智能化矿产监控系统

2    项目背景
    2005年9月26日，国家税务总局下发了关于加强矿业行业税收管理的通知。该通知提出“充分运用税控装置，加强税源控管。各级税务机关要充分利用科技手段，特别是要依托信息化手段，大力推广税控装置，加强对矿业企业的产量测定和税源监控。有条件的地方，可以在矿业生产企业矿井出煤口、煤仓售煤处、矿业传送带等处安装实时电子监控系统，将电子台秤的产销数量扫描进主控机并进行自动统计，确定矿业日产销量，实现监控产量、以产控销、以销控税、管住税源的目的。”

    根据资料显示，在黑龙江省七台河市，地税部门利用现有的计量手段加强了管理，直接征税月产量达到61万余吨，核定实际征收税额达到418余万元。与1-6月份平均数比，地方矿业月产量增长近一倍，税额增长37%；核定征收产量增长168%。据国税局测算，7月份地税煤税收756万元、8月份税收781万元、9月份税收861万元，分别增长21.9%、29%、29.5%。预计全年地方矿业税收可达9000余万，比上年增长50%。晋城市沁水县国税局和长治市郊区国税局采用七台河市经验后取得显著成果，两个县区66家矿业，96个坑口申报的矿业产量平均上升了50%以上。其中，有6家矿业产量甚至翻了一番，接近真实水平。

    矿业安全生产是目前社会重点关注的热点问题之一，尤其是在能源紧张，对矿业的需求量不断增加的情况下，矿业的安全生产问题更是值得我们关注，这也是建设平安和谐社会的重要组成部分。据不完全统计，2005年全国矿业发生事故405起，死亡2157人。瓦斯事故死亡人数占全国矿业事故总死亡人数的36.0%。在58起一次死亡10人以上的特大事故中，瓦斯事故40起，占69 %；一次死亡百人以上的事故5起。引发瓦斯事故的一个主要原因就是矿井的超能力生产。

    2005年7月11日，新疆阜康地区神龙矿业发生瓦斯爆炸事故死亡88人。该矿核定产能3万吨/年，实际生产18万吨多，是典型的超产引发的事故。新疆矿业安全监督管理局加大了检查力度，对100个生产能力3万吨/年矿井进行停产整顿。为了保证新疆地区矿业的供给。自治区责令神新公司扩大产能，弥补关闭矿井对矿业市场的影响。2006年神新公司的计划年产量由500万吨扩大到900万吨，但市场上矿业供给量依然严重不足，由此可见，新疆矿井超能力生产决非个别现象。

    2006年6月，国家安全生产监督管理总局在重庆召开了由各省监督管理局局长出席的重新核定矿业产能的工作会议，中心思想就是严格监查矿井超能力生产，确保安全。

    国家管理部门急需符合上述要求的计量网络，对矿业生产过程实施在线监测和记录，收集基础数据，实现“以产定税，安全生产的目的”，项目在此背景条件下应运而生。

3    项目预期
    实现监控矿山企业产量，解决矿业业主虚报、瞒报产量，减少税费申报的现象。通过该系统可以将实时产量、设备状态、发送到指定的数据服务器，报警信息发送到管理人员。对矿山生产实现在线监督，为税务系统、政府的计税管理提供一个准确、科学的依据。

    3.1 可对矿山企业产量实时监控，准确度1级或0.5级；
    3.2 能适用于皮带运输、立井提升和矿车运输方式的承载器，用户根据运输方式的不同选择合适的承载器；
    3.3 税控控制器在交流电断电后应能正常工作，并将相应的故障信息上传给中心站的数据服务器；
    3.4 实现自诊断、防作弊功能：当税控控制器被人为断电、断线或非法开启控制器机柜时，可以发出报警信号，并及时将报警信号上传到中心站；
    3.5 实现故障检测功能，当运输设备发生载荷超限、流量超限、速度超限等故障时，可以发出报警信号，并将报警信号上传到中心站的服务器，通知管理人员及时处理故障；
    3.6税控控制器具有多种通信接口如：GPRS无线通信、数传电台专用无线网络通讯、LAN有线网络通讯、ADSL/调整解调器有线通讯），用户根据税控控制器安装现场的实际情况，可以选择最合适的通信方式进行组网；
    3.7 配备嵌入式视频服务器，同时提供1～4路的视频或音频信号输入，可以通过摄像头实时监控计量现场的运行状况。进一步增强了防作弊功能。
    3.8 税控控制器外壳采用IP56防护等级，防水、防撬；
    3.9 矿山产量远程税控系统软件由“基本信息”、“通用查询”、“预警管理”、“重点监控”、“评估测算”五大功能模块组成。该软件直接面向于用户，管理人员通过网络和授权可以进入软件监控界面获取需要的矿山企业的产量信息和其它状态信息。
 
4    项目概述
“矿山企业产量税控系统” 通过安装在矿山运输设备上的承载器将称重信号传送给税控控制器。由税控控制器完成信号处理、运算，并通过远程传输技术将数据上传到数据服务器。数据监控终端可通过对数据服务器的访问，实现了对产量数据的实时监控。
该系统主要由承载器、税控控制器、中心站组成。

（1）称重承载器
根据矿山企业物料运输方式，选用适用于皮带运输、立井提升和矿车运输的承载器结构。根据物料偏载、断料，皮带跑偏，皮带张力，立井罐笼启停、振动、位置，矿车振动等因素对承载器结构、稳定性的影响，建立适用于不同运输方式的数据模型，提高计量精度。确定本系统承载器的安装地点、安装位置以及型式，选择满足技术要求的传感器。

（2）税控控制器
税控控制器的核心单片机负责收集各种传感器送来的模拟信号并进行处理（A/D转换、数字滤波等）；完成计量运算、数据存储（具备数据掉电保护功能）；可通过通讯接口将计量数据、参数、报警信号等信息上传给数据服务器。接收主计算机的控制信息，完成校零、标秤等功能；也可通过薄膜键盘实现就地查询、标校、参数调整；通过VFD显示屏可就地显示设备的工作状态、参数和监测参数；采取各种防干扰措施，确保税控控制器工作稳定、可靠。

    系统努力减少电源纹波、信号传输、电磁干扰对计量精度的影响，确保税控控制器工作稳定性高，抗干扰能力强，计量准确。

（3）数据远程传输技术
从矿山现场的具体工况等多方面考虑，确定采用GPRS无线通信、数传电台专用无线网络通讯、LAN有线网络通讯、ADSL/调整解调器有线通讯方式和通讯接口，实现数据远程传输；制定相应的通讯协议。

（4）矿山产量远程税控系统软件。
软件的主要功能包括身份验证、监控信息查询与显示。该软件直接面向于用户，相当于Web发布程序，用户通过网络和授权可以进入软件监控界面，通过该软件获取需要的矿业的产量信息和其它状态信息。
系统软件采用 Client/Server/Browser即客户机-服务器-浏览器（发布端）式的构架来实现。由数据采集、数据库服务器端以及Web应用程序组成。数据采集软件系统运行于Windows XP环境下；服务器端系统采用Windows Server 2003并配有SQL Server服务器；数据采集软件和服务器端软件开发工具采用可视化开发工具Visual C++，Web应用软件采用基于VS.Net平台的Asp.net来实现。

5    组织结构图
岗位分工：
序号 岗      位 责     任
1 税务局分管局长 负责税收工作
2 税务局系统管理员 负责系统维护、核定税金、故障处理
3 第三方设备监管人员 负责设备状态监控、秤的标定、维修
4 矿山企业经营矿长 监视企业产量、秤的工作状态
5 矿山企业设备日常维护人员 负责设备的日常维护

5.1    系统构成
    矿山企业产量税控系统主要由计量装置、税控控制器、中心站组成。其中税控控制器包括通讯模块，是系统的核心部分。根据不同的现场环境与条件，系统将采用不同的通讯传输方式，系统总体框架如下所示：
    5.1.1  计量装置
    产量监控系统框图
    按照矿业运输方式计量装置可以分为三种：皮带运输、立井提升、矿车运输。
    l  皮带运输。皮带运输有电子皮带秤运输和核子皮带秤运输两种，相比之下，电子皮带秤采用压力传感计量方式，它的精度较高，但维护量大；核子皮带秤采用非接触的计量方式，它的特点是长期运行维护量小，但需办理环保等手续。
    l  立井提升。立井提升也包括两种计量方式，计数器和吊钩秤。计数器式计量的特点是结构简单，但只能记提升次数；比较而言，吊钩秤的结构要复杂一些，但可以定量装载。
    l  矿车运输。矿车运输采用的两种计量方式分别是红外传感器和轻型轨道衡。红外传感器的计量方式比较简单，但也只能记录矿车数量；而轻型轨道衡则可以累计重量.
    5.1.2   税控控制器
    税控控制器功能结构图
    税控控制器主要由计量仪表、控制器、自诊装置、不间断电源（包括UPS）、通讯模块以及IP56外壳等部分组成。
    该装置主要对由传感器输入的产量信号进行处理。在正常情况下，通过计量仪表获得计量数据，通过控制器，将重量信息转化为数字信号，然后通过通讯模块（如GPRS）发送到数据服务器，数据监控终端再通过互联网对数据进行监控和查询；在故障条件下，控制器的自诊装置将发挥作用，对供电状态和机柜状态进行实时监控，并提供相应的报警功能，机柜的开关状态改变或者220V电压供电不正常时自诊装置会及时做出判断和预警。
    5.1.3 地面中心站
地面中心站由工控机、KJH-N型计量监测系统软件、传输接口组成。
  KJH-N型计量监测系统软件(Win XP版)是基于Windows XP操作系统下的全中文软件，是我公司于2006年推出的升级版本，具有全部的知识产权。有以下特点：
     ☻ 彩色柱状图形结合数据显示，形象直观地反映了实时出煤量及总量。
丰富灵活的报表功能，能够自动生成并打印，且能对班产量、日、月、年产量进行多种统计查询。
     ☻ 远程诊断：基于网络技术的创新应用。您只需将系统接口接入电话线后，拔通斯凯尔服务热线，系统状态就会传到斯凯尔服务器，远在北京的斯凯尔工程师如同亲临现场—样即刻指导您解决问题。
     ☻ 计量防作弊数据处理：在处理正常数据的同时，时刻捕捉作弊行为的特殊信号，经过分析处理，形成数据报告，为管理者杜绝作弊提供依据。
     ☻ 数据共享，满足多方要求：与企业局域网连接，用户通过内部局域网实现核子秤运行情况的实时浏览和查询，方便各级领导的组织与调度。
    5.1.4  附加功能        KJS-N工业摄像系统
    前面所述系统实现了矿业产量远程监控的基本功能，在此基础上，在税控控制器中添加嵌入式视频服务器，用视频监视现场的情况，实时记录，使系统功能更加完善，数据更可靠。
    网络化数字监控系统是具有高技术自主产权的数字监控系统。它采用硬件压缩方式，实时采集音、视频信号(PAL制或NTSC制)压缩成标准的MPEG-1文件或MPEG-4文件，并可在多个硬盘上实现循环录像。同时可存贮多个通道的音视频信号，并保证音视频的同步。支持LAN、ADSL、DDN、PTSN等网络传输，支持网络互连构建大型数字视频矩阵。
主要功能:
显示画面 1/4/8/画面，可手动、自动切换，可全屏显示
回放画面 可单画面、四画面、十六画面回放、可全屏回放
图像分辨率 352*288/704*288
显示分辨率 800*600/1024*768/2048*768
录像速度 50-200M/小时/路
运行环境 WINDOWS2000/XP
网络接口 10/100M自适应网卡
网络传输 局域网、电话线、ISDN、ADSL、DDN
录像方式 手动/定时/报警/动态检测 
 
6矿山企业产量税控系统软件
    6.1 数据采集
    数据来源： 串口（GPRS、无线数传电台 、调制解调器）、网络和乙太网等。
根据约定协议，定时遍历所有采集点，得到计量数据，对采集点返回的数据进行判断与分析。存入数据库。
皮带秤数据串包含：信号、速度、流量、零点、累计量、计量控制器的馈电状态、壳体启/闭状态。
矿车衡数据串包含：传感器输出信号值，上行累计量、下行累计量，上行车数、下行车数，车速，计量控制器的馈电状态、壳体启/闭状态。
箕斗数据串包含提升次数，重量，传感器输出信号值，位置、计量控制器的馈电状态、壳体启/闭状态。
    6.2 数据库结构  
    6.2.1基本信息表
企业名称、法人、税号、帐号、开户行、联系电话、通讯地址、安装位置、管理人员电话、核定生产能力。
    6.2.2 日产量表
各个企业日产量表。
    6.2.3 历史数据表
实施保留每次采集的所有信息。
    6.2.4 秤信息表
       秤编号、安装地点、秤状态、零点值、信号值、标定系数、运行速度、额定速度、最大流量、最大负荷。
    6.3 信息发布和管理
    6.3.1 系统登陆
系统登陆分三级，具有不同的权限，如下表：
用户 权限
企业用户 查看本企业信息、产量
一般用户 查看管辖企业信息、产量
管理员 对管辖企业的信息进行维护

    6.3.2 实时显示
    实时显示各测点的动态计量数据和报警信息。报警点应高亮显示并发出声光，可以电话或手机短信的方式通知管理人员。
    6.3.3 查询
  各监测点日、月、季、年产量；
  各监测点各种报警信息；
  各监测点应缴税金；
各监测点产量是否超核定能力。