1、矿井水文动态监测智能预警系统矿井水文动态监测智能预警系统系 统 介 绍西安科技大学应用技术研究所陕西富源自控设备有限公司目录目录 2前言 4第一章 产品介绍 5第二章 系统组成原理 62.1 系统拓扑结构图 62.2 系统组成 72.2.1 数据处理主站 72.2.2 数据通讯 系统 72.2.3 各种数据采集分站 72.3 系统功能 82.3.1 主站功能 82.3.2 数据通讯系统功能 82.3.3 分站功能 92.3.4 电子便携式水位计介绍 92.3.5 防爆明渠流量仪介绍 102.4 主要技术指标 102.5 系统特点 11第三章 数据处理软件系统介绍 133.1 系统的配置要求 1
2、33.2 系统的安装 133.3 系统的使用 133.3.1 系统启动 133.3.2 系统设置 143.3.3 系统的数据处理 153.3.4 系统的图形处理 163.3.5 系统的报表处理 17第四章 网络发布软件介绍 194.1 用户登陆界面 194.2 用户浏览主界面 204.3 实时数据浏览界面 204.4 历史数据查询界面 214.5 图形分析处理界面 214.6 数据下载界面 22第五章 系统安装介绍 235.1 安装前的准备 235.1.1 地面观测点的安装 235.1.2 井下观测点安装 245.2 主站安装 245.3 分站安装 245.3.1 地面水位水温遥测.自动记录混
3、合系统分站 245.3.2 井下明渠流量有线遥测.自动记录混合分站 255.3.3 井下管道压力、温度有线遥测.自动记录混合分站 265.4.4 井下管道流量、压力温度有线遥测.自动记录混合分站 26第六章 系统仪器使用方法 276.1 数据通讯设备使用方法 276.2 分站使用方法 286.2.1 地面水位水温遥测.自动记录混合系统分站 286.2.2 井下明渠流量有线遥测.自动记录混合分站 316.2.3 井下管道压力、温度有线遥测.自动记录混合分站 356.2.4 井下管道流量、压力温度有线遥测.自动记录混合分站 37前言随着我国国民经济的快速发展，煤炭的开采量在不断地增加，开采层位也愈
4、来愈深，时常发生矿井突水事件，给人民生命财产带来严重损失，地下水已成为威胁煤矿安全生产的重要因素。因此，对煤矿地下水位的实时监测和有效管理显得尤为重要。随着传感器技术和数据通讯技术的发展，一个精度更高、实时性更强、运行更可靠、自动化程度更高，能够连续长期测量并利用计算机分析、辅助决策的，适用各种不同环境的水位（水压）、水温，管道流量，明渠流量等数据进行时实测量和采集，对矿井水害进行及时预报的矿井水文动态智能预警系统，对于及时掌握地下水动态、保证矿井的安全具有重要的现实意义。由于矿井现场属于特殊作业区，因此矿区主管部门和有关上级部门的领导和技术人员不能及时的了解井下水文状态。鉴于煤矿各单位和矿务
5、局对水文监测信息的网络共享和远程监测的需要，以西安科技大学计算机系为依托，综合应用计算机科学、水文科学、通讯技术和信息处理技术，研发、设计了用于动态水文多参数水文数据的采集和监测的硬件和软件系统。矿区主管部门和有关上级部门只需通过企业局域网或Internet，就可以及时掌握矿井水文的参数信息，对于煤矿的事前预测、事中生产、事后救援工作都起到了参考作用，对煤矿地下水水位的变化情况也能做到全面的认识和理解，对后继工作的展开和领导层的决策起到指导性作用。陕西富源自控设备有限公司以西安科技大学计算机系为依托，是以机电一体化仪器仪表研制生产为主业，计算机软硬件开发为方向、网络工程为先导的科技型企业。本公
6、司具有雄厚的科研技术实力，完善的售后服务体制，本着用户至上、精益求精的原则竭诚为煤炭、地矿、环保、石油、水利、核工业、城市供水等行业提供优质的产品和服务。第一章 产品介绍陕西富源自控设备有限公司是专门从事水文仪器开发研制的专业公司，开发研制的新一代XY-II多功能监测系统，与不同类型的传感器配套，便可构成不同的监测系统，目前我公司以XY-II多功能监测仪为主机形成批量生产的水文系列产品有：（1）XY-II地面水位水温遥测.自动记录混合系统；（2）XY-II矿井水文动态监测智能预警系统（3）XY-II井下明渠流量有线遥测.自动记录混合分站；（4）XY-II井下管道压力、温度有线遥测.自动记录混合
7、分站；（5）XY-II井下管道流量、压力温度有线遥测.自动记录混合分站；（6）XY-II便携式明渠流量仪；（7）XY-II便携式电子水位计。以上产品已在数十家单位获得应用，取得了良好的效果。已成功地应用于：煤矿系统：沈阳矿务局、龙口矿务局北皂矿、山东巨野县水源地抽水试验项目、兖矿集团东滩煤矿、兖矿集团北宿煤矿、兖矿集团南屯煤矿、兖矿集团鲍店煤矿、兖矿集团杨村煤矿、新汶矿业集团良庄煤矿、淮北矿业集团公司临涣煤矿、潞安集团常村煤矿、潞安集团五阳煤矿、潞安集团王庄煤矿、晋煤集团寺河煤矿、晋煤集团古书院矿、河北开滦集团东欢坨煤矿、河北峰峰集团各个矿、河南平煤集团平禹煤电公司新峰一矿、江苏大屯煤电公司徐
8、庄煤矿、大屯煤电公司孔庄煤矿、陕西铜川矿务局水厂、陕西韩城矿务局象山矿等；地矿水利系统：中国地质环境监测院、天津地质调查局、青海省地质调查院、河南地质环境监测院、内蒙古地质环境监测院、桂林岩溶所、南京地质矿产研究所、西安地质矿产研究所、沈阳地质矿产研究所、青海省黑泉水库等。在各矿井及各省地质调查局、各省地质环境监测院的使用中，均取得了良好的效果。于2005年4月在中招国际招标公司举办的国家项目招标中凭借产品的良好性能一举中标，从而使用户遍布全国二十多个省份。在2006年10月为河南平煤集团平禹煤电公司开发的基于网络的矿井水文动态监测智能预警系统获得河南省科学技术厅的科技成果鉴定证书。第二章 系
9、统组成原理2.1 系统拓扑结构图如图一所示，本系统分为矿井井上和井下两部分，采用树状星型网络拓扑结构。图一井上部分通过地面水位水温遥测.自动记录混合分站采集水位和水温数据，采用GSM无线网络通讯的方式将数据传送到主站微机，进行数据处理。井下部分利用XY-II多功能监测仪进行数据采集，实现数据传输有两种途径：(1)通过煤矿安全监测系统实现数据传输通过煤矿安全监测系统的通讯线路将数据传输到地面安全监测系统中心站，再通过局域网将数据发送到水文监测系统主站。该方案减少了施工工作量，节省了通讯电缆，降低了系统造价。(2)单独构建通讯线路单独构建通讯线路，需要增加一台地面通讯中控站，和多台矿用井下智能分站
10、，另外需从地面架设通讯电缆到井下。2.2 系统组成井上下动态水文监测系统从功能上划分为数据处理主站、数据通讯系统和数据采集分站三部分。2.2.1 数据处理主站 （1）微机系统 一套（2）打印机 一台（3）数据处理软件系统 一套2.2.2 数据通讯系统（1）GSM网络数据通讯设备 一套（2）地面通讯中控站 一套（3）矿用井下智能分站(含电源箱) X套2.2.3 各种数据采集分站1） 地面水位（水压）水温遥测.自动记录混合分站（1）XY-II（Y）多功能监测仪 一台（2）液位、温度传感器 一套 （3）锂离子电池组 二组 （4）GSM网络数据通讯设备(内置) 一台 （5）传感器专用电缆 x 米 （6
11、）野外防盗防潮保护装置 一套 2） 矿井下水压、水温有线遥测自动记录混合分站（1）XY-II（Y）多功能监测仪 一台（2）压力、温度一体化传感器 一套 （3）数据通讯设备（内置） 一台（4）防盗防潮保护装置 一套 3） 井下明渠流量有线遥测自动记录混合分站（1）XY-II（L）多功能监测仪 一台（2）流量传感器 一套 （3）液位传感器 一套（4）特制堰板 一套（5）数据通讯设备（内置） 一台 （6）防盗防潮保护装置 一套 4） 井下管道流量、压力、水温有线遥测自动记录混合分站（1）XY-II（L）多功能监测仪 一台（2）管道流量传感器 一台 （3）水位、水温一体化传感器 一套（4）数据通讯设备
12、（内置） 一套（5）工艺管道 一套 （6）防盗防潮保护装置 一套 2.3 系统功能2.3.1 主站功能（1）通过通讯设备向分站发送命令或接收数据。（2）将数据整理保存到磁盘。（3）完成数据的显示、查询、修改、删除等编辑功能。（4）对数据进行处理，生成各种报表并打印输出。（5）绘制水压（水位）、温度、流量的变化趋势曲线、直方图等图形。（6）进行水文数据的网络发布,各有关部门通过网络进行数据浏览。2.3.2 数据通讯系统功能（1）井下智能分站接收数据采集分站传送的数据。（2）井下智能分站经过编码后通过通讯线路传送到地面通讯中控站。（3）地面通讯中控站接收到矿用井下智能分站传送的数据后，通过串行接口
13、发送到主站微机。(4)主站微机接收到数据后，进行运算处理，将数据保存到水文数据库。2.3.3 分站功能（1）数据采集；（2）数据暂存；（3）数据显示；（4）数据通讯：井上子站通过GSM无线网将数据传输到主站微机；井下子站将数据通过信号线传输到数据通讯分站2.3.4 电子便携式水位计介绍电子便携式水位计：是根据水利、矿山系统的实际需要研制开发的一种自动排线水位测量仪器。适用于煤矿、地矿、水利等部门的水文观测孔、地质钻孔、水井、水库大坝及江河等地下水的直接测量，也可作为大量程电子尺，用于土地的测量等场合使用。仪器组成：自动排缆仪器主机；高强度无拉深电缆500米；传感器。 仪器的工作原理：通过自动排
14、线绞车的驱动手柄将测线放入观测孔内，放线的同时，光电传感器自动进行距离测量，由嵌入式微处理器对测量信号进行处理，并在显示屏上显示实际深度。当传感器遇到水面时，声光报警器发出报警信号，此时显示在屏幕上的数据为井口到水面的距离。技术指标：最大测量深度：500米(可根据用户要求进行定制)；最大测量误差：0.05%F.S；测线技术指标：外径，7/0.25镀锌钢芯，高强度聚乙烯绝缘外套，破断拉力不小于25公斤力。探头直径：12毫米；灵敏度：外接地电阻不小于500千欧。该仪器优点：1、该仪器采用了新的机、光、电技术；2、摈弃了以往测线上进行刻度标记的方法，深度自动显示，提高了测量精度，具有更高的灵活性和方
15、便性。2.3.5 防爆明渠流量仪介绍防爆型便携式明渠流量仪：该仪器用于各种河渠、水沟、管道的流速、流量的测量。适用于水利调查和径流试验。也可使用于煤矿矿井下易燃、易爆区域出水量的测量。仪器组成：XY-II（L）多功能监测仪，充电器，传感器及电缆。仪器的工作原理：仪器通过传感器测量水的流速，然后利用流速和截面积法计算得到所测点的流量.整个过程一次完成，测量数据自动存储，可与微机进行数据通讯、显示并打印测量结果。技术指标:最大流量：55000立方米/小时；最大流速：6米/秒；最小流速：0.05米/秒；测量误差：5%；外形尺寸：长170毫米，宽100毫米，高40毫米； 明渠截面：宽深1.61.6；数
16、据存储：2999组数据；重量：0.7；供电电源：7.2v可充电电池；防爆形式:本质安全型。该仪器优点:1.质量保证。仪器所采取的 XY-II多功能监测仪是经过煤炭工业上海电器防暴检测中心检验为本质安全型，具有国家安全监察局煤矿安全标志办公室颁发的MA认证标志，我们的产品严格按照MA认证的要求进行生产。2.其体积小、重量轻、精度高、测量范围大、操作简便。 3由于采用红色光源传感器，所以测量基本不受水质、浑浊度的影响。4.此仪器还可以与微机通讯，通过我公司提供的数据处理软件可制表、作图、打印。5.该仪器是全中文操作菜单的智能手持式测量仪器。2.4 主要技术指标（1）水位测量范围：0-600 m 分
17、辨率：0.5cm 精度：0.1%F.S;（2）水压测量范围：0Mpa-10 Mpa 分辨率：0.01Mpa 精度：0.1%F.S; （3）温度测量范围：0-70 分辨率：0.12 精度：0.5;（4）明渠流量测量范围：3.51000 m3 /h 分辨率：0.001 m3 /h 精度：5%;（5）管道流量测量范围：3.5500 m3 /h 分辨率：0.001 m3 /h 精度：2%;（6）测量时间间隔：1分钟-24小时任意设置;（7）数据存储容量：60000 Byte (7272组数据);（8）仪器工作温度：20-60;（9）最大采集分站数: 32768;（10）分站操作方式：中文菜单式；（11
18、）井下分站防爆形式：本质安全型；（12）井下电源防爆形式：隔爆兼本安型；（13）主站平台：WINDOWS98、XP；（14）通讯接口：RS-232，通讯速率：300b/s9600b/s ；（15）数据通讯距离：地面采用GSM无线方式，通讯距离不受限制，井下通讯采用有线方式，通讯距离15km ；（16）数据处理软件操作模式：汉字菜单式。2.5 系统特点（1）适用面广本系统不仅适用于地面长观孔水位水温的监测，而且适用于井下压力、流量、温度的监测；不仅适用于日常观测，而且适用于抽放水实验。（2）集成化数据处理主站数据处理系统实现了集成化，既可处理遥测数据，也可处理自动记录数据、明渠流量测量数据、压力
19、、流量动态监测数据。（3）配置灵活分站供电方式可选：可以用220V或7.2V/6AH锂离子电池供电。分站采用锂电池时，仪器可以连续工作半年。锂电池无记忆效应，不怕过充过放电，其性能优于其它蓄电池。（4）可靠性高本系统采用大规模集成电路，高可靠性稳压电源，军品级显示器，软件自复位和硬件看门狗技术，保证了系统在恶劣环境无人值守下的可靠运行。（5）质量保证分站所采用的多功能监测仪经煤炭工业上海电器防爆检测中心检验为本质安全型仪器，具有国家安全监察局煤矿安全标志办公室颁发的认证标志，严格按照认证要求进行生产。（6）数据通讯稳定可靠采用网络进行数据传输，不受距离的限制，凡有手机信号的地方，都能够进行数据
20、传输。（7）主站软件功能强主站系统提供了数据的查、改、删等编辑功能以及图形处理、报表处理等分析手段，并且具有水位超限报警、传感器出水面报警等系统安全运行报警功能。（8）无需通讯天线、安装方便GSM数据通讯设备采用内置天线，体积小，天线只有5CM，集成在仪器箱内，不需外架，受干扰小，运行可靠。（9）兼容性分站将水位水温遥测仪和水位水温自动记录仪融于一身。在遥测失效时，仍可以将数据自动记录并完整保存，通过取数装置将数据传输到微机进行处理。（10）独立性分站具有显示及参数设置功能。可以根据现场的不同情况对分站的参数进行设置，并且显示实测数据，而无须其他辅助设备。（11）抗干扰性仪器使用的传感器为频率
21、式输出传感器，其抗干扰性强，传输距离远，运行稳定性高。第三章 数据处理软件系统介绍3.1 系统的配置要求1. 使用Pentium 4或更高级处理器(推荐使用Intel Pentium处理器)。 2. 操作系统: Win 98、Win 2000、Win XP或更高版本的操作系统。 3. 内存: 256MB以上内存。 4. 40GB以上硬盘空间。 5. Microsoft mouse或兼容设备。3.2 系统的安装将本公司的“多参数水文监测系统”光盘放入计算机的光驱中，鼠标左键双击“我的电脑” “光驱盘符” “遥测数据处理系统安装” “DISK144”文件夹“DISK1”文件夹“SETUP”即可,在
22、安装过程中每一步有相应的提示，按提示进行即可进行安装，主要有以下几步： 1. 首先关闭所有其它的应用程序； 2. 运行setup.exe，第一步单击“确定”，进入安装； 3. 在第二步中可以选择将软件安装到哪个文件夹； 4. 单击“安装”按钮，系统自动将软件安装到指定位置。3.3 系统的使用3.3.1 系统启动 在widows98/XP操作系统下，双击安装目录中的“水位水温遥测数据处理系统.EXE”图标就可运行该软件，运行后微机屏幕将显示多参数水文监测系统软件的主窗口。系统由系统设置、数据处理、图形处理、报表处理、帮助五大模块组成。（在退出本系统时，为了防止丢失未保存的数据，需要选择“帮助”选
23、项中的“退出”选项）如图所示： 系软件主窗口 3.3.2 系统设置该菜单项下有三个子菜单：钻孔设置、串口设置和单位设置。钻孔设置对话框 (1) 钻孔设置单击“钻孔设置”，系统弹出钻孔初始化对话框，如上图所示。点击“编辑”按钮可对现有的站点及相应参数进行修改，也可点击相应的按钮增加和删除站点。在此对话框中站号不能超过2位，零值、线长、K值、孔口标高均不能为空，其设置应与对应的分站设置一致，否则将影响数据通讯。（参数：零值、K值、线长、初始水位、探头埋深由供货商提供）(2) 串口设置串口设置主要是对微机串口进行选择，以保证主站与微机间进行正常的数据通讯。例：主站的通讯电缆插在微机的2号串口内，则应
24、在串口设置菜单中选择2号串口，否则无法进行数据通讯。(3) 单位设置在此对话框中输入使用单位的名称后，便可在生成的各种报表标题中显示出来。3.3.3 系统的数据处理数据编辑对话框 该菜单项下有四个子菜单： 数据通讯、数据编辑、数据查询和数据清理。(1) 数据通讯该项作用是把主站接收到的分站数据通过串口传给计算机，然后通过该软件进行处理（注意：在进行数据通讯前，必须先在“系统设置”中进行相应的参数设置否则将接收不到数据）。在菜单栏中单击数据通讯，进入数据通讯等待状态。这时计算机串口打开，等待数据传输。按水位水温遥测系统使用说明书中的操作方法，操作主站进行数据通讯。通讯过程中在软件的通讯窗口会看到
25、数据在不停的闪烁，说明正在通讯。数据传输完毕后，单击数据追加，进行数据处理和入库操作，或是单击取消，放弃本次通讯数据，即本次数据不存盘，并且返回到系统主菜单。(2) 数据编辑点击“数据编辑”，将弹出观测数据编辑浏览窗口，如上图所示，可以选择表格下方的“增加”、“删除”、“插入”和“返回”对数据进行操作。注意：修改（包括增加和删除）数据时，修改的数据一定是鼠标光标（即左边的黑色箭头）所指的数据行，修改结束后，移动光标，数据便修改成功。(3) 数据查询点击“数据查询”，将弹出数据查询窗口，根据用户需求选择数据查询条件，点击“查询”即可查到所要的数据，点击“退出”，系统将退到系统主窗口状态。(4)
26、数据清理为了防止历史数据积累过多，该系统提供了清除旧数据的功能。单击该菜单项，出现清除数据对话框。用户可通过点击站号、日期右侧的黑色倒三角选择要删除的数据，经确认后点击删除，系统将删除该日期之间的所有数据。3.3.4 系统的图形处理点击图形处理项下拉菜单下的直方图项，将弹出直方图对话框如下图所示。点击各参数下方条件选择框右侧的黑色倒三角进行相应的参数选择，确认后点击绘图项即可生成所需的直方图。图形处理对话框3.3.5 系统的报表处理该菜单项下有三个子菜单： 日报表、月报表、和年报表。点击报表处理项下拉菜单中的日报表，将弹出报表处理对话框如图所示.报表生成对话框用户可根据需要选择相应的选项然后点
27、击显示打印按钮，系统便会生成相应的日报表。在生成的报表中，点击窗口左上方的打印预览对话框内的打印机图标，即可将屏幕中的报表打印出来。注：报表应在A4幅面的打印纸上打印。报表处理下拉菜单中的月报表和年报表项的操作方法同日报表的操作方法相同，这里就不在赘述。第四章 网络发布软件介绍网络发布软件采用B/S模式,就和我们日常上internet网进行浏览一样。4.1 用户登陆界面打开浏览器，在地址栏输入水文多参数监测系统Web服务器的IP地址，进入水文监测网站的登录页面，如下图：4.2 用户浏览主界面4.3 实时数据浏览界面4.4 历史数据查询界面4.5 图形分析处理界面4.6 数据下载界面第五章 系统
28、安装介绍5.1 安装前的准备5.1.1 地面观测点的安装1安装主站前应先选择放置主站的位置为了保证GSM网络信号通讯的畅通，应尽量将主站放在距室内窗口较近且没屏蔽物的地方。（可用手机检测GSM网络的信号强弱，尽量将主站放在手机信号满格的地方。）2为保证数据的完整性，主站应24小时供电，因此放置主站的地方电源电压应稳定可靠。主站需要一直接收分站所发送的数据并进行处理，分站二十四小时运行，所以，为了保证主站按时的接收分站所发送的数据，主站必须二十四小时供电,且要保证电源的电压稳定。3安装分站仪器前先将野外防盗保护罩安装到位为提高分站的安装效率，安装分站仪器前先将野外防盗保护罩安装到位.焊接保护罩前
29、,必须先将保护罩的盖子卸掉,防止保护罩上盖在焊接中受热变形.野外防盗保护罩焊接到水文长观孔上后，焊好的保护罩有个冷却时间(注意:不能用水冷却，用水冷却会使保护罩产生轻微变形，从而不便保护罩上盖的安装)，所以在安装分站仪器前安装好各水文长观孔上的保护罩。4安装分站前，应在传感器电缆上每隔10米作个标记。在工作现场实地测量传感器电缆长度时，由于现场环境限制，测量的电缆误差较大。所以，在室内做好传感器电缆上的标记,每隔十米作一个标记。5. 安装主站或分站前，应先将各通讯装置内的通讯卡安装好，安装方法如下：主站:拧下主站上盖后面的两个螺钉，取下上盖。在主站箱体靠近天线的地方有一黑色的金属模块，拧下模块
30、上的两个小螺钉，取下盖板可看到类似手机上插SIM卡的插槽，按照插槽上的文字插入通讯卡，装完通讯卡后，将主站装好即可。分站:拧下多功能监测仪后盖上的四个螺钉，轻轻的打开仪器外壳（注意：仪器外壳不能与仪器箱体完全脱离，所以不要用力向下拔仪器外壳）。仪器箱体的下方，有一黑色长方体金属模块，在模块的前方（仪器液晶屏的方向）有一小按扭，用手轻轻按下该按扭，模块上即可弹出一与手机SIM卡类似的槽体，取下该槽将通讯卡放入槽内，然后轻轻的将此槽插回模块内，装上仪器外壳，此步操作完成。5.1.2 井下观测点安装井下仪器的安装，受安装环境的影响，前期准备工作尤为重要。1根据现场施工条件,做好施工方案。2根据安装实际情况,地面加工好安装时所需要的材料、工具等。3准备好观测点到井下智能分站所需要的监控线。5.2 主站安装打开仪器包装箱，按照装箱单核对箱内仪器。仔细阅读仪器使用说明书。安装仪器前，首先关闭计算机，然后用通讯线将通讯设备与微机的RS232串口相连（注：若计算机没有配备RS232接口，则可在市面上采购一USB口转RS232串口的通讯电缆即可），然后接通通讯设备的电源，开启计算机，安装完成。主站的具体操作见第六章6.1主站操作方法。5.3 分站安装5.3.1 地面水位水温遥测.自动记录混合系统分站先将野外防盗保护罩安装到位,
