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[摘 要]为了实现预防瓦斯等事故，提高煤矿安全监管水平为目标，本文采用了计算机远程联网技术、JSP技术、Ajax技术、Socket网络编程技术和Java Web技术，对晋煤监控联网系统需求分析与总体设计。
[关键词]煤矿安全监控；联网系统；设计
中图分类号：TP393.06 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0047-01
1前言
山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司下辖的多个煤矿，不同矿的监控系统也不完全相同。其中十一个矿安装的是镇江中煤电子有限公司的KJ101系统，两个矿安装的是南京富邺科技有限公司的KJ90系统。各矿的监控主（备）机通过大屏对井下监控分站进行监测监控，可对传感器的数量、类型、参数等进行设置，还可以执行断电和闭锁。矿之间是一个大的局域网。虽然各矿自身已是网络化监测监控，但也只是针对单个矿井而设立，各矿井并不与外界进行数据交互，系统各自处于封闭状态，而且没有统一的通信协议。由于没有在局一级联网，即集团公司没有对各矿进行联网，因此集团公司主管部门不能对各矿井进行实时监测和管理。
2系统需求分析
各矿监控系统联网的目的是在集团公司内部建立安全生产监控的监管网络，使集团公司内各级安全管理部门都能够实时监测生产状况，能够及时发现和及时处理安全隐患，为防治瓦斯等事故构筑多道防线，避免或减少事故发生。针对集团公司的要求和各矿监控系统的情况，基本需求如下：（1）联网系统具有较高的安全可靠性；（2）联网系统能够实现不同类型的监控系统的数据整合；（3）联网系统能够提供专业的数据图形分析和数据报警处理功能；（4）联网系统必须具有采集数据的准确性和完整性；（5）联网系统采集数据的实时性；（6）联网系统具有海量数据处理能力；（7）可以通过移动客户端查看重要测点和超限测点数据。
3系统总体设计
一个典型的联网系统一般具有三层结构，可以实现实时监控、报警和历史数据查询等功能。联网系统总体功能框架有基于B/S模式的多层体系结构和采用三层结构体系的，三层结构是在传统两层结构的基础上加入一个（或多个）中间件层。它将Client/Server体系结构中原本运行于客户端的应用程序移到了中间件层，客户端只负责显示与系统交互的界面及少量的数据处理（如数据合法性检验）工作。客户端将收集到的信息（请求）提交给中间件服务器，中间件服务器进行相应的业务处理（包括对数据库的操作），再将处理结果反馈给客户机。三层结构具有客户端零维护、可扩展性好、安全性好、资源利用率高的特点。
结合现有的硬件设施，集团煤矿安全监控联网系统采用的是Client/Server（C/S）结构与Browser/Server（B/S）结构并存的体系结构。采用C/S结构是出于对系统数据的完整性与安全性以及运行速度的考虑，C/S结构可以实现对整个系统的监测、控制与管理的功能。但C/S结构的跨平台性差，并且缺乏开放性，由此引入了B/S结构，B/S结构可以方便地利网络进行查询与浏览。
这种C/S与B/S共存的体系结构，可以有效的实现两种体系结构的优势互补，增强系统的信息服务功能。按照上述体系结构，整个软件系统设计为两个子系统数据采集与存储子系统、数据实时监控与分析子系统。
数据采集与存储子系统采用C/S结构主要分为矿上的数据采集程序和集团公司服务器端的存储系统。该子系统主要负责将矿上的各种数据传送到集团公司服务器，服务器接收到数据之后分类存储在数据库中。数据实时监控与分析子系统采用B/S结构主要是对采集程序上传的数据进行监测管理，为用户提供数据分类显示和报警（瓦斯含量超限、风机停等）、数据曲线分析等。
4 系统硬件架构
集团安全监控联网系统的硬件结构由矿端的工控机（数据采集系统）和集团公司端的服务器（数据实时监控与分析子系统）两部分组成，数据传输基于以太网实现。
整个网络系统的主干网为光纤网，实现了主干为千兆，百兆到桌面。核心交换机选用杭州华三通信技术有限公司的H3C8805，IPS选用H3C的7506，核心交换机经过IPS后和各个矿相连，各矿本地使用Cisco的3750交换机，形成环网。而在矿端，为了防止局域网内出现病毒并攻击监控主机和备机，我们为监控主机和备机单独划分了网段，使用与其他电脑划不同的vlan，最大限度的保障了传输的安全可靠。
H3C SR8800系列路由器是H3C公司基于对用户业务应用的充分调研和深刻理解而推出的万兆核心路由产品，主要应用在IP骨干网、IP城域网以及各种大型 IP网络的核心和汇聚位置。SR8800系列核心路由器具有强大的转发性能和丰富的业务特性全面满足用户各种组网应用的需求。SR8800采用了平面分离和三引擎转发的设计理念，通过基于分布式的高性能网络处理器（NP）硬件转发和大容量Crossbar无阻塞交换技术，保障了系统的高处理性能和灵活的扩展能力；通过分布式的专用QoS控制单元，为所承载的核心业务提供精细化控制和端到端服务保证；通过分布式OAM检测引擎，实现了50ms故障切换，保障所承载业务不中断运行。可以保障整个矿区的网络畅通运行，确保联网系统的数据传输不会轻易出现中断。其中底层是以各个矿区的监测监控系统工业网络为主。包括井下的传感器系统、数据采集系统、工控機系统、智能监控与预测维修软件系统、通信软件与硬件系统、监控软件系统。
5系统软件体系及功能设计
集团安全监控联网系统的软件结构由操作系统、数据库、客户端软件（数据采集程序）、集成开发环境组成。软件体系采用C/S结构和B/S结构两种体系结构并存的形式。集团公司各相关单位通过B/S模式浏览监测主页面，向Web服务器发送请求后，Web服务器向应用服务器（和数据库共用一个服务器）发送请求，应用服务器从数据库中调取所需数据，然后反馈给Web服务器，最后服务器返回给浏览器。如图1是系统架构图。
系统基于Java Web技术进行开发，采用TCP/IP标准协议，提供开放的、标准的接口，支持第三方的系统集成。满足煤矿集团公司、煤炭生产管理部门、安全监管部门对井下安全环境的有效监督管理。
矿端的数据采集程序把接口文件的数据上传到数据库服务器中的数据处理程序，数据库服务器把数据提供给Web服务器。整个软件系统设计为三个子系统：数据采集与存储、数据实时监控与分析、移动客户端功能模块设计。
集团公司要求所有生产安全监测监控系统的厂家按照《河南省煤矿瓦斯监测监控技术标准》和《瓦斯传输协议要求》提供该系统的接口程序，并配合监测监控联网系统将接口程序生成的文件提供给数据采集上传程序。
6总结
本文结合集团的实际情况，设计出一套满足需求的网络信息系统，便于集团的信息化发展，有利于安全生产。
[关键词]煤矿安全监控；联网系统；设计
中图分类号：TP393.06 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0047-01
1前言
山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司下辖的多个煤矿，不同矿的监控系统也不完全相同。其中十一个矿安装的是镇江中煤电子有限公司的KJ101系统，两个矿安装的是南京富邺科技有限公司的KJ90系统。各矿的监控主（备）机通过大屏对井下监控分站进行监测监控，可对传感器的数量、类型、参数等进行设置，还可以执行断电和闭锁。矿之间是一个大的局域网。虽然各矿自身已是网络化监测监控，但也只是针对单个矿井而设立，各矿井并不与外界进行数据交互，系统各自处于封闭状态，而且没有统一的通信协议。由于没有在局一级联网，即集团公司没有对各矿进行联网，因此集团公司主管部门不能对各矿井进行实时监测和管理。
2系统需求分析
各矿监控系统联网的目的是在集团公司内部建立安全生产监控的监管网络，使集团公司内各级安全管理部门都能够实时监测生产状况，能够及时发现和及时处理安全隐患，为防治瓦斯等事故构筑多道防线，避免或减少事故发生。针对集团公司的要求和各矿监控系统的情况，基本需求如下：（1）联网系统具有较高的安全可靠性；（2）联网系统能够实现不同类型的监控系统的数据整合；（3）联网系统能够提供专业的数据图形分析和数据报警处理功能；（4）联网系统必须具有采集数据的准确性和完整性；（5）联网系统采集数据的实时性；（6）联网系统具有海量数据处理能力；（7）可以通过移动客户端查看重要测点和超限测点数据。
3系统总体设计
一个典型的联网系统一般具有三层结构，可以实现实时监控、报警和历史数据查询等功能。联网系统总体功能框架有基于B/S模式的多层体系结构和采用三层结构体系的，三层结构是在传统两层结构的基础上加入一个（或多个）中间件层。它将Client/Server体系结构中原本运行于客户端的应用程序移到了中间件层，客户端只负责显示与系统交互的界面及少量的数据处理（如数据合法性检验）工作。客户端将收集到的信息（请求）提交给中间件服务器，中间件服务器进行相应的业务处理（包括对数据库的操作），再将处理结果反馈给客户机。三层结构具有客户端零维护、可扩展性好、安全性好、资源利用率高的特点。
结合现有的硬件设施，集团煤矿安全监控联网系统采用的是Client/Server（C/S）结构与Browser/Server（B/S）结构并存的体系结构。采用C/S结构是出于对系统数据的完整性与安全性以及运行速度的考虑，C/S结构可以实现对整个系统的监测、控制与管理的功能。但C/S结构的跨平台性差，并且缺乏开放性，由此引入了B/S结构，B/S结构可以方便地利网络进行查询与浏览。
这种C/S与B/S共存的体系结构，可以有效的实现两种体系结构的优势互补，增强系统的信息服务功能。按照上述体系结构，整个软件系统设计为两个子系统数据采集与存储子系统、数据实时监控与分析子系统。
数据采集与存储子系统采用C/S结构主要分为矿上的数据采集程序和集团公司服务器端的存储系统。该子系统主要负责将矿上的各种数据传送到集团公司服务器，服务器接收到数据之后分类存储在数据库中。数据实时监控与分析子系统采用B/S结构主要是对采集程序上传的数据进行监测管理，为用户提供数据分类显示和报警（瓦斯含量超限、风机停等）、数据曲线分析等。
4 系统硬件架构
集团安全监控联网系统的硬件结构由矿端的工控机（数据采集系统）和集团公司端的服务器（数据实时监控与分析子系统）两部分组成，数据传输基于以太网实现。
整个网络系统的主干网为光纤网，实现了主干为千兆，百兆到桌面。核心交换机选用杭州华三通信技术有限公司的H3C8805，IPS选用H3C的7506，核心交换机经过IPS后和各个矿相连，各矿本地使用Cisco的3750交换机，形成环网。而在矿端，为了防止局域网内出现病毒并攻击监控主机和备机，我们为监控主机和备机单独划分了网段，使用与其他电脑划不同的vlan，最大限度的保障了传输的安全可靠。
H3C SR8800系列路由器是H3C公司基于对用户业务应用的充分调研和深刻理解而推出的万兆核心路由产品，主要应用在IP骨干网、IP城域网以及各种大型 IP网络的核心和汇聚位置。SR8800系列核心路由器具有强大的转发性能和丰富的业务特性全面满足用户各种组网应用的需求。SR8800采用了平面分离和三引擎转发的设计理念，通过基于分布式的高性能网络处理器（NP）硬件转发和大容量Crossbar无阻塞交换技术，保障了系统的高处理性能和灵活的扩展能力；通过分布式的专用QoS控制单元，为所承载的核心业务提供精细化控制和端到端服务保证；通过分布式OAM检测引擎，实现了50ms故障切换，保障所承载业务不中断运行。可以保障整个矿区的网络畅通运行，确保联网系统的数据传输不会轻易出现中断。其中底层是以各个矿区的监测监控系统工业网络为主。包括井下的传感器系统、数据采集系统、工控機系统、智能监控与预测维修软件系统、通信软件与硬件系统、监控软件系统。
5系统软件体系及功能设计
集团安全监控联网系统的软件结构由操作系统、数据库、客户端软件（数据采集程序）、集成开发环境组成。软件体系采用C/S结构和B/S结构两种体系结构并存的形式。集团公司各相关单位通过B/S模式浏览监测主页面，向Web服务器发送请求后，Web服务器向应用服务器（和数据库共用一个服务器）发送请求，应用服务器从数据库中调取所需数据，然后反馈给Web服务器，最后服务器返回给浏览器。如图1是系统架构图。
系统基于Java Web技术进行开发，采用TCP/IP标准协议，提供开放的、标准的接口，支持第三方的系统集成。满足煤矿集团公司、煤炭生产管理部门、安全监管部门对井下安全环境的有效监督管理。
矿端的数据采集程序把接口文件的数据上传到数据库服务器中的数据处理程序，数据库服务器把数据提供给Web服务器。整个软件系统设计为三个子系统：数据采集与存储、数据实时监控与分析、移动客户端功能模块设计。
集团公司要求所有生产安全监测监控系统的厂家按照《河南省煤矿瓦斯监测监控技术标准》和《瓦斯传输协议要求》提供该系统的接口程序，并配合监测监控联网系统将接口程序生成的文件提供给数据采集上传程序。
6总结
本文结合集团的实际情况，设计出一套满足需求的网络信息系统，便于集团的信息化发展，有利于安全生产。