引言
煤炭在我国的能源结构中占有重要的地位，目前在整个电网中，燃煤火力发电占总发电量的70%左右。基于环保和安全等方面的考虑，煤炭大部分储存在封闭式的煤场内。有一部分煤种，诸如褐煤，它的挥发分很高，煤层内部的温度可控性较差，随着煤层温度的升高，极易引起自燃。
煤的自燃是一个复杂的物理、化学过程，与内部和外部因素都有一定的关系。内部因素主要是煤炭中的可燃物，以碳、氢、氧、硫等元素的化合物为主。外部因素主要是环境温度、湿度、风速、堆放参数、孔隙率等。内部外部因素相互作用，导致煤堆发生自燃，进而可能会引发火灾与爆炸事故，影响企业的正常生产，还会污染环境。因此，寻求一种安全、可靠、有效的封闭煤场安全监控系统至关重要。
1.应用现状
传统的煤场安全监控系统是以电线和电缆作为主要传输介质组成的数据采集系统。目前，最常见的方法是将传感器布置在现场需要监测的关键位置，将各个传感器采集到的信号通过电缆传输到中央处理器，由中央处理器将采集的信号集中处理后再发送到上位机，通过此种方式进行实时数据采集。但是，如果被监测的区域很大，就会需要很多传感器，而且监测点也会相对的分散，传统的布线方式就会存在线路复杂、接线繁琐、安装造价高、后期电缆维护成本高等一系列问题。此外，传统的串行集中式监控系统在很大程度上影响了系统的处理速度以及系统的可靠性和灵活性。鉴于上述种种弊端，煤场的安全监控系统设计已逐渐趋向于无线监控方式，用分布式的无线技术来代替传统的集中式有线技术，实现传感器和数据采集系统之间的直接通讯。
2.安全监控系统设计
无线传感网络系统（wireless network system）一种采用无线通信技术实现的网络系统，它具有安装简单、成本低廉、抗干扰性突出、可移动性强、维护方便等优点，已经广泛的应用于人们日常的生产生活中。目前应用较多的几种无线网络通信技术主要包Bluetooth蓝牙技术、Wi-Fi技术、RFID无线射频技术、UWB超宽带技术以及ZigBee技术。
通过综合对比分析，ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要工作在无需注册的工业、科学和医药频段，传输范围可达100米以上。GPRS是一种以分组交换技术为基础，传输数据及信令的高效数据传输网络。与电路交换相比，引入了分组交换能力，具有数据传输速率高、“永远在线”和费用低等特点。基于此，本论文设计了一种基于ZigBee+GPRS无线网络的封闭式煤场安全监控系统，以保障煤场的安全生产。
具体方案为：采用ZigBee无线传感网络构建的封闭煤场安全监控系统主要由无线传感器子网、安防控制子网、网络协调器、监控主机、GPRS模块和手机用户等六大部分组成，系统的模型图如图1所示。为保证网络的稳定性和可靠性，根据现场的实际需要，在特殊需要的定位点安装ZigBee无线传感基站模块，这样整个煤场就被多个ZigBee传感模块所组成的网络所覆盖。
无线传感器子网是由监控煤场各种信号的无线传感器组成的网络，这些传感器都是带有微处理器的全数字化、智能化、网络化的测量仪表，是一个完整的小型数据采集处理和无线传输系统，主要是由高精度传感器、运算放大器、AD转换电路、CPU微处理器、补偿传感器、无线通讯电路、充电电池及保护电路等组成。其中温度传感器采用SENXTE-100无线智能温度变送器，烟雾传感器采用WL-FD-A型物联无线烟雾(火警)探测器，CO浓度检测传感器采用 WL-GD-A01B型可燃气体探测器，火焰传感器采用40/40 UV-IR紫外/红外火焰探测器。传感器在安装的时候进行编号，不同编号的传感器对应不同的区域。
安防控制子网主要包括喷淋水系统、遥控消防水炮及报警装置等组成。
GPRS模块采用SIMENS的MC35i，它支持GSM900/GSM1800双频和GPRS Class8/Class B，体积小，功耗低，能提供数据、语音、短信等功能。
该系统模型是一种星型和点对点拓扑的混合结构。网络节点控制星型拓扑结构的无线传感器子网和安防控制子网，温度、火焰、CO浓度、烟雾等状态信息通过网络节点传递到网关，网络节点接收网关的控制命令，控制相关节点实现唤醒、查询等操作；网络协调器内嵌人网关中，负责组建网络，通过星型网络连接方式与各个节点进行通信，同时通过USB接口与上位监控主机连接，实时传输整个监控系统的状态；监控主机在监控系统状态的同时，通过GPRS模块与用户手机通信，发送系统状态信息和接收用户的指令，并在系统出现异常现象时迅速短信通知用户。
图1 系统模型图
当系统开始工作后，各个传感器分别采集封闭煤场内所需监测的信号，经由无线网络传送至监控系统主机进行处理，实时处理的数据在上位机上实时显示。当监控的数据超过限定值时，系统报警，在上位机界面上显示触发报警的传感器位置及相对应的区域，同时系统启动警报器，并将报警的信号类型和事发区域通过GPRS模块发送到相关人员的手机上。如果是温度传感器、烟雾传感器、CO浓度传感器报警，启动相应区域的喷淋系统进行喷水，监测上位机的数据，看是否能解除警报，在规定的时间内解除不了警报则通知相关人员进行现场处理；如果是火焰传感器报警，则遥控消防水炮对相关区域进行喷水灭火，警报解除后停止喷水。
3.结语
基于ZigBee+GPRS无线传感网络构建的封闭式煤场安全监控系统，可实时采集、监控煤场内的各项数据，通过收集来的数据进行数据运算融合，使整个系统更加智能化，可及时发现安全隐患，保证正常的生产运行。
参考文献
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