ＫＪ２００５煤井監控系統軟件的設計與實現

摘要：針對目前中小型煤井的需求，結合計算機技術和網絡技術，采用模塊化設計在VC++6.0下開發了KJ2005煤井監控系統。對該軟件的主要模塊進行了簡單介紹，并詳細介紹了其串口通信接口程序的設計，給出了部分通信源碼。應用表明，該系統簡單、實用，能及時為用戶提供準確信息，能動地減少了事故發生。

關鍵詞：煤井；監控軟件；模塊化設計；控制中心；串口通信

中圖法分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1001－3695(2006)09－0185－02

煤礦生產，安全第一，這是煤井生產的宗旨。但由于我國地質條件惡劣，47%的礦井屬于高瓦斯或瓦斯突出礦井，加上我國的煤井安全技術十分落后，導致煤礦事故頻繁發生[1]。KJ2005是一個針對礦井安全、生產監控的分布式計算機監控系統，能對礦井下的瓦斯、風速等各種環境參數進行實時采集、分析處理、動態顯示、統計數據、超限報警、斷電控制和統計報表的查詢打印，并及時處理一些突發事件和自然災害，同時為監控者提供準確信息，有效地指導生產。

1總體設計

1．1系統結構簡介

KJ2005系統由地面控制中心、軟件系統、網絡系統、數據傳輸系統和井下智能終端和各種傳感器組成。其中地面控制中心是由地面連網的兩臺計算機，即監控主機和副機，當主機出現故障時，副機立即代替主機進行監控。井下智能終端是以一個單片機系統為控制中心，負責對所接地傳感器巡測并采集各測點傳感器信號，進行數據預處理和數據打包，通過網絡傳輸到地面控制中心，同時接收控制中心的控制命令，實現井下的風電瓦斯閉鎖，引發各種報警信號。系統主機不斷地把接收的各分站測點數據實時處理、顯示并定時存入數據庫。系統構成如圖1所示。

1．2監控軟件的總體設計

根據系統分析確定的目標和功能，采用模塊化設計方法，進行了系統的界面結構設計。本系統界面由多個模塊組成，每一個模塊完成一項獨立的功能，但模塊與模塊之間通過數據相關聯，其余的模塊被各界面模塊調用[2，3]。其關系如圖2所示。

2主要功能模塊簡介

2．1分站生成、修改、移動和刪除模塊

在載入礦井站點布置圖作為軟件主界面后，在界面相應的位置添加各測點及初始化相關參數。對于模擬量測點，需要定義其所在的分站號、采集點、測點屬性、數據范圍、采集范圍、斷電值、復電值和遙控斷電點等；對于開關量測點和斷/復點控點，需要定義其所在的分站號、采集點、測點屬性和斷電遙控點等。系統定義的所有測點可以隨時調看、查詢、修改、移動和刪除。運行后，各模擬站點顯示其當前值，若出現越界則變紅色報警，各開關量測點上分別顯0，1表示斷、合狀態，若出現斷合轉換則變成紅色，如圖3所示。

圖3軟件主界面圖

2．2信息顯示模塊

完成各站點各測點的生產工況圖、實時曲線和當前各測點的數據顯示。在本系統中，以屬性頁的方式將各個站點分開，每一個屬性頁顯示某站點所有測點的值、報警信息顯示和每一個模擬量測點的實時曲線。

2．3數據管理模塊

采集來的數據主要存放在數據庫中，方便用戶查詢各歷史數據、數據的曲線顯示和打印功能。在界面左邊以樹型控件選擇所要查詢的站點或測點，根據選擇的日歷控件里的時間，選擇某站點則顯示在這一天里該站點的所有測點的數據和報警信息，選擇某測點則顯示在這一天的數據生成的曲線。

2．4交叉斷電模塊

兩個或者多個站點需進行一對多或多對一的控制，所以采用分站之間交叉斷電。例如當站點A與站點B，C關聯，而B又與D關聯，則當A出現斷電時，B，C均斷電。數據表中的匹配過程是先找與A相關聯的站點B，C，將其斷電，再去分別匹配與B，C相關聯的站點，將與其相關聯的站點也斷電，依此類推。

2．5串行通信模塊

完成數據通信并對所收到的數據進行處理、分析、存盤。從分站接收到的數據，對數據進行范圍轉換后存放到事先定義好的結構體內，并檢查每個模擬量測點的值是否超限，若超限則置報警標志并報警再將設置的斷電遙控點斷電；每隔一分鐘把內存中的數據存盤一次。該軟件正常使用時，系統除正在進行初始化的分站外均處于長期連續運行狀態，通過串行口接收各分站傳輸來的數據的工作一直在進行。

3通信接口程序設計

在本監控系統中控制的核心是地面控制中心，監控機經過通信接口與各分站進行通信，此過程包括兩部分：①主機向分站發送命令，叫做數據下行；②分站向主機回傳數據，叫做數據上行。通信的基本協議如下：

（1）命令①是數據采集命令，即采集各站點的各傳感器數據，包括各站點的模擬信號和各開關量的狀態，反映當前信息；

（2）命令②是時間校正命令，即不定時對各站點的時間進行校正，保證與主機同步；

（3）命令③是遙控命令，即根據采集的各測點的值與設定的值比較，對各斷/復電儀進行控制，及時改變井下環境，如通風、通氧、排水等；

（4）命令④是得到時間、事件個數N，為接收命令⑤前設置要接收的字符數，因為通信使用的是MSComm控件，設置SetRThreshold（）才能準確接收數據；

（5）命令⑤是接收時間、事件命令，即接收各站點的各開關量的開合變化的反饋。

在編程中將傳統的接收緩存區數據的語句VARIANTvaria－nt_inp=m_Comm.GetInput()改為m_input2.Attach(m_Comm.GetInput())(m_input2是COleSafeArray型的變量)，這樣可以減少由VARIANT型變量引起的內存增加問題[4]。其中命令④和命令⑤的配合接收時間、事件記錄的部分代碼如下：

switch(m_Comm.GetCommEvent())

{

m_input2.Attach(m_Comm.GetInput());

length=m_input2.GetOneDimSize();//確定數據長度

z=0;

m_input2.GetElement(z，data+z);

rxCommand=data[z];//得到第一個字節

ValidateRxCommand=rxCommand0x7F;

//判斷命令①和③中有沒有命令④

if(ValidateRxCommand!=rxCommand)//有命令④

{

rxCommand=rxCommand128;

//將隱含有命令④的命令①或③復原

ExistOrder4=1;//標志存在命令④

}

switch(rxCommand)

{

case4：//請求時間記錄命令，對命令④的上行數據進行處理

for(i=0;i

{

m_input2.GetElement(i，data+i);

}

for(i=0;i<6;i++)

{

CheckAcceptData[i]=data[i];

}

m_nEventStation=(int)CheckAcceptData[1];//標志站點號

if(FCS(CheckAcceptData，6)==(char)CheckAcceptData[5])

//校驗

{

KillTimer(8);//關閉定時重發命令④的定時器

iFlag[3]=0;//標志命令④接收成功

iFlag[4]=4;//標志判斷命令④接收后是否接收了命令⑤

m_nEvent=(int)CheckAcceptData[4];//得到有多少個事件

m_nWidth=5*m_nEvent+2;

m_Comm.SetRThreshold(m_nWidth);//為接收命令⑤設門檻

iCount[4]=0;//接收后將重發三次的標志位清0

SetTimer(9，2000，NULL);

//2s后沒有成功收命令⑤則重發命令④

break;

case5：//接收事件時間記錄

for(i=0;i

{

m_input2.GetElement(i，data+i);

}

for(i=0;i

{

CheckAcceptData[i]=data[i];

}

if(FCS(CheckAcceptData，m_nWidth)==(char)data[(m_n－Width1)])//校驗

{

KillTimer(9);//關閉重發命令④的定時器

iFlag[4]=0;//表示接收到正確的命令⑤將iFlag[4]恢復為0

iCount[5]=0;//表示接收到正確的命令⑤將重發次數清0

BYTEDataEvent[8];

for(intj=0;j<(int)(m_nWidth/5);j++)

{

for(inti=0;i<5;i++)

{

DataEvent[i］=CheckAcceptData[j*5+i+1];

}

SaveEvent(m_nEventStation，(int)DataEvent[0]，DataEvent[4]);//保存數據到內存

}

SendNextOrder();//引發事先約定好的優先級發下一個命令的函數

}

break;

}

}

4結論

由計算機技術和網絡化技術形成的KJ2005煤井監控系統是一種適合于中小型煤礦的計算機監控調度系統。該系統軟件緊跟監控軟件的發展潮流，使用方便、界面友好，如圖3所示。它能幫助監控者了解礦井主要生產設備和運行環境參數，能動地分析、預防事故的發生，對提高煤井的生產效率和降低煤井事故和加快煤井的現代化建設均有著重要意義。

參考文獻：

［1］劉志寒，姚萌.煤礦安全實時監測系統研究與應用[J].煤礦現代化，2004，1(6)：4345.

［2］AntonEliens.PrinciplesofObjectOrientedSoftwareDevelopment[M].Beijing：ChinaMachinePress，2003.

［3］DavidJKruglinski，ScotWingo，GeorgeShepherd.VisualC++技術內幕[M].北京：北京希望電子出版社，2002.［4］龔建偉，雄光明.VisualC++/TurboC串口通信編程實踐[M].北京：電子工業出版社，2004.4669.

作者簡介：

張定華(1979)，男，湖南雙峰人，碩士，主要研究方向為復雜系統建模與優化；桂衛華(1950)，男，湖北武漢人，教授，博導，主要研究方向為大系統理論、復雜生產過程的建模及優化控制等；胡志坤(1976)，男，湖北鄂州人，講師，博士，主要研究方向為數據挖掘與優化算法；彭勃(1980)，男，湖南益陽人，碩士，主要研究方向為系統建模和控制軟件開發。