淺析工業以太環網在煤礦安全監控系統中的應用

劉旭

【摘 要】伴隨現代通信技術、控制技術等迅猛發展，煤礦對控制系統的數字化、智能化、集成化等提出了越來越嚴苛的要求，傳統網絡已然無法滿足煤礦不斷劇增的生產數據傳輸需求。文章通過闡述推廣工業以太環網的意義，分析現階段煤礦安全監控系統中存在的主要問題，對工業以太環網在煤礦安全監控系統中的應用措施展開討論，旨在為研究如何促進煤礦安全監控系統安全有序運行提供思路。

【關鍵詞】工業以太環網；煤礦；安全監控系統

【中圖分類號】TP277 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）09-0162-02

0 引言

近年來，我國眾多煤礦紛紛構建或者準備構建安全監控系統，然而從系統集成層面而言，有關生產、管理的信息化與自動化水平依舊不足，尤其是煤礦安全監控系統沒有形成統一的行業標準，不同生產商自主制定傳輸協議及接口標準，使得不同子系統相互間難以實現有效兼容或連接，引發信息孤島現象，信息資源無法共享，監控系統、管理系統相互間無法實現有效聯動；從產業發展層面而言，現階段，煤礦行業安全軟件、硬件研發及服務保障系統仍相對落后，研發水平有限，與煤礦行業特征及發展需求相符的軟硬件、儀器設備等依舊十分缺乏，無法滿足煤礦安全生產及技術革新的需求。針對這一情況，倘若引入工業以太環網來建設煤礦安全監控系統，則能夠有效彌補系統存在的技術缺陷，促進煤礦安全監控系統實現安全有序地運行。由此可見，對工業以太環網在煤礦安全監控系統中的應用展開研究具有重要意義。

1 推廣工業以太環網的意義

伴隨社會發展對煤礦資源需求的不斷攀升，近年來煤礦生產開采規模日益擴大，由此給煤礦安全管理帶來極大沖擊。為了有效了解煤礦設備運行狀況及掌握不同環境下設備運行參數的轉變，構建一個科學完備的數據采集及信息傳輸系統，對設備開展全面控制管理尤為關鍵。這同樣是確保一系列監測數據的準確傳輸，促進實現煤礦生產開采安全有序開展的重要輔助手段之一。

作為光通信中的一項新型技術，光纖通信技術近年來迅猛發展，并在現代通信中占據越來越高的份額。光纖工業以太環網的構建，一方面可防止引發傳輸系統鏈接故障，另一方面可更為迅速地與煤礦下監控分站開展數據交換，進而提升監控系統的巡檢周期及抗干擾水平，為煤礦生產安全有序開展提供可靠保障。近年來，工業以太網憑借其傳輸距離遠、抗干擾能力強等優勢，已然在骨干傳輸網建設中得到廣泛推廣。因而，將工業以太環網應用于煤礦安全監控系統中具有十分重要的現實意義。

2 現階段煤礦安全監控系統中存在的主要問題

現階段，我國監控系統架構主要為集散型控制結構，地面監測主機經由串行總線與系統線路傳輸裝置連接，依托串口輪巡方式與礦井對應數據信息采集分站開展數據信息傳輸；系統傳輸線路以阻燃通信線纜為主；數據傳輸模式包括RS485總線、DPSK、FSK等。該種系統架構在運行過程中主要表現出以下問題：其一，采用的總線型架構方式會對系統傳輸速率、距離造成極大影響，在接入系統數據信息采集設備不斷增多的情況下，系統巡檢時間難以滿足相關規定。其二，主干通信線路運用電纜作為傳輸介質，在煤礦井下復雜環境中安全監控系統數據傳輸極易受到各種因素的影響。其三，單一的總線結構無法形成可靠的線路冗余，某些主干通信線路損壞極易使井下設備數據信息采集終端發生故障甚至導致系統無法運行。

3 工業以太環網在煤礦安全監控系統中的應用措施

3.1 網絡設計思路

其一，硬件結構設計。煤礦安全監控系統主要由控制中心管理層、網絡通訊層及現場接入子系統層等組成。其中，網絡通訊層依據生產關系及地理位置，需用單環網絡與星型網絡相結合的手段，將每一子系統的主機用以工業以太環網的節點，配備若干臺環網交換機、控制核心交換機以構建光纖環網，其他子系統節點結合其接口方式，選取星型網絡依托建立通訊分站或與骨干網交換機直接連接，進一步將全面子系統匯集于以TCP/IP協議為前提的工業以太環網中。

其二，邏輯結構設計。煤礦生產中涉及大量子系統及子系統設備，子系統相互間保持獨立運行，不開展互聯通訊，因此可利用虛擬局域網技術將網絡劃分成若干個虛擬的局域網絡，依托對煤礦工業以太環網的虛擬局域網絡的科學劃分，實現對網絡廣播、限制系統與系統相互間訪問權限的有效控制，切實提高網絡的數據傳輸效率及網絡安全性。

3.2 網絡系統安全設計

系統安全是信息化建設中的重要環節，要做到全方位統籌規劃，換言之，不僅要保證系統出現故障后可迅速恢復，還要保證信息數據不受非法侵襲或篡改。此環節通常需要應用到的技術方法包括密鑰、防火墻、數字證書、入侵檢測等。安全方案技術特征表現為可實現數據的全面自動備份，同時可實現數據的反復存儲，進而為數據信息提供安全可靠的保障。主備服務器不僅可以自動切換，還可人為操作切換。倘若主服務器出現故障情況，如斷電、死機等，則可實現自動向備份服務器切換。雙機開展切換不會對系統運行構成不利影響，具備良好的穩定性。雙機熱備軟件安裝、配置便捷，依托純軟方式，經濟成本，無需運用成本高昂的磁盤陣列柜，兩臺服務器相互間不會受到距離的影響。

引入硬陣列方式，有助于提高系統穩定性。一般情況下，可將磁盤陣列劃分成軟陣列、硬陣列。其中，前者是經由軟件程序并通過計算機中央處理器提供運行能力所形成的。因為軟件程式作為一個系統存在不完整的特征，所以僅可實現常規的磁盤陣列容錯功能。后者則是通過獨立操作的硬件，實現全面磁盤陣列的計算、控制等功能，而不依賴于計算機中央處理器。再加上硬陣列屬于一個完整的系統，因而各項需求的功能均可引入，由此決定了硬陣列對應提供的功能要優于軟陣列。依托磁盤陣列技術，有助于加快磁盤的傳輸速度，防范數據信息由于磁盤故障而出現丟失的情況，并且可提高對磁盤空間的有效利用。在磁盤陣列中，可使大量磁盤實現數據信息同時傳輸，而該部分磁盤驅動器在理論上屬于一個磁盤驅動器，因而應用磁盤陣列可實現單個磁盤驅動器幾倍、幾十倍甚至更高的速度，進一步實現統一服務器上不同硬盤的全面自動備份。

3.3 煤礦安全監控系統工業以太環網的實現

通常而言，工業以太環網是由12芯礦用光纜中的2芯單模光纖連接煤礦井下及地面以太網交換機的千兆光纖端口，由此構建起一個可靠的主干傳輸網絡。該種主干傳輸網絡具備環型結構、千兆帶寬及治愈功能等特征優勢，倘若主干傳輸網絡中相關節點或線路引發故障，其均可迅速自動恢復數據傳輸，該種系統下的數據信息傳輸，安全性、可靠性可得到顯著提高。以太網交換機通常設置于接近煤礦生產工作面的變電所中，僅需將該區域中對應信息采集信號傳輸至變電所的以太網交換機中，然后依托工業以太環網便可實現將部分數據信息傳輸至地面監控中心。倘若煤礦巷道距離相對較長，依托工業以太環網便可有效減少傳輸電纜的投入。在煤礦安全監控系統中，視頻監控系統需要占據極大的帶寬，然而對于網絡帶寬的使用率卻相對不足，因而引入該系統可有效滿足大中型煤礦當前的實際生產需求，并且還可對網絡開展較為科學的規劃，采取相關有效的安全策略，進一步促進煤礦安全監控系統的安全有序運行。

4 結語

總而言之，工業以太環網可為煤礦生產開采提供安全可靠的數字通信渠道，將煤礦各個生產環節及對應輔助環節的數據信息連接至交換機上，開展實時動態的數據信息采集、傳輸、分析、呈現等，進一步對煤礦生產開采各項機電設備開展統一監控，并且輔助工業電視系統開展安全圖像監控，為作業人員及機電設備提供安全保障。由此對推動煤礦企業科學化、現代化發展，促進煤礦安全高效生產，提高煤炭行業科學技術發展水平有著十分重要的意義。因而，煤礦企業相關人員務必加大研究分析力度，提高對推廣工業以太環網意義的有效認識，深入分析現階段煤礦安全監控系統中存在的主要問題，確保工業以太環網在煤礦安全監控系統中的科學合理應用，積極促進煤礦安全監控系統安全有序運行。

參 考 文 獻

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[責任編輯：陳澤琦]