成本也相对较高。 3 、瓦斯监测监控联网系统。 由若干个在线的瓦斯监控系统组成的局域网络系统，其主要功能是集中显示 便于监控，但该系统不对煤矿井下瓦斯监测监控起直接作用。 2 1 4 瓦斯监测监控网络系统联网的作用 瓦斯监测监控系统在集团公司、省市县等一定范围内联网，可以对区域内所 黼n 一 0 一 一 鲨_l黼订 有煤矿瓦薪防治情况，包括并下瓦斯浓度、风机开停状态及设备送电断电等情况， 实施集中监控、远程监控和实时监控，同时，通过监控系统，还可以对井下采掘 工作瑟的位置进行跟踪。 这样，对于煤炭生产集团企业来说，可以大幅度提高公司管理层对井下生产 的监管力度，杜绝人为忽视、瞒报生产监测监控系统的报警信息，继续违章生产， 而产生的安全生产隐患。联网软件可以： 实现局域网内各终端的多种方式浏览。方便集团公司领导及集团公司有 关工作人员及时掌握生产安全情况，使集团公司对各矿区生产安全状态 的统一动态掌握成为了现实。 加强各安全管理部门监管能力。系统提供了强大的数据存贮缝力，为这 些部门进行事故查处或统计分析提供了强有力的数据保障。 数据更加真实可信。它的数据直接从矿区盗测监控系统中采集出来，经 独立的监测监控专网后，传入集团公司数据服务器，数据延时少，避免 了许多人为报送数据带来的不便与失真。 迸一步加强了整个集团公司安全管理信息化程度，成为高效的矿出生产 管理体系的一部分。 2 2 联网软件需求分析 联网软件是煤矿监测监控系统基本功麓的一个延 拳，同时宅需要完成对国内 外众多异构监测监控系统数据的整合，和各系统之间管理功能上的统一。 联网软件的嚣标是在煤炭生产集团内部建立监测监控安全生产监管网 络，使集团公司内各级安全管理部门都能够实时监测煤矿安全状况，能够及时发 现和及时处理安全隐患，为防治瓦颠事故构筑多道防线，减少事故发生。以实现 对矿井安全生产的数字图形网络化实时多级监测与网络监管。 针对我国煤矿监测监控系统的情况，在一个大型煤炭生产集团内，进 行瓦斯盗测滥掇系统联瓣，系统基本需求如下： 1 系统适用范围广，安全可靠程度高。 随着煤炭生产投入的不断加大，企业生产规模也快速增大。但煤炭资源呈区 域性分布，企业的每个生产矿井也必须拥有一定区域面积的煤炭储量，才能保证 未来几十年的生产和发展需要。所以，各联网矿井一般会相距较远，相应的，通 信线路长，网络状况也复杂，联网软件需要保证数据传输的安全与稳定。 2 能实现对国内众多现存监测监控系统进行数据整合。 集团公司为保证机电设备多样性，杜绝大型设备( 系统) 一家垄断的情况， 一般会采购多种分别在各矿使用，所以需要从多种系统中采集实时数据。 1 6 3 作为矿井监测监控系统的延伸，联网系统需要能提供专业的数据图形分析 和数据分类报警处理功能。 4 联网系统必须具有很高的数据准确性、完整性。 准确性，是要求数据采集准确，能够对不同来源的数据进行正确的转换。 完整性，是要求联网系统能够将各矿所有监控数据都传输到中心服务 器。 煤矿生产监督管理部门，根据这些可靠程度很高数据进行的分析和报表统 计，产生的数据才会准确，不会有遗漏，使系统为煤炭生产集团日常安全生产管 理提供重要数据依据。 5 联网系统数据应具有较强的实时性。 联网软件除了要提供对历史数据的分析统计功能外，还需要为集团公司调度 部门提供实时数据的分析报警功能，使集团公司有能力在第一时间内监管到煤矿 冒险作业或重大隐患生产行为，督促煤矿立即改正。 6 联网系统具有海量数据处理能力。 系统数据量会随着联网矿井数量的增加，呈几何数量增长。如联网十个矿井， 每矿1 0 0 个点，1 分钟存储一次，数据库一天需存储的历史数据会达到 l o x l o o x ( 2 4 x 6 0 ) = 1 ，4 4 0 ，0 0 0 条 如果需要保存一年的历史数据，数据量将会很庞大，对这些数据的查询、统 计也会对数据库造成巨大的负担。所以，数据库需要对此有针对性的设计，以满 足系统对海量数据的存储和检索要求。 2 3 系统总体设计 2 3 1 设计原则 系统遵循下列总体原则进行设计： 开放性与标准性 ， 本系统应是一个开放的、易扩展的、分布式的系统，可以提供不同层次、不 同需求的信息服务。系统的数据应该统一规范。系统建设尽量符合业界最新的标 准，并具有良好的开放性，能够与其他计算机系统进行相连和数据共享。 高可靠性 由于本系统覆盖区域广，网络环境的复杂，必须保证系统工作稳定可靠。系 统各个软件模块采用分布式设计，每个模块稳定地独立运行，一旦发生故障时不 影响其它模块运行；网络中断可异地缓存，具有一定故障诊断和恢复功能。 实用性 1 7 按照实用性的原则，整个系统的操作以方便、简洁、高效、易维护为目标， 多操作平台整体设计、统一操作，既充分体现快速反应的特点，又便于决策层、 管理层及时了解各项统计信息和决策信息，进行业务处理和综合管理可扩展性。 易用性 软件界面友好，结构清晰，流程合理，功能一目了然，菜单操作充分满足用 户的视觉流程和使用习惯。 综合性 以满足系统目标与功能为目标，保证总体方案的设计合理，满足用户的需求， 同时便于系统使用过程中的维护，以及今后系统的二次开发与移植。 2 3 2 系统互联拓扑图 煤矿瓦斯监测监控系统网络物理互连，可分为数据采集网络的互连( 见图 2 2 ) 和数据传输网络的互连( 见图2 3 ) 。 图2 - 2 瓦斯监测监控数据采集网络图 2 3 3 总体功能设计 鞴：，m i ，幔zo 图2 - 3 数据传输网络图 为有效解决联网中要面对的各种问题，整个软件系统设计为三个子系统：数 据远程采集与存储管理子系统、数据实时监控与分析子系统、网站。各部分实现 的主要模块或功能设计为： 1 数据远程采集与存储管理子系统 该部分采用c s 结构，d e l p h i 语言实现，主要功能有： 准确采集出矿监测监控系统中，包括瓦斯、温度、风速、c o 、馈电、风门 丌关、风机开停等各种种类探头实时数据，并发送到集团中心服务器。可灵活的 对数据采集参数进行设置。在网络故障时，实现关键数据本地自动缓存和网络恢 复后数据自动补发。可提供对数据采集异常、网络通讯中断等多种异常状况的声 光报警和日志记录。软件具有较强的健壮性与智能性，可在无人工干预的情况下 长时间运行。 对垃圾数据自动清理。提供对矿通讯异常情况的声光报警。实现瓦斯超限数 据的统计汇总。保证数据的安全性与实时性，不但能满足对安全生产情况的实时 监测，而且能为“安全生产事故”的事后事故分析提供可靠的数据依据。 2 数据实时监控与分析子系统 采用c s 结构，d e l p h i 语言实现。这部分也可以合并网站部分来实现。但考 虑到，联网系统是矿井监测监控系统的延伸，需要能提供专业的数据图形分析和 数据分类报警等复杂功能，且使用这些功能的用户为专业的生产管理或安全管理 人员，用户数量少且集中，网络管理维护的问题少。所以，这部分论文设计成一 个单独的子系统来完成。 该部分主要实现： 从数据库或数据远程采集与存储管理子系统程序中获取各矿监测数据，发送 到各连接的客户端上。为各终端用户提供，数据分类显示和报警( 瓦斯含量超限、 风机停等) 、实时数据曲线分析、历史数据曲线分析等。软件应能保证数据的实 时性，数据从各矿采集出来至客户端显示延迟时间应小于1 分钟。 同时，考虑到多数客户端使用者计算机使用水平较低，程序要有良好的人机 交互设计，提供网络中断自动恢复，提供详细的操作提示和帮助。 3 网站 该部分使用t o m c a t 来实现，包括： ( 1 ) 煤矿安全信息管理 ( 2 ) 监测数据查询与分析 ( 3 ) 法律法规管理与查询 4 数据库 为其它部分提供数据存储管理。 通过以上部分，系统实现对矿监测监控系统的空间扩展，实现各生产矿井监 测数据历史曲线分析、分类数据查询与统计、报表统计、瓦斯超限或断线声光报 警、实时数据动态显示等实际需求。 各子系统及功能模块划分，见图2 4 所示： 图2 - 4 系统模块划分图 2 1 。上日 3 1 数据库设计理论 第三章数据库详细设计 数据库是数据管理的技术，它具有数据结构化、最低冗余度、较高的程序与 数据独立性、易于扩充、易于编制应用程序等优点，现代的信息系统一般都是建 立在数据库设计之上的。因此，数据库应用程序及其与之相关的内容在软件开发 领域也占据了非常大的比重，数据库技术也成为了计算机科学技术中应用最广的 技术之一。 要创建能够满足业务需求的数据库，就需要对如何设计、创建和维护数据库 ( 本课题使用m ss q ls e r v e r2 0 0 0 数据库) 中各个数据库组件有深刻的了解， 这样才能确保设计出来的应用系统稳定可靠、可扩展性和可维护性强。 3 1 1 数据库的组成 s q ls e r v e r2 0 0 0 使用一组操作系统文件映射数据库。数据库中的所有数据 和对象，如表、存储过程、触发器和视图，都存储在下列操作系统文件中，这些 文件包括： 主要数据文件：包括数据库的启动信息，并用于存储数据。每个数据库都有 一个主要数据文件。 次要数据文件：包含不能置于主要数据文件中的所有数据。如果主要文件可 以包含数据库中的所有数据，那么数据库就不需要次要数据文件。有些数据库可 能非常庞大故需要多个次要数据文件，或使用位于不同磁盘驱动器上的辅助文件 将数据扩展到多个磁盘。 事务日志文件：包含用于恢复数据库的日志信息。每个数据库都必须至少有 一个r 志文件。 3 1 2 数据库设计 设计数据库的重点就是为数据库的业务职能和用于表示这些业务职能的数 据库概念及功能建模。准确的设计数据库以建立业务模型是至关重要的。因为数 据库一旦实现完毕，再对其设计进行更改将花费大量的时间。另外，设计良好的 数据库其执行情况也将会更好。 在设计数据库时，应考虑以下事项： 1 创建符合用途的数据库计划 创建数据库的第一步是制订计划，该计划可在实现数据库时起指导作用；也 可以在数据库实现完成后，用作数据库的功能说明。数据库设计的复杂性和细节 由数据库应用程序的复杂性和大小及用户数确定。 在计划数据库时，不管其大小和复杂性如何，都要经过下列基本步骤： 1 1 收集数据库信息； 劲标识数据库对象； 3 ) 建立对象模型； 4 ) 标识每个对象的信息类型； 研标识对象之间的关系。 2 制定数据库规范化规则，防止数据库设计中出现错误 数据库的逻辑设计是优化关系数据库的核心。设计好逻辑数据库，可以为优 化数据库和应用程序性能打下基础。逻辑数据库设计不好，会降低整个系统的性 能。规范化逻辑数据库设计包括使用正规的方法来将数据分为多个相关的表。拥 有大量窄表( 列较少的表) 是规范化数据库的特征。丽拥有少量宽表( 列较多的 表) 是非规范化数据库的特征。 规范化规则指出了在设计良好的数据库中必须出现或不出现的某些特性。下 面列举几个可帮助获得合理的数据库设计的原n - 表应该有一个标识符； 表应只能存储单一类型实体的数据，既窄表； 表应避免可为空的列； 表不应有重复的值或列。 3 对数据完整性的保护 强制数据完整性可确保数据库中的数据质量。 4 数据库和用户权限的安全要求 设计数据库时必须利用s q ls e r v e r2 0 0 0 中能够提高性能的功能。对于性能 而言，在数据库大小和硬件配置之间权衡也是很重要的。 通常情况下，数据库越大则硬件要求就越高，但还存在其他决定因素，即并 发用户会话的数目、事务吞吐量和数据库内的操作类型。例如，学校图书馆的 数据库( 包含的数据很少进行更新) 对硬件的要求比大公司的数据仓库( 包含经 常分析的销售、产品、客户信息) 对硬件的要求低。除了磁盘存储量要求外，对 于数据仓库还需要更多的内存、更快的处理器以使更多的数据能够在内存中高速 缓存，引用大量数据的查询能够得到快速处理。 3 2 系统数据库设计 在对系统的总体设计中，系统被分为了数据库、网站、数据远程采集与存储 管理、数据实时监控与分析四大部分。其中，数据库为其它三部分提供整体的数 据存储与管理服务。 系统数据库将数据表分为业务数据表和管理数据表两类。 业务数据表，主要用来存储各矿基本信息，以及从各矿瓦斯监测监控系 统中获取到的各种生产动态数据。 管理数据表，包括系统中用户的信息、网站后台管理数据、以及其它数 据信息。 为了能实现系统中要求的各种功能，数据库对几个特殊问题处理如下： 1 关于测点号的定义 测点号用来唯一标识某矿一个传感器。 由于目前矿井监测监控系统主要采用总线式和分站式进行井下网络的连接。 体现在软件上，总线式只使用测点号即可确定，而分站式需使用分站号和测点号 才能确定一个传感器。为了统一中心数据库的设计，对于分站式的监测监控系统， 在数据采集过程中，程序即把分站号与测点号相连形成新的测点号。总线式不做 改变。 2 解决海量数据的存储与管理 监控数据可分为模拟量数据和开关量数据。模拟量是指连续变化的量。如瓦 斯、温度、负压、c o 等监控数据。开关量是指只有开和关( 或1 和0 ) 两种状态 的信号。如风机丌停、风门开关、馈电等监控数据。 在煤矿瓦斯监测监控系统中，模拟量数据随时间不断变化，频率很快，多为 当时井下各种实际环境指标。而开关量数据基本上代表井下某种设备的控制状 态，其值变化频率较慢，只有在设备工作状态改变时才变化。 根据监控数据的这种特点，系统对模拟量数据和开关量数据分表存储。 开关量数据只有0 和1 两种状态。当开关量状态变化时，数据表中存储开关 量状态变化的起始时间和当前状态。当开关量状态再次发生改变时，系统再为上 条记录添加结束时间，并添加一条新记录。即只有当开关量状态改变时，才在数 据库中进行记录。 模拟量数据为连续的数据，系统每分钟存储一条模拟量数据。 因系统对数据响应的实时性要求较高，所有采集的实时数据直接在各子系统 间转发，数据库中只存储历史数据。 通过以上方式，来降低数据库的数据处理和管理压力，解决海量数据管理问 题。 3 3 业务数据表设计 3 3 1 实体关系图 业务数据实体关系如图3 - 1 所示，图中只列出了各表主要字段。实体对应关 系参见表3 - 1 。 图3 - 1 业务数据实体关系图 表3 - 1 实体关系对应表 lk i l l f ok c o d e d d p r o p c r t y k c o d e 2k i n f ok c o d e d p r o p e r t y k c o d e 3 d t y p e d t c o d e d d p r o p e r t y d t c o d e 4 d t ，3 ) e d ，瑟沁d e d p r o p e r t y 型曩：o d e 5m o d em o d ei d d d p r o p e r t y m o d ei d 6 d d p r o p e r t yk c o d e , t a g i d d h i s t o r y d a t a _ 书掌一 k c o d e ，t a # d 7 d p r o p e r t yk c o d e ，t a g i d a h i s t o r y d a t a _ 宰枣幸幸一宰枣 k c o d e ，t a # d 8 d p r o p e r t y k c o d e , t a g i dw a m d a t ak c o d e ，t a g i d 9 d p r o p e r t y k c o d e ，t a # d h i s t o r y d a t a _ a n a l y s i s 一事事宰事 k c o d e ，t a 西d 1 0 t y p e s t a t u si d d h i s t o r y d a t a _ 宰事料一事窜 s t a t u si d l 董 t y p e s t a t u si d a h i s t o r y d a t a _ 辜事聃一宰搴 s t a t u si d 1 2 t y p e s t a t u si dw a m d a t a 3 3 2 业务数据字典 1 矿井信息表( k l n f o ，见表3 2 ) 表3 - 2 矿劳馆息表 序号字段名称描述类型长度为空 lk c o d e 矿并编号 v a r c h a r9n 2k n a m e矿井名称v a r c h a r5 0n 3 s u b j e c t 隶属关系 v a r c h a r8 4d i r e c t e r 矿长姓名 v a r c h a r8 5a d d r e s s详细地址v a r c h a r5 0 6 i s u s e d是否活动v a r c h a rl1 活动 0 - 非活动 7r e m a r k 备注 v a r c h a r2 5 5 其中，矿井编码壶省代码( 2 字节) + 市地代码( 2 字节) + 县代码( 2 字节 + 煤矿代码( 3 字节) 。 2 测点类型表( d t y p e ，见表3 3 ) 表3 - 3 测点类型表 序号字段名称描述类型 长度为空 1 d t c o d e编号 v a r c h a r9n 2 d e s e r i p t 类型名称v a r c h a r5 0n 3 m e a s u r e m i n量程下限f l o a t8 4 m e a s u r e m a x量程上限f l o a t8 5 u i l i t单位v a r c h a r5 0 6 t y p e 类型 c h a r2 其中： t y p e 的定义，见表3 4 。 表3 - 4t y p e 定义表 类型值 分站 0 0 模拟量 0 1 开关量0 2 控制量0 3 调节量 0 4 计数量 0 5 + 累计量 0 6 本表为基础表，数据定义见表3 5 。 表3 - 5 测点类型定义表 编号类型名称量程下限量程上限单位类型 1 瓦斯 041 2进口瓦斯- 0 0 81 0 1 3 一氧化碳1 0 00p p m1 4 风速m s 1 5 温度 1 6 负压 05 0 0 0k p al 7 水压 m p a1 8 开停 l0 2 9 风门开关 1o 毒 2 1 0风机开停1o 宰 2 1 1 主扇 10z s2 1 2 电源开关 10 2 1 3 馈电开关 1o 毫 2 1 4 断电器 l0 3 3 测点基本信息表( d p r o p e r t y ，见表3 6 ) 表3 - 6 测点基本信息表 序号字段名称 描述类型长度为空 1k c o d e矿井编号 v a r c h a r9n 2 t a g i d 测点号 v a r c h a r1 0n 3n a m e 测点名称 v a r c h a r5 0n 4a d d r e s s 安装地点 v a r c h a r1 0 0 5d t c o d e测点类型v a r c h a r9n 6w a r n m i n v a l u e报警下限n o a t 8 7w a r n m a x v a l u e报警上限 f l o a t8 8s t a t u s是否修改报警上下 i n t1 限 其中： 报警下限：当传感器的测量值= 报警下限时报警 报警上限：当传感器的测量值= 报警上限时报警 s t a t u s ：报警上下限数据的状态，从矿上直接来的未改动的为0 ，修改后为1 ，被 矿数据覆盖为2 。 矿井编号与测点号为主键，共同确定一个传感器。( 以下各表同) 4 非模拟量测点属性表( d d p r o p e r t y ，见表3 - 7 ) 表3 - 7 非模拟量测点属性表 序号字段名称描述类型长度为空 lk c o d e 矿井编号 v a r c h a r9n 2 t a g i d 测点号v a r c h a r5 0n 3m o d ei d模式对i n t2 4 n o r m a l s t a t u s正常状态时的值 i n t2 5d t c o d e 测点类型 v a r c h a r9n 6r e m a r k l 备注1 v a r c h a r2 5 5 7r e m a r k 2备注2v a r c h a r2 5 5 8r e m a r k 3备注3v a r c h a r ，2 5 5 本表保存所有非模拟量的测点基本信息。 m o d e 表示该测点在不同状态时，对应的中文定义。详见表m o d e 。 n o r m a l s t a t u s ：保存正常状态时的值 5 模式对表( m o d e ，见表3 8 ) 表3 - 8 模式对表 序号字段名称描述类型长度为空 1 m o d ei d模式对i di n t 4n 2m o d c o模式对0v a r c h a r1 0 3m o d e l模式对1v a r