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基于工业级GPRS RTU矿井远程监控系统

基于工业级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—lerAreaNetwork)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

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