CDMA在煤礦監(jiān)測中的應用方案

近年來，煤礦礦難事故屢屢發(fā)生，造成的原因有很多，其中不少是因為瓦斯爆炸引起的。自2005年二月十五日以來，國內相繼發(fā)生五起一次死亡十人以上瓦斯事故，其中最近發(fā)生的山西朔州煤礦瓦斯事故共有六十九人罹難。2005年三月二十一日，召開了全國煤礦安全改造和瓦斯治理工作電視電話會議，要求各地進一步貫徹落實國務院第81次常務會議精神，進一步做好全國煤礦安全改造和瓦斯治理工作，以提高煤礦安全生產保障能力，扭轉煤礦重特大瓦斯事故多發(fā)的被動局面。

瓦斯爆炸的主要原因是通風不良、存在各種引火源，思想麻痹和管理松懈等。當安裝局部通風機位置不當或局部通風機供風不足時，就會加大了煤與瓦斯突出后的瓦斯逆流，高濃度瓦斯會進入大巷新鮮風流，達到爆炸界限，一旦出現引火源，就會發(fā)生瓦斯爆炸。這樣，要防止瓦斯爆炸事故的產生，可以通過加強通風設備的管理，加大對瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測，嚴格控制各種引火源的產生和提高礦工及管理人員的思想意識等措施來實現。

傳統(tǒng)煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)通常分為兩部分：井上部分和井下部分。采用先進的GPRS可以在不改變井下部分的前提下，能夠改變井上部分的傳統(tǒng)布線方式，即采用無線傳輸代替有線傳輸，這樣更適合于遠距離數據傳輸。同時，還可以引入一種新的報警功能，可以將危險數據直接發(fā)送給有關負責人的手機，從而降低瓦斯爆炸事故的發(fā)生。

一、CDMA簡介

CDMA1X是一種新型的移動數據通信業(yè)務。CDMA1X是中國聯(lián)通在完善優(yōu)化CDMA網絡建設過程中推出的第2.75代通信技術，它在目前的IS-95 CDMA網絡的基礎上進一步升級了無線接口，使其支持高速補充業(yè)務信道，從而可實現高速互聯(lián)網接入服務。CDMA1X在傳遞速率、功能方面較GPRS具有突出的技術優(yōu)勢， CDMA1X 理論速率153.6Kbps，目前實際測試速率為80kbps，超過目前普通有線電話撥號上網的56kbps，是平均30-40kbps的CDMA1X數據傳輸的2-3倍。特別適合像金融交易、遠程監(jiān)測等行業(yè)的通信需求，完全取代過去傳統(tǒng)的有線MODEM、X.25、數傳電臺、短信等通信方式。

CDMA1X無線傳輸數據有以下優(yōu)勢：

1）CDMA1X用戶可隨意分布和移動自己的網點，無需擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的網點無需進行拉線、埋線等工作。較光纖或專線系統(tǒng)投資較少，設備安裝方便。

2）終端價格比較低。與DDN相比，較DTU或DDN專線Modem其終端價格便宜很多。

3）CDMA1X資費便宜，計費合理。CDMA1X 資費包月比有線電話網絡資費還便宜。福利彩票發(fā)行業(yè)務沒有大數據量的信息傳輸，不必要采用資費很高的專線（DDN、幀中繼）。CDMA1X還可根據通信的數據量和提供的服務質量進行計費。在CDMA1X網中，用戶只需與網絡建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數據時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，既不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。

4）CDMA1X能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數據業(yè)務。通信質量穩(wěn)定可靠，永不掉線。

5）CDMA1X網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。由于CDMA1X網本身就是一個分組型數據網, 支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經過PSTN等網絡的轉接，直接與分組數據網（IP網或X.25網）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數據業(yè)務。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數據網絡（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網絡接入更加直接方便。

6）覆蓋較好。比較很多無線數據網絡（集群，雙向傳呼，CDPD）而言，其網絡覆蓋是非常好的。

一、解決方案介紹

傳統(tǒng)的煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)大體上可以分成兩大部分：井下部分和井上部分。

井下部分主要通過各種現場監(jiān)測設備（各種傳感器，如風量傳感器、負壓(壓力)傳感器、一氧化碳傳感器和礦用設備開停傳感器等）來采集井下各種氣體的濃度與含量、井下空氣狀況、設備的運轉情況等數據，然后通過現場總線將數據傳輸到井上。在井上，井下傳上的數據通過專線與煤礦安全管理辦公室服務器和更高一級安全主管部門服務器連接。

服務器上面運行的是監(jiān)控軟件，上面有井下每一個傳感器的標簽，所顯示的數據通過上傳數據的改變而不斷刷新。同時，監(jiān)控軟件還可以對這些數據進行匯總、處理、分析和存檔，可以作為相關負責人員決策的重要依據。并且監(jiān)控軟件具有超標自動報警功能，用來提示工作人員對應設備的故障或現場瓦斯?jié)舛惹闆r，以及時采取措施，避免重大事件的發(fā)生。

圖5 采用CDMA通信傳輸終端的煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)框圖

1、遠程CDMA1X網點：

在本系統(tǒng)里面，并不是每一個現場的傳感器都配有一個CDMA DTU，因為現場的傳感器在井下，它們所采集的數據通過總線的方式集中地上傳到井上。通常現場的傳感器上都帶有串口，這樣井下可以通過RS485總線來進行采集數據的傳輸。當總線上傳到井上時，只需要通過一個RS485/232轉換器就可以直接與DTU進行連接，因為DTU內嵌了完整的TCP/IP協(xié)議，為單片機、PLC、各種儀器儀表等設備提供全透明端口數據傳輸模式，直接可以將這些數據傳送給具有固定IP地址的服務器上面。

2、數據中心：

a）公網接入方案

服務器采用公網方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等，申請公網固定IP地址；可以實現中小容量的數據采集應用。

b）專網接入方案

服務器采用省移動通信公司提供的DDN專線, 申請配置固定IP地址，與CDMA網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當信息采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現大容量數據采集應用。

（三）產品特性

EC2881 CDMA無線數據終端是在我司在原有的CDMA無線通信終端產品基礎上，采用新的軟硬件技術而研發(fā)出來的一款性能更為優(yōu)異的產品。該產品可為用戶提供高速、永遠在線/用戶定制、透明數據傳輸的虛擬專用數據通信網絡。主要針對電力系統(tǒng)自動化、工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象、環(huán)保、管網監(jiān)控、金融、證券等行業(yè)部門的應用，利用CDMA 1X網絡平臺實現數據信息的透明傳輸，同時考慮到各應用部門組網方面的需要，在網絡結構上實現虛擬數據專用網。特別適合中心對多點、點多分散的中小數據量的傳輸。

1、支持CDMA 800MHz單頻

2、提供RS232接口

3、153.6kbps最高數據傳輸率

4、透明數據傳輸，數據終端永遠在線或工作模式選擇

5、支持虛擬數據專用網

6、支持IP地址

7、短信息服務(SMS)，支持text和unicode格式，符合CMT-95標準

8、通道隔離設計，完全避免各種干擾

9、短信息遠程控制，方便監(jiān)控

10、支持近端/遠程配置與維護

11、全部采用工業(yè)接口

12、先進的電源技術，輸入電壓范圍寬

13、全優(yōu)的電磁兼容設計，適合電磁環(huán)境惡劣和要求較高的應用需求

14、整機低功耗技術

15、硬件看門狗設計，防止死機

16、內置防浪涌、防過流設計

17、抽屜式UIM卡插座，方便更換UIM卡

18、安裝靈活、使用方便、可靠。

三、結論

在傳統(tǒng)煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上，采用CDMA 數據傳輸終端來代替井上部分總線，這樣可以在煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的建設過程中改變井上部分數據傳輸方式，不但可以節(jié)約大量的硬件成本、運行成本和維護成本，同時也增加了一種新的險情的報告方式，更有利于嚴重事故的及時發(fā)現與及時處理。