劉旭

【摘 要】伴隨現(xiàn)代通信技術(shù)、控制技術(shù)等迅猛發(fā)展，煤礦對控制系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、集成化等提出了越來越嚴苛的要求，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已然無法滿足煤礦不斷劇增的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸需求。文章通過闡述推廣工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的意義，分析現(xiàn)階段煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中存在的主要問題，對工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用措施展開討論，旨在為研究如何促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)安全有序運行提供思路。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)；煤礦；安全監(jiān)控系統(tǒng)

【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(gòu)建或者準備構(gòu)建安全監(jiān)控系統(tǒng)，然而從系統(tǒng)集成層面而言，有關(guān)生產(chǎn)、管理的信息化與自動化水平依舊不足，尤其是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)沒有形成統(tǒng)一的行業(yè)標準，不同生產(chǎn)商自主制定傳輸協(xié)議及接口標準，使得不同子系統(tǒng)相互間難以實現(xiàn)有效兼容或連接，引發(fā)信息孤島現(xiàn)象，信息資源無法共享，監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)相互間無法實現(xiàn)有效聯(lián)動；從產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面而言，現(xiàn)階段，煤礦行業(yè)安全軟件、硬件研發(fā)及服務(wù)保障系統(tǒng)仍相對落后，研發(fā)水平有限，與煤礦行業(yè)特征及發(fā)展需求相符的軟硬件、儀器設(shè)備等依舊十分缺乏，無法滿足煤礦安全生產(chǎn)及技術(shù)革新的需求。針對這一情況，倘若引入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)來建設(shè)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，則能夠有效彌補系統(tǒng)存在的技術(shù)缺陷，促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)安全有序地運行。由此可見，對工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用展開研究具有重要意義。

1 推廣工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的意義

伴隨社會發(fā)展對煤礦資源需求的不斷攀升，近年來煤礦生產(chǎn)開采規(guī)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(shè)備運行狀況及掌握不同環(huán)境下設(shè)備運行參數(shù)的轉(zhuǎn)變，構(gòu)建一個科學完備的數(shù)據(jù)采集及信息傳輸系統(tǒng)，對設(shè)備開展全面控制管理尤為關(guān)鍵。這同樣是確保一系列監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確傳輸，促進實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)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(shù)，光纖通信技術(shù)近年來迅猛發(fā)展，并在現(xiàn)代通信中占據(jù)越來越高的份額。光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的構(gòu)建，一方面可防止引發(fā)傳輸系統(tǒng)鏈接故障，另一方面可更為迅速地與煤礦下監(jiān)控分站開展數(shù)據(jù)交換，進而提升監(jiān)控系統(tǒng)的巡檢周期及抗干擾水平，為煤礦生產(chǎn)安全有序開展提供可靠保障。近年來，工業(yè)以太網(wǎng)憑借其傳輸距離遠、抗干擾能力強等優(yōu)勢，已然在骨干傳輸網(wǎng)建設(shè)中得到廣泛推廣。因而，將工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2 現(xiàn)階段煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中存在的主要問題

現(xiàn)階段，我國監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)主要為集散型控制結(jié)構(gòu)，地面監(jiān)測主機經(jīng)由串行總線與系統(tǒng)線路傳輸裝置連接，依托串口輪巡方式與礦井對應(yīng)數(shù)據(jù)信息采集分站開展數(shù)據(jù)信息傳輸；系統(tǒng)傳輸線路以阻燃通信線纜為主；數(shù)據(jù)傳輸模式包括RS485總線、DPSK、FSK等。該種系統(tǒng)架構(gòu)在運行過程中主要表現(xiàn)出以下問題：其一，采用的總線型架構(gòu)方式會對系統(tǒng)傳輸速率、距離造成極大影響，在接入系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采集設(shè)備不斷增多的情況下，系統(tǒng)巡檢時間難以滿足相關(guān)規(guī)定。其二，主干通信線路運用電纜作為傳輸介質(zhì)，在煤礦井下復(fù)雜環(huán)境中安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸極易受到各種因素的影響。其三，單一的總線結(jié)構(gòu)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(shè)備數(shù)據(jù)信息采集終端發(fā)生故障甚至導致系統(tǒng)無法運行。

3 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用措施

3.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思路

其一，硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由控制中心管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層及現(xiàn)場接入子系統(tǒng)層等組成。其中，網(wǎng)絡(luò)通訊層依據(jù)生產(chǎn)關(guān)系及地理位置，需用單環(huán)網(wǎng)絡(luò)與星型網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的手段，將每一子系統(tǒng)的主機用以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的節(jié)點，配備若干臺環(huán)網(wǎng)交換機、控制核心交換機以構(gòu)建光纖環(huán)網(wǎng)，其他子系統(tǒng)節(jié)點結(jié)合其接口方式，選取星型網(wǎng)絡(luò)依托建立通訊分站或與骨干網(wǎng)交換機直接連接，進一步將全面子系統(tǒng)匯集于以TCP/IP協(xié)議為前提的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)中。

其二，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。煤礦生產(chǎn)中涉及大量子系統(tǒng)及子系統(tǒng)設(shè)備，子系統(tǒng)相互間保持獨立運行，不開展互聯(lián)通訊，因此可利用虛擬局域網(wǎng)技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個虛擬的局域網(wǎng)絡(luò)，依托對煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的虛擬局域網(wǎng)絡(luò)的科學劃分，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)廣播、限制系統(tǒng)與系統(tǒng)相互間訪問權(quán)限的有效控制，切實提高網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率及網(wǎng)絡(luò)安全性。

3.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全設(shè)計

系統(tǒng)安全是信息化建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，要做到全方位統(tǒng)籌規(guī)劃，換言之，不僅要保證系統(tǒng)出現(xiàn)故障后可迅速恢復(fù)，還要保證信息數(shù)據(jù)不受非法侵襲或篡改。此環(huán)節(jié)通常需要應(yīng)用到的技術(shù)方法包括密鑰、防火墻、數(shù)字證書、入侵檢測等。安全方案技術(shù)特征表現(xiàn)為可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面自動備份，同時可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的反復(fù)存儲，進而為數(shù)據(jù)信息提供安全可靠的保障。主備服務(wù)器不僅可以自動切換，還可人為操作切換。倘若主服務(wù)器出現(xiàn)故障情況，如斷電、死機等，則可實現(xiàn)自動向備份服務(wù)器切換。雙機開展切換不會對系統(tǒng)運行構(gòu)成不利影響，具備良好的穩(wěn)定性。雙機熱備軟件安裝、配置便捷，依托純軟方式，經(jīng)濟成本，無需運用成本高昂的磁盤陣列柜，兩臺服務(wù)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(tǒng)穩(wěn)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(jīng)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(tǒng)存在不完整的特征，所以僅可實現(xiàn)常規(guī)的磁盤陣列容錯功能。后者則是通過獨立操作的硬件，實現(xiàn)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(tǒng)，因而各項需求的功能均可引入，由此決定了硬陣列對應(yīng)提供的功能要優(yōu)于軟陣列。依托磁盤陣列技術(shù)，有助于加快磁盤的傳輸速度，防范數(shù)據(jù)信息由于磁盤故障而出現(xiàn)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(xiàn)數(shù)據(jù)信息同時傳輸，而該部分磁盤驅(qū)動器在理論上屬于一個磁盤驅(qū)動器，因而應(yīng)用磁盤陣列可實現(xiàn)單個磁盤驅(qū)動器幾倍、幾十倍甚至更高的速度，進一步實現(xiàn)統(tǒng)一服務(wù)器上不同硬盤的全面自動備份。

3.3 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的實現(xiàn)

通常而言，工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)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(wǎng)交換機的千兆光纖端口，由此構(gòu)建起一個可靠的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)。該種主干傳輸網(wǎng)絡(luò)具備環(huán)型結(jié)構(gòu)、千兆帶寬及治愈功能等特征優(yōu)勢，倘若主干傳輸網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)節(jié)點或線路引發(fā)故障，其均可迅速自動恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸，該種系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)信息傳輸，安全性、可靠性可得到顯著提高。以太網(wǎng)交換機通常設(shè)置于接近煤礦生產(chǎn)工作面的變電所中，僅需將該區(qū)域中對應(yīng)信息采集信號傳輸至變電所的以太網(wǎng)交換機中，然后依托工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)便可實現(xiàn)將部分數(shù)據(jù)信息傳輸至地面監(jiān)控中心。倘若煤礦巷道距離相對較長，依托工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)便可有效減少傳輸電纜的投入。在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要占據(jù)極大的帶寬，然而對于網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用率卻相對不足，因而引入該系統(tǒng)可有效滿足大中型煤礦當前的實際生產(chǎn)需求，并且還可對網(wǎng)絡(luò)開展較為科學的規(guī)劃，采取相關(guān)有效的安全策略，進一步促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全有序運行。

4 結(jié)語

總而言之，工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)可為煤礦生產(chǎn)開采提供安全可靠的數(shù)字通信渠道，將煤礦各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)及對應(yīng)輔助環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息連接至交換機上，開展實時動態(tài)的數(shù)據(jù)信息采集、傳輸、分析、呈現(xiàn)等，進一步對煤礦生產(chǎn)開采各項機電設(shè)備開展統(tǒng)一監(jiān)控，并且輔助工業(yè)電視系統(tǒng)開展安全圖像監(jiān)控，為作業(yè)人員及機電設(shè)備提供安全保障。由此對推動煤礦企業(yè)科學化、現(xiàn)代化發(fā)展，促進煤礦安全高效生產(chǎn)，提高煤炭行業(yè)科學技術(shù)發(fā)展水平有著十分重要的意義。因而，煤礦企業(yè)相關(guān)人員務(wù)必加大研究分析力度，提高對推廣工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)意義的有效認識，深入分析現(xiàn)階段煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中存在的主要問題，確保工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的科學合理應(yīng)用，積極促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)安全有序運行。

參 考 文 獻

[1]王偉，馬小軍，王健，等.基于光纖以太環(huán)網(wǎng)和現(xiàn)場總線的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].測控技術(shù)，2013，32

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[責任編輯：陳澤琦]