礦井運輸系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡自動化監(jiān)控組成及應用

李慶才

摘要：信息時代的到來，為煤礦企業(yè)帶來了新的發(fā)展契機。目前，為了能夠保證礦井的安全、高效生產(chǎn)，研發(fā)了基于以太網(wǎng)總線和現(xiàn)場總線的計算機網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)。以太網(wǎng)能夠支持數(shù)據(jù)進行高速傳播，而現(xiàn)場總線又可以保護系統(tǒng)不被第三方設備惡意接入，確保系統(tǒng)高開放性、高傳輸率、高實時性以及高可靠性。

關鍵詞：礦井運輸系統(tǒng)；計算機網(wǎng)絡監(jiān)控；以太網(wǎng)

引言

利用先進的計算機網(wǎng)絡技術為礦井運輸構建高效能的監(jiān)控系統(tǒng)，首先要以煤礦實際生產(chǎn)環(huán)境為大的切入點，保證系統(tǒng)的兼容性和實用性。目前，存在于國內(nèi)外市場中的運輸監(jiān)控系統(tǒng)大多倚仗于專用通訊協(xié)議，在設備物理接口處存在著很大的漏洞，所以不但傳輸速率不高，而且無法達到預期的檢測效果。

1.礦井集散式監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構

考察國內(nèi)礦井中較為普遍的集中運輸監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，其主要借助現(xiàn)場總線的分散性和易操作性完成監(jiān)控裝置與傳感器等設備的連接問題，保證了井下作業(yè)的可控制性。而不足之處就在于，連接在總線上面的設備以及她們運行時所采用的協(xié)議并不完全相同，甚至有時差距甚大，極大的阻礙了控制系統(tǒng)間的互通與協(xié)作，成為傳統(tǒng)運輸系統(tǒng)的硬傷。

而基于計算機網(wǎng)絡技術的監(jiān)控系統(tǒng)就可以很好的解決上述問題，它能夠將不同檢測裝置中傳遞出的數(shù)據(jù)源轉化成具有統(tǒng)一標準的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后經(jīng)過井下分站接入監(jiān)控系統(tǒng)，不但提高了系統(tǒng)的兼容性，且不會破壞原始數(shù)據(jù)的完整性。另外，該系統(tǒng)還為所有的檢測設備設置了一條專用的高速網(wǎng)絡通道，所有的帶寬即可獨享又可復用，只要所安裝的設備在該系統(tǒng)兼容的范圍內(nèi)就可以快速的接入到監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)中，達到資源的高度共享。從煤礦運輸系統(tǒng)的特征出發(fā)，其較頻繁的流動性對檢測設備的及時接入提出了非常高的要求。以計算機網(wǎng)絡監(jiān)控為基礎的礦井運輸系統(tǒng)在實現(xiàn)了高開放性、實時性和安全性的情況下還做到了資源的最大限度共享，為監(jiān)控信息高效可靠傳輸做好了充足的準備。

2.系統(tǒng)結構設計

如圖1所示，為基于計算機網(wǎng)絡監(jiān)控技術的礦井運輸系統(tǒng)結構圖。

2.1開放性設計

傳統(tǒng)的礦井運輸系統(tǒng)不但兼容性較差而且擴展空間不足，無法實現(xiàn)井下監(jiān)控信息的高速傳輸，不利于煤礦的安全生產(chǎn)。而本系統(tǒng)則基本上克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)的不足，具有十分強大的功能體系。

對于井下運輸?shù)陌踩O(jiān)控，如檢測數(shù)據(jù)、語音和視頻一類的監(jiān)測數(shù)據(jù)，稱為上行數(shù)據(jù)，而系統(tǒng)或者技術人員下達的各種控制命令則為下行數(shù)據(jù)。整個運輸監(jiān)控系統(tǒng)共分為設備層、控制層和信息層三大部分。

2.2魯棒性設計

由于煤炭井下運輸?shù)奶厥庑裕V井運輸監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行已經(jīng)成為保護井下工人生命安全的重要保障。而計算機網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的魯棒性設計，主要是將主干網(wǎng)設計成星形，使其在可靠性和安全性上面都所有提高。考慮到控制節(jié)點的分布較遠，可為該監(jiān)控系統(tǒng)安置兩套傳輸光纜，完成監(jiān)控主站、交換機和工作站等地面設備的物理連接，保證指令的傳達和數(shù)據(jù)的運輸。

3.系統(tǒng)應用

3.1系統(tǒng)工作原理

基于計算機網(wǎng)絡監(jiān)控技術的礦井運輸系統(tǒng)的整體工作流程，以及其對各個監(jiān)測分站的管理與控制原理。首先，采用輪詢應答的方式開展主站與各個分站之間的聯(lián)系，并且將井下數(shù)據(jù)進行存檔管理；當對某一分站下達指令時，其在1秒內(nèi)沒有回應，則需要在三秒內(nèi)進行反復的三次檢測，若無法解決系統(tǒng)將立即啟動報警系統(tǒng)；而在輪詢問過程中主站同時會將外部下行指令進行重新的編碼轉換，使其成為標準格式的CDP數(shù)據(jù)然后轉入監(jiān)控網(wǎng)絡中傳送；最后更具包頭地址找到對應的分站，通過解碼校驗完成信息的準確傳達。

由監(jiān)控設備發(fā)出的上行數(shù)據(jù)在分站和總線接口完成向標準格式UDP的轉換，傳輸系統(tǒng)會根據(jù)其包頭地址通過路由找到所要達到的目的站，最后進行解碼校驗，而數(shù)據(jù)發(fā)源地則可以跟蹤數(shù)據(jù)包的動態(tài)情況用以確定瓦斯標準，如果出現(xiàn)非正常情況則立即啟動報警系統(tǒng)，或者借助MGCS動態(tài)畫面上報給地面監(jiān)控中央系統(tǒng)。地面中央控制系統(tǒng)通過上行數(shù)據(jù)包預覽井下情況并且做出準確的回應。

3.2系統(tǒng)通信結構

本系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡高效傳輸?shù)幕A之上的，通過工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線為井下構建出一個數(shù)據(jù)高速度交換的資源共享平臺。而對于數(shù)據(jù)源的傳播，系統(tǒng)共可采用兩種方式。數(shù)據(jù)報形式，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)全部看成單獨的個體，按照其目的地進行分組，通過目的節(jié)點來檢測數(shù)據(jù)的傳輸達到率，從而對丟失的數(shù)據(jù)進行查找或者恢復；而在虛電路中，則會為每一個數(shù)據(jù)包建立一個虛擬的邏輯傳輸通道，再將這些數(shù)據(jù)分組按順序排隊，依次傳輸，通過不同節(jié)點選擇不同的分組，非常適合數(shù)據(jù)流較大的傳輸需求。分析上述兩種傳輸方式的優(yōu)劣勢，考慮本系統(tǒng)獨特的輪詢應答模式且數(shù)據(jù)量不大，為了避免主站與分站因為交互頻率造成數(shù)據(jù)包無辜丟失所以選定UDP協(xié)議作為數(shù)據(jù)報傳輸?shù)暮诵姆绞健?/p>

4.結論

上述系統(tǒng)是建立在成熟的計算機網(wǎng)絡監(jiān)控技術的基礎之上的，并且通過了大量的試驗驗證，并且開始一步一步在礦井作業(yè)中推廣開來。該礦井運輸系統(tǒng)為煤礦生產(chǎn)構建出了一套自動化管理和監(jiān)測平臺，盡可能的增強了系統(tǒng)自身的兼容性和擴展性，而且提高了資源共享的能力，是一個具有極大潛力的高開放性系統(tǒng)，必然會為煤炭企業(yè)高效安全的生產(chǎn)做出貢獻。

參考文獻：

[1]凌學文.礦井運輸系統(tǒng)安全目標管理的神經(jīng)網(wǎng)絡方法研究[D].西安科技大學，2004.

[2]王立霞.PLC可編程控制技術在礦井運輸系統(tǒng)中的應用[J]. 科技創(chuàng)新與應用，2013，33：292.