基于工業(yè)以太網(wǎng)和VPN的瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

中國礦業(yè)大學(xué)

河南神火集團(tuán)有限公司鄭剛

基于工業(yè)以太網(wǎng)和VPN的瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

中國礦業(yè)大學(xué)

河南神火集團(tuán)有限公司鄭剛

一、瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，科技工作者在煤礦瓦斯災(zāi)害的治理上進(jìn)行了大量和細(xì)致的工作，越來越多的研究成果被廣泛應(yīng)用到煤礦現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)預(yù)防煤礦瓦斯事故的發(fā)生起到了十分重要的作用。河南神火集團(tuán)有限公司為了加強(qiáng)對(duì)下轄各礦的安全生產(chǎn)管理，建立了監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將各礦的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和調(diào)度業(yè)務(wù)集成在公司調(diào)度室，組建了監(jiān)控子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了煤礦數(shù)字化瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控，使公司各個(gè)部門及領(lǐng)導(dǎo)可以在網(wǎng)上瀏覽各自所需的信息，做到了對(duì)各礦的安全生產(chǎn)狀況進(jìn)行綜合性動(dòng)態(tài)分析，形成了領(lǐng)導(dǎo)決策機(jī)制，并實(shí)現(xiàn)了資源的有機(jī)共享。

二、數(shù)字化瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)字化瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究，綜合考慮了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的開放性和可靠性。實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)控、數(shù)據(jù)共享遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)、系統(tǒng)的可裁減性及兼容性，全面提升了瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控監(jiān)管能力和煤礦安全保障能力。

1.監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)制備系統(tǒng)軟件選擇了Microsoft公司的Windows2003Server作為操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件采用Microsoft公司的SQLServer2000。系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)選用Microsoft公司VisualStudio.NET。系統(tǒng)采用B/S模式設(shè)計(jì)的3層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，即瀏覽器和應(yīng)用邏輯服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建。主干網(wǎng)絡(luò)千兆以太網(wǎng)星型結(jié)構(gòu)，各礦采用10M/100M快速以太網(wǎng)接入，核心交換機(jī)采用具有3層交換功能的交換機(jī)，以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，在必要時(shí)可將各部門劃分為各個(gè)虛擬子網(wǎng)，以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性及運(yùn)行速度，各二級(jí)礦采用光纜作為主干傳輸介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（1）設(shè)備層。將底層設(shè)備直接連接到煤礦井下的瓦斯監(jiān)測(cè)分站服務(wù)器上，采用智能化的接口設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)是成本較低，方便安裝，并可實(shí)現(xiàn)快速故障診斷。

（2）信息層。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上采用快速以太網(wǎng)交換結(jié)構(gòu)，它既具有快速以太網(wǎng)提供的高速度，又具有交換技術(shù)帶來的獨(dú)占帶寬和避免碰撞的特點(diǎn)。

（3）控制層?？刂茖訉/O網(wǎng)絡(luò)功能和對(duì)等信息傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了報(bào)文傳送，保證信息的實(shí)時(shí)性和確定性。采用工業(yè)以太網(wǎng)交換設(shè)備和光纜構(gòu)成1個(gè)貫通井下井上信息的高速通道，帶寬為1000M，可同時(shí)接入不同協(xié)議的數(shù)據(jù)、圖像及語音信息。工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)淙鐖D2所示。

3.企業(yè)遠(yuǎn)程VPN和移動(dòng)VPN設(shè)計(jì)。針對(duì)庫存網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、弱電布線及信息點(diǎn)布局，系統(tǒng)采用扁平化、模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)及改造思路，更新集團(tuán)永城總部的核心層及匯聚層設(shè)備。全網(wǎng)采用彈性智能架構(gòu)IRF2進(jìn)行整體規(guī)劃和部署。所設(shè)計(jì)的神火集團(tuán)永城本部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示。

圖3 設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能

公司各生產(chǎn)礦井通過千兆光纖網(wǎng)和VPN企業(yè)遠(yuǎn)程接入網(wǎng)把各礦在井下生產(chǎn)、安全及管理方面的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳到公司信息中心，形成了統(tǒng)一格式的公司級(jí)數(shù)據(jù)庫和各礦井安全生產(chǎn)狀況查詢系統(tǒng)，最終達(dá)到保證礦井安全生產(chǎn)和公司范圍內(nèi)的煤礦遠(yuǎn)程數(shù)字化瓦斯監(jiān)控的目的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)公司各礦的生產(chǎn)運(yùn)行狀況、安全水平進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。使公司領(lǐng)導(dǎo)可以在網(wǎng)上瀏覽安全生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息，及時(shí)掌握安全生產(chǎn)情況并形成科學(xué)合理的決策，提高生產(chǎn)和管理效率，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形顯示和查詢統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各礦的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)顯示的各類實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形可轉(zhuǎn)換為HTML或XML，供客戶瀏覽。其界面美觀大方、整體風(fēng)格一致，并具有文字、圖形、動(dòng)畫等功能。實(shí)現(xiàn)了各礦安全生產(chǎn)日?qǐng)?bào)、安全動(dòng)態(tài)班報(bào)、安全監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)、設(shè)備安全運(yùn)行動(dòng)態(tài)等數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)功能。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形顯示功能如圖4所示。

圖4 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形顯示功能

2.歷史曲線顯示和報(bào)警?？稍诠ぷ髡旧贤ㄟ^IE瀏覽器瀏覽系統(tǒng)實(shí)時(shí)模擬畫面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息報(bào)表、跟蹤曲線和歷史曲線等信息。可以在1個(gè)坐標(biāo)內(nèi)顯示多個(gè)測(cè)點(diǎn)的歷史曲線，可以放大曲線和打印曲線。鼠標(biāo)跟蹤顯示曲線上每1點(diǎn)的數(shù)值和時(shí)間，可以用表格方式顯示曲線的相應(yīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄，可顯示最大、最小和平均值曲線。系統(tǒng)為用戶提供公司監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可視化報(bào)警功能。

3.其他主要功能。本系統(tǒng)具有報(bào)表打印功能，可以按測(cè)點(diǎn)、時(shí)間（段）、礦、班次、報(bào)警、異常等各種方式查詢各種數(shù)據(jù)，并能打印出來。具有調(diào)度業(yè)務(wù)事件記錄功能和調(diào)度業(yè)務(wù)曲線、柱狀圖繪制功能。將實(shí)時(shí)狀態(tài)與分析和解算相配合，可為礦井的正常生產(chǎn)和防災(zāi)救災(zāi)調(diào)度提供決策依據(jù)。

綜上，通過工業(yè)以太網(wǎng)和VPN企業(yè)遠(yuǎn)程接入網(wǎng)，可以把各礦在井下生產(chǎn)、安全及管理方面重要的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳到公司信息中心，形成統(tǒng)一格式的公司級(jí)數(shù)據(jù)庫和各礦井安全生產(chǎn)狀況查詢系統(tǒng)，并最終達(dá)到保證礦井安全生產(chǎn)和公司范圍內(nèi)煤礦遠(yuǎn)程數(shù)字化瓦斯監(jiān)控的目的。數(shù)字化瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)適應(yīng)于各種規(guī)模的煤礦安全生產(chǎn)的應(yīng)用，為煤礦自身安全監(jiān)理部門提供實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。數(shù)字化瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究與推廣，將會(huì)為提高我國煤礦安全生產(chǎn)的管理水平作出巨大的貢獻(xiàn)。