新橋煤礦智能工作面網絡系統設計

張大海

（永煤集團股份有限公司 新橋煤礦，河南 永城 476600）

1 項目概述

工作面智能化控制系統就是將采煤機控制系統、支架電液控制系統、工作面運輸控制系統、三機通信控制系統、泵站控制系統及供電系統有機結合，實現對綜合機械化采煤工作面設備的協調管理與集中控制。采煤機以記憶割煤為主，人工遠程干預為輔；液壓支架以跟隨采煤機自動動作為主，人工遠程干預為輔；運輸設備實現集中自動化控制。本工作面實現集視頻、語音、遠程集中控制為一體工作面智能化控制系統，實現工作面采煤機、刮板運輸機和液壓支架等設備的聯動控制和關聯閉鎖等功能。工作面智能化控制系統是一個多系統融合控制的系統，各系統之間采用什么通訊方式關乎整個系統運行的穩定與可靠。

2 項目依據

Modbus是一種串行通信協議，是Modicon公司（現在的施耐德電氣Schneider Electric）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而發表。Modbus已經成為工業領域通信協議的業界標準（De facto），并且現在是工業電子設備之間使用最廣泛的連接方式。為方便各個系統間的無縫對接，工作面智能化控制系統采用modbus通信協議與采煤機、運輸機變頻器、乳化液泵站、膠帶機及工作面天津華寧控制系統等系統對接。

3 項目設計

根據以上優點，工作面智能化控制系統的物理鏈路采用工業以太網與其他系統對接。利用工作面的設備列車處安裝的KJJ18本安型萬兆交換機以及德國marco的pm32/ze/dxd3型高速交換機建立一個統一開放的工作面工業以太網，構建控制平臺。通過工業以太網使工作面設備連接到設備列車集控中心的隔爆服務器，實現工作面設備信息匯集。工作面以太網主要由隔離耦合器、數據接口、本安型交換機、礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源、4芯鎧裝連接器、礦用光纜等組成。設備列車處山西際安動力中心、移變朗威達高壓饋頭、乳化泵plc控制柜、乳化泵變頻一體機控制柜、轉載機變頻一體機控制柜接入到德國marco的高速交換機，采煤機、運輸機變頻器、工作面天津華寧主控器、運輸機健康管理系統接入本安型萬兆交換機。在設備列車交換機處敷設光纜到下順槽膠帶機頭，通過下順槽膠帶機頭安裝的交換機將下順槽膠帶機天津華寧主控器、膠帶機變頻一體機控制柜、膠帶機動力饋電以及機頭攝像頭數據傳輸至設備列車集控中心服務器。

4 工作面設備IP地址規劃（表1）

表1 2502智能化工作面IP地址規劃

5 網絡系統拓撲圖（圖1）

圖1

6 架構優勢

6.1 高帶寬、低時延的獨立網網絡系統

建立了統一的智能化工作面工業以太網絡系統，不但提高了全工作面的工業數據傳輸效率，還提供了膠帶機頭等偏遠地點的高清攝像頭接口，使個別地點不需要在敷設單獨的通信光纜，也為礦山信息化建設打下了很好的網絡基礎。

6.2 多元異構系統統一接入

方案將原有相互獨立、自成系統的子項實現了統一的接入。設備列車處萬兆交換機直接接入采煤機、運輸機變頻器、工作面天津華寧主控器、運輸機健康管理系統、數字廣播對講通訊系統、視頻監控系統等。方案將上述各子系統所傳輸的信號、語音、數據統一接入工業以太網，一根光纖即可實現上述系統的語音、數據高速、可靠傳輸，并通過原有工業環網將信息傳輸至地面集控中心。

設備列車處萬兆交換機還可接入IP通訊系統和WIFI無線系統等應用。系統全部實現了數字化傳輸，具有抗干擾能力強等優點，并且整個方案實現了多個系統的融合應用。

6.3 系統傳輸穩定可靠

相較傳統485總線傳輸方式，新的系統總線具有如下優勢：

（1）傳輸距離更遠，可實現包括語音在內的多設備、大數據量通訊。

（2）通訊效率高，工業以太網帶沖突檢測的載波幀聽多路訪問機制機制，取代485總線單主從輪詢通訊機制。大大提高了通訊效率，縮短了采樣周期。從而使用戶可更快、更豐富的取得系統數據。

（3）傳輸報文校驗機制，可避免外界干擾造成系統對傳輸錯誤數據的接收，避免錯誤數值造成系統數據異常、誤報警甚至誤動作。

（4）錯誤檢測機制，當終端設備發生故障時，將自動脫開總線。從而不影響總線其他設備的正常通訊。

7 應用效果及社會效益分析

系統實現了多元異構系統的接入和傳輸。僅線纜一項，即可節省至少60%線纜敷設長度，在顯著節省成本的同時。極大減輕了后續對于各系統線纜運維保障成本。同時，實現了各子系統協議轉換和數據采集，上傳功能，進一步節省了用戶投資，簡化了礦井設備部署數量，減輕了后期運維投入和備品備件數量，也為今后用戶的日常運行維護節省了巨大的人力投入和支出。

8 結論

通過設備列車處的本安型萬兆交換機，實現對山西際安動力中心、移變朗威達高壓饋頭、乳化泵plc控制柜、乳化泵變頻一體機控制柜、轉載機變頻一體機控制柜、采煤機、運輸機變頻器、工作面天津華寧主控器、運輸機健康管理系統、無線通訊系統、視頻監控系統、語音廣播系統等系統的統一接入、統一承載、統一管理。高達萬兆傳輸帶寬的交換機實現了智能化工作面所有數據的高速上傳，不僅可滿足大顆粒業務（如監視監控系統）的承載需求，還支持HQoS，確保分用戶分業務保證服務質量，最重要的是具有多重保護功能，可保障極端環境下通信順暢，為礦山安全作業保駕護航。