图1 检查分析原理
经验交流
刘传安1, 刘建1, 都永正2
(1.国家安全生产监督管理总局 通信信息中心, 北京 100013；2.中国矿业大学(北京) 资源与安全工程学院, 北京 100083)
摘要：为提高对煤矿安全监控系统检查分析的智能化水平，设计了一种可对不同厂家的安全监控系统进行便捷检查分析的信息化装备。根据数据对接标准规范要求，对不同厂家的煤矿安全监控系统的历史数据进行初步处理，然后用加密锁验证；通过验证后，将数据采集到加密存储区；通过数据分析软件对采集的数据进行一键式统计分析，从而实现对煤矿安全监控系统的检查和分析。
关键词：煤矿安全监控系统； 便捷检查分析； 数据对接标准规范； 数据采集； 数据分析
煤矿安全监控系统可监测甲烷浓度、风速、风压、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主要通风机开停等；当瓦斯超限或局部通风机停止运行或掘进巷道停风时，系统可自动切断相关区域的电源并闭锁，同时报警；该系统还具有煤与瓦斯突出预警、火灾监控与预警、矿山压力监测与预警等功能[1-6]。根据国务院颁布的《关于进一步加强企业安全生产工作的通知》(国发﹝2010﹞23号)和国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局颁布的《关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》(安监总煤装﹝2010﹞146号)要求[7-9]，各大煤矿应建设完善煤矿安全监控等安全避险“六大系统”，全面提升煤矿安全保障能力。煤矿安全监控系统普及应用之后，煤矿安全生产形势明显好转，事故总量、死亡人数、百万吨死亡率、重特大事故数等均大幅下降。然而，由于煤矿安全监控系统整体利用情况不平衡，因监控系统失效导致的重特大事故仍有发生。安全监控系统的重要作用未能得到充分发挥，存在煤矿现场管理不到位、探头数量不足、超限不报警、断点不可靠等现象[10-12]。为提高煤矿安全监管监察人员对安全监控系统智能化检查和分析的水平，促进煤矿安全监控系统的有效使用，本文设计了一种可对不同厂家的安全监控系统进行便捷检查分析的信息化装备。
煤矿安全监控系统检查分析装备的原理如图1所示。根据数据对接标准规范要求，数据采集软件对不同厂家的煤矿安全监控系统的历史数据进行初步处理，然后用加密锁验证；通过验证后，数据采集装置将其采集到加密存储区；数据分析软件对采集的数据进行一键式统计分析，并自动生成煤矿安全监控系统检查分析报告。
图1 检查分析原理
由于煤矿安全监控系统开发厂家众多，各个厂家不同时期安全监控系统的型号也不尽相同，要想顺利采集不同厂家安全监控系统的历史数据，首先必须编制数据对接标准规范。数据对接标准规范主要解决以下问题：
(1) 历史数据提取规则。为使安全监控系统数据分析结果准确，首先要保证数据来源真实可靠，其次要对真实数据进行归类及简化处理，因此，选用测点历史数据中5 min的统计数据作为数据源。
(2) 所提取数据的内容及格式要求。数据的主要内容包括测点配置信息、测点断电器关联关系、模拟量历史记录、开关量状态变动记录、异常数据(包括模拟量和开关量报警、断电、故障)记录和系统操作日志等，以CSV格式文件形式存放，文件中的汉字统一使用GBK字符集，英文、数字、符号统一使用ASCII码。
(3) 数据接口程序实现方式。数据采集装置通过USB接口接入安全监控系统主机，并以Socket方式实现通信。数据采集装置通过USB数据线接入安全监控系统主机(或双机热备的备机)后，运行Client端程序，安全监控系统主机自动启动Server端服务程序，实现Socket服务调用。
(4) 数据接口程序通信规则。首先，Client端发送提取测点信息请求，Server端收到提取测点信息请求后，开始传送信息，每条信息包括测点ID、编号、名称、地点等，字段之间以半角“,”分隔，每条记录之间以半角“;”分隔。
3.1 数据采集装备
数据采集装备如图2所示。加密锁芯片烧制在PCB电路板中，数据采集软件存储并安装在只读虚拟光驱中，只读虚拟光驱也一并集成在PCB电路板中。PCB电路板通过USB接口导入、导出并加密存储数据。
1-外壳前盖；2-PCB电路；3-外壳；4-外壳后盖
图2 数据采集装备
选用闪存4S加密锁，其是在采用智能卡技术的基础上集成闪存功能的加密产品，具备精锐加密锁的全部功能及集成的大容量存储功能，具有安全性强、可靠性高等特性。加密原理：4S加密锁支持代码移植功能，即可以将数据对接程序中最重要的代码从程序中挖走并移植到4S加密锁内部，当数据对接程序需要执行此段代码时，通过API函数在4S加密锁内部执行。这些被移植的代码不会在计算机中留有痕迹，且具有防复制功能。
3.2 数据采集软件
数据采集软件采用JAVA语言编写，可以跨平台运行。其主要功能是提取不同厂家煤矿安全监控系统的数据，并将数据存储在数据采集装备的加密存储区。数据采集软件总体功能架构如图3所示。
图3 数据采集软件总体功能架构
数据采集软件主要包含数据导入、接口服务管理及系统帮助等功能模块。数据导入采用一键导入模式，如图4所示。点击“导入”按钮，软件启动通信模式，在请求得到应答后，数据接口程序自动生成6个CSV格式的数据文件，然后直接拷贝到数据采集装备的加密存储区。接口服务管理模块用来对各个厂家安全监控系统的接口程序进行安装、添加及删除。
图4 数据采集软件一键导入界面
3.3 数据分析软件
数据分析软件基于.NET环境，应用WPF技术实现人性化交互界面。该软件需要处理大量数据，因此，采用SQLite文件数据库模式。数据分析软件的功能架构如图5所示。
图5 数据分析软件总体功能架构
数据分析软件由系统管理、检查分析和检查报告生成等模块组成。系统管理模块主要有用户管理、数据管理和数据共享等功能。数据共享功能可为以后的大数据分析提供数据传输基础。
检查分析模块主要依据AQ 6201—2006《煤矿安全监控系统通用技术要求》和AQ 1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》要求设计，具有一键检查分析、测点定义检查、瓦斯超限报警检查、瓦斯超限断点检查、测点恒指不变检查等功能[13-15]。一键检查分析功能可以自动统计分析出测点有效性、控制有效性、数据异常及风电控制有效性等情况。
检查报告生成模块主要具有检查报告生成及历史检查报告查看等功能。
部分煤监机构对安全监控系统便携检查分析装备进行了试用，成效如下：
(1) 该装备携带便捷、操作简单，可一键统计、分析、判断煤矿使用安全监控系统过程中的违法违规行为，并自动生成检查分析报告，避免人为分析、判断的误差，为科学规范执法提供了技术支持。
(2) 该装备可快速检查分析出煤矿企业使用安全监控系统时是否正常标校、测点限值设置是否合理、馈电器和断电器是否正常、是否故意遮挡传感器、是否人为篡改运行数据、是否空运行等状况。
(3) 该装备实现了对安全监控系统历史海量数据的无死角分析，极大震慑了个别煤矿企业在安全监控系统运行过程中弄虚作假的行为，尤其是发生瓦斯事故后，可直接从主机或备机中读取历史数据，分析安全监控系统运行及瓦斯积聚情况，为事故责任定性提供证据。
介绍了煤矿安全监控系统检查分析装备的原理，编制了数据对接标准规范，设计了数据采集装置、数据采集软件和数据分析软件。该装备实现了对各个厂家煤矿安全监控系统的智能化分析，是对煤矿信息化系统进行检查分析的有益尝试，对于提升政府监察执法信息化水平、提高政府监察执法公信力意义深远。
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Design of convenient inspection and analysis equipment for coal mine safety monitoring and control system
LIU Chuan'an1， LIU Jian1， DU Yongzheng2
(1.Communication and Information Center, State Administration of Work Safety, Beijing 100013,China; 2.School of Resources and Safety Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China)
Abstract：In order to improve intelligence level of inspection and analysis of coal mine safety monitoring and control system, a kind of informationization equipment which can achieve convenient inspection and analysis of safety monitoring and control systems of different manufacturers was designed. According to requirements of data docking standard specification, historical data of coal mine safety monitoring and control system of different manufacturers are preliminarily processed and then verified by encrypted lock. After verification, the data are collected to encrypted storage area and then analyzed by data analysis software to achieve inspection and analysis of coal mine safety monitoring and control system.
Key words：coal mine safety monitoring and control system; convenient inspection and analysis; data docking standard specification; data acquisition; data analysis
文章编号：1671-251X(2017)03-0074-04
DOI：10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.017
收稿日期：2016-11-01；
修回日期：2017-01-13；责任编辑：胡娴。
基金项目：“十二五”国家科技支撑基金项目(2015BAK38B01)。
作者简介：刘传安(1986-)，男，山东巨野人，硕士研究生，主要研究方向为安全监控系统、煤矿安全监察信息化等，E-mail:liuca@chinasafety.gov.cn。
中图分类号：TD76
文献标志码：A
网络出版：时间：2017-02-28 17:11
网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20170301.1515.017.html
刘传安,刘建,都永正.煤矿安全监控系统便捷检查分析装备设计[J].工矿自动化，2017,43(3)：74-77.