煤礦井下自動化環網的升級改造

山西長平煤業有限責任公司 胡敏凱

煤礦井下自動化環網的升級改造

山西長平煤業有限責任公司 胡敏凱

煤礦井下自動化環網是煤礦生產信息化、自動化的中樞神經系統。長平公司自動化環網建設于2008年，經過多年的運行設備老化故障率高。隨著采區的擴大及業務需求的增長，環網急需升級改造。文章就煤礦井下自動化環網，特別是井下調度視頻監控的升級改造進行了分析闡述。

井下自動化；井下環網；調度視頻監控

通過自動化環網礦井各主要生產環節可以實現“就地自動化－遠程自動化－綜合自動化－管控一體化”的四級自動化控制體系，最大限度地實現生產現場的“無人值守，有人巡視”，為實現“安全高效、減員提效、節能降耗”提供強有力的手段 。通過自動化環網系統調度指揮人員或相關專業部門人員可以對安全和生產的主要環節設備實時監測和進行必要的控制，實現全礦井的數據采集、生產調度、決策指揮的信息化，為將長平礦打造成為本質安全型數字化礦山奠定堅實的基礎。

長平煤業之前采用的是陽光金立的MTCP-1代產品。它是一種礦用本質安全型多通道工業以太網。基于電信主流的SDH/MSTP結構, 采用先進、成熟的光纖傳輸技術和優化的工業以太網數據交換技術，為煤礦井下綜合自動化系統建設提供“三網合一”綜合信息傳輸平臺，實現話音、數據、以太網和視頻等業務的靈活接入，形成礦井綜合自動化系統的各類監測、監控數據的統一接入傳輸平臺。建成后有17個系統站點，形成一個穩定可靠的自愈保護環網。接入的業務主要包括語音（井下直通電話）、視頻（工業攝像機）以及各種自動化數據（電力監控、排水控制、皮帶運輸控制、人員定位、安全監測監控、通風機監控等）。

但是上述系統使用已八年，部分站點老化嚴重，運行越來越不穩定，重要的數據比如監測監控、人員定位數據根本不敢在環網上傳輸；同時隨著采區的擴大以及調度視頻監控高清化的發展，已遠遠無法滿足當前的需求，因此我們結合井下生產的實際條件和經濟狀況，針對自動化環網和視頻監控進行了升級改造。

1 隨著礦井生產采區的延伸和采區變電所及采區主通風機的增加，對工業環網系統硬件設備進行擴容

（1）在井下三個新增加采區變電所各增加一套KJJ12多通道工業以太網綜合接入器站點。來滿足該采區的視頻監視系統、電力監控系統、排水控制系統、皮帶運輸控制系統、人員定位系統、安全監測監控系統、調度電話系統等的數據傳輸需要。

（2）在地面蘆家裕新增主通風機房和新35KV變電所各增加一套KJJ12多通道工業以太網綜合接入器站點。來滿足該區域的視頻監視系統、電力監控系統、主通風機監控系統、調度電話系統等的數據傳輸需要。擴容增加的KJJ12多通道工業以太網綜合接入器與在用的工業環網系統就近串接，形成全礦井統一的多通道工業光環網系統。

2 對現用MCTP系統進行升級改造

（1）針對現有井上下17套MCTP-I系統站點，根據數據量和重要性，本著節約資金的原則，首先升級改造井下的10套為MCTP-Ⅲ系統站點。

（2）地面工業環網由于不要求本質安全型設備，因此我們采用成本較低的通用型網絡交換機，較重要的站點采用功能多的三層交換機，通過IP網絡的OSPF協議實現路由的最短優先選擇。不太重要的站點采用交換機直連解決多種數據的傳輸問題。

3 對綜合自動化系統數據集成系統進行升級完善

對井下新增三個采區變電所的電力、排水、皮帶、人員定位、監測監控等系統進行數據集成。

鄉村建設項目的特點為數量多且形式復雜，但總體技術難度不大，投資主體投資方式多樣化，業主的需求也更加多樣化。然而，項目總體規模偏小，管理成本占比反而增加。所以在初期階段不能片面地追求經濟效益，過分強調完成各類不合實際的指標。鄉村EPC建造模式現階段仍然是一種嘗試，支出和回報不能成正比。鄉村EPC建造模式的推進還需要進行探索實踐，需要資金投入，不斷總結經驗，才能利用EPC自身優勢在鄉村振興中發揮更大的作用。

對新建楊家莊主通風機監控系統進行數據集成。

對現有各個子系統的數據集成系統進行恢復完善。

對綜合自動化系統的WEB發布系統進行升級完善。

對安全生產調度系統軟件進行升級完善。

4 視頻接入集成方案

工業視頻子系統有兩種接入方式：

一種方式是數字視頻信號接入，通過礦用阻燃網線或光纜與MCTP-Ⅲ系統礦用本安型多通道工業環網綜合接入器的以太網接口連接，進行數字視頻信號傳輸，以太網接口可以是電口也可以是光口。

另一種方式是模擬視頻信號接入，通過礦用阻燃同軸電纜或光纜與MCTP-Ⅲ系統礦用本安型多通道工業環網綜合接入器的視頻接口連接，進行模擬視頻信號傳輸。

由于目前公司使用的井下本安型攝像機及配套的井上編碼器運行也有八年多，越來越不穩定而且價格較高，數據采用加密的方式傳輸，無法與其他廠家的設備兼容，維護起來也比較麻煩，采用第二種方式接入，可以避免使用現有編碼解碼器，改用自動化環網提供的視頻接口。但是由于采用同軸電纜傳輸模擬信號，最遠大概能傳輸一千米，如果采面攝像頭超過這個距離，只能通過增加視頻光電轉換器才能實現，因此增加了可能出故障的環節，同樣會給維護造成了不便，因此經過多方比較和探討，下一步井下調度視頻監控采用大華本安型網絡攝像機，攝像機提供一個光纖FC接口，通過光纜直接到環網基站的以太網光接口，信號通過環網到達調度機房，通過地面環網基站的以太網電口再經過交換機進入通用型的解碼器，解碼后在調度大屏幕上顯示。這樣的方案使得投資最優化，維護最簡便。

5 其他綜合自動化系統的子系統總體數據接入集成

充分利用MCTP-Ⅲ環網系統的優勢，通過其豐富的接口、先進的隧道、透明傳輸技術，使各個子系統實現相互隔離的虛擬通道的傳輸，可以獨立通訊、互不干擾、避免了各類數據產生沖突，提高了數據傳輸的可靠性和實時性，不影響原有各子系統的傳輸架構。

5.1 PLC控制方式的子系統接入

對使用PLC控制方式子系統的以太網信號采用礦用阻燃網線或者單模光纜直接與環網綜合接入器的以太網口（電口或者光口）連接，進行數據傳輸，數據信號從機房MCTP-Ⅲ-M對應以太網口用六類網線做直通線接入到局域網控制層網絡交換機進行數據處理與交換。

綜合自動化系統局域網的數據采集服務器通過環網基站的以太網模塊數據口直接與PLC的以太網信號輸出接口相連，而該PLC的OPC Server安裝在PLC內部（或者安裝在管控服務器中），通過OPC與綜合自動化系統平臺中（工業庫）的組態軟件進行通訊連接及信息交互，有效的保證了實時性、可靠性。

5.2 總線型信號傳輸方式的子系統接入方案

采用總線型信號傳輸方式子系統的總線型數據信號（RS485/RS422/RS232/CAN/FSK/20毫安電流環/DH+等信號）采用兩芯礦用阻燃屏蔽雙絞線直接與環網基站的總線數據接口連接，進行數據傳輸，數據信號從機房站點對應總線接口傳輸給子系統上位機，再從上位機網口用六類網線做交叉線接入到局域網控制層網絡交換機進行數據處理與交換。

5.3 與子系統PC主機聯接的接入方案

對于煤礦專業性較強的子系統（如環境安全監測監控、人員定位監測及選煤廠等），數據采集服務器通過環網基站與該類型的子系統PC主機相聯。

5.4 與基于PC的嵌入式子系統聯接的接入方案

基于PC的嵌入式子系統以其系統結構簡單、價格便宜，但功能強大而受到工控業內人士青睞，該類型的系統近年來在煤礦也得到迅速的發展，如最新型的膠帶機控制子系統、工作面順槽控制系統等都是采用該類型的系統。因其核心就是安裝嵌入系統的計算機，數據采集服務器通過MCTP礦用本安型多信道寬帶工業環網系統及OPC/DDE/FTP接口協議與該類型的嵌入PC相聯。

5.5 調度電話接入方案

調度電話通過中繼電話信號接入，通過兩芯銅線與MCTP-Ⅲ系統礦用本安型多通道工業環網綜合接入器的語音接口連接，進行程控電話信號傳輸。

MCTP系統語音接口的傳輸模式是隧道形式、透明傳輸，不與其它系統產生沖突問題，有效的節省了帶寬，調度電話信號通過光纜傳輸，完全不受礦井環境惡劣、電磁干擾嚴重的影響，保證話音質量，徹底根除雷電對井下環境安全的影響。

經過上述改造，長平煤礦井下自動化環網由百兆升級到千兆，傳輸速率更快，設備運行更加穩定，并可承載原來的所有業務同時支持新增加的業務。本著節約資金的原則根據站點重要性有選擇性的使用不同設備，為煤礦的信息化自動化發展保駕護航。

[1]劉成,朱拴成.煤礦綜合自動化與機電技術.中國礦業大學出版社.2012.11.

[2]夏士雄,于勵民,鄭豐隆.煤礦通信與信息化.中國礦業大學出版社.2008.7

胡敏凱（1981—），男，現供職山西長平煤業有限責任公司，研究方向：通訊運營。