礦井運(yùn)輸系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化監(jiān)控組成及應(yīng)用

李慶才

摘要：信息時(shí)代的到來(lái)，為煤礦企業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)。目前，為了能夠保證礦井的安全、高效生產(chǎn)，研發(fā)了基于以太網(wǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)總線的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。以太網(wǎng)能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行高速傳播，而現(xiàn)場(chǎng)總線又可以保護(hù)系統(tǒng)不被第三方設(shè)備惡意接入，確保系統(tǒng)高開(kāi)放性、高傳輸率、高實(shí)時(shí)性以及高可靠性。

關(guān)鍵詞：礦井運(yùn)輸系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；以太網(wǎng)

引言

利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為礦井運(yùn)輸構(gòu)建高效能的監(jiān)控系統(tǒng)，首先要以煤礦實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境為大的切入點(diǎn)，保證系統(tǒng)的兼容性和實(shí)用性。目前，存在于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中的運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)大多倚仗于專用通訊協(xié)議，在設(shè)備物理接口處存在著很大的漏洞，所以不但傳輸速率不高，而且無(wú)法達(dá)到預(yù)期的檢測(cè)效果。

1.礦井集散式監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

考察國(guó)內(nèi)礦井中較為普遍的集中運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，其主要借助現(xiàn)場(chǎng)總線的分散性和易操作性完成監(jiān)控裝置與傳感器等設(shè)備的連接問(wèn)題，保證了井下作業(yè)的可控制性。而不足之處就在于，連接在總線上面的設(shè)備以及她們運(yùn)行時(shí)所采用的協(xié)議并不完全相同，甚至有時(shí)差距甚大，極大的阻礙了控制系統(tǒng)間的互通與協(xié)作，成為傳統(tǒng)運(yùn)輸系統(tǒng)的硬傷。

而基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)就可以很好的解決上述問(wèn)題，它能夠?qū)⒉煌瑱z測(cè)裝置中傳遞出的數(shù)據(jù)源轉(zhuǎn)化成具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后經(jīng)過(guò)井下分站接入監(jiān)控系統(tǒng)，不但提高了系統(tǒng)的兼容性，且不會(huì)破壞原始數(shù)據(jù)的完整性。另外，該系統(tǒng)還為所有的檢測(cè)設(shè)備設(shè)置了一條專用的高速網(wǎng)絡(luò)通道，所有的帶寬即可獨(dú)享又可復(fù)用，只要所安裝的設(shè)備在該系統(tǒng)兼容的范圍內(nèi)就可以快速的接入到監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，達(dá)到資源的高度共享。從煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的特征出發(fā)，其較頻繁的流動(dòng)性對(duì)檢測(cè)設(shè)備的及時(shí)接入提出了非常高的要求。以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控為基礎(chǔ)的礦井運(yùn)輸系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)了高開(kāi)放性、實(shí)時(shí)性和安全性的情況下還做到了資源的最大限度共享，為監(jiān)控信息高效可靠傳輸做好了充足的準(zhǔn)備。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，為基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的礦井運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2.1開(kāi)放性設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的礦井運(yùn)輸系統(tǒng)不但兼容性較差而且擴(kuò)展空間不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)井下監(jiān)控信息的高速傳輸，不利于煤礦的安全生產(chǎn)。而本系統(tǒng)則基本上克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)的不足，具有十分強(qiáng)大的功能體系。

對(duì)于井下運(yùn)輸?shù)陌踩O(jiān)控，如檢測(cè)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻一類的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，稱為上行數(shù)據(jù)，而系統(tǒng)或者技術(shù)人員下達(dá)的各種控制命令則為下行數(shù)據(jù)。整個(gè)運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)共分為設(shè)備層、控制層和信息層三大部分。

2.2魯棒性設(shè)計(jì)

由于煤炭井下運(yùn)輸?shù)奶厥庑裕V井運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行已經(jīng)成為保護(hù)井下工人生命安全的重要保障。而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的魯棒性設(shè)計(jì)，主要是將主干網(wǎng)設(shè)計(jì)成星形，使其在可靠性和安全性上面都所有提高?？紤]到控制節(jié)點(diǎn)的分布較遠(yuǎn)，可為該監(jiān)控系統(tǒng)安置兩套傳輸光纜，完成監(jiān)控主站、交換機(jī)和工作站等地面設(shè)備的物理連接，保證指令的傳達(dá)和數(shù)據(jù)的運(yùn)輸。

3.系統(tǒng)應(yīng)用

3.1系統(tǒng)工作原理

基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的整體工作流程，以及其對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)分站的管理與控制原理。首先，采用輪詢應(yīng)答的方式開(kāi)展主站與各個(gè)分站之間的聯(lián)系，并且將井下數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔管理；當(dāng)對(duì)某一分站下達(dá)指令時(shí)，其在1秒內(nèi)沒(méi)有回應(yīng)，則需要在三秒內(nèi)進(jìn)行反復(fù)的三次檢測(cè)，若無(wú)法解決系統(tǒng)將立即啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)；而在輪詢問(wèn)過(guò)程中主站同時(shí)會(huì)將外部下行指令進(jìn)行重新的編碼轉(zhuǎn)換，使其成為標(biāo)準(zhǔn)格式的CDP數(shù)據(jù)然后轉(zhuǎn)入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中傳送；最后更具包頭地址找到對(duì)應(yīng)的分站，通過(guò)解碼校驗(yàn)完成信息的準(zhǔn)確傳達(dá)。

由監(jiān)控設(shè)備發(fā)出的上行數(shù)據(jù)在分站和總線接口完成向標(biāo)準(zhǔn)格式UDP的轉(zhuǎn)換，傳輸系統(tǒng)會(huì)根據(jù)其包頭地址通過(guò)路由找到所要達(dá)到的目的站，最后進(jìn)行解碼校驗(yàn)，而數(shù)據(jù)發(fā)源地則可以跟蹤數(shù)據(jù)包的動(dòng)態(tài)情況用以確定瓦斯標(biāo)準(zhǔn)，如果出現(xiàn)非正常情況則立即啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，或者借助MGCS動(dòng)態(tài)畫面上報(bào)給地面監(jiān)控中央系統(tǒng)。地面中央控制系統(tǒng)通過(guò)上行數(shù)據(jù)包預(yù)覽井下情況并且做出準(zhǔn)確的回應(yīng)。

3.2系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)高效傳輸?shù)幕A(chǔ)之上的，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線為井下構(gòu)建出一個(gè)數(shù)據(jù)高速度交換的資源共享平臺(tái)。而對(duì)于數(shù)據(jù)源的傳播，系統(tǒng)共可采用兩種方式。數(shù)據(jù)報(bào)形式，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)全部看成單獨(dú)的個(gè)體，按照其目的地進(jìn)行分組，通過(guò)目的節(jié)點(diǎn)來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸達(dá)到率，從而對(duì)丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行查找或者恢復(fù)；而在虛電路中，則會(huì)為每一個(gè)數(shù)據(jù)包建立一個(gè)虛擬的邏輯傳輸通道，再將這些數(shù)據(jù)分組按順序排隊(duì)，依次傳輸，通過(guò)不同節(jié)點(diǎn)選擇不同的分組，非常適合數(shù)據(jù)流較大的傳輸需求。分析上述兩種傳輸方式的優(yōu)劣勢(shì)，考慮本系統(tǒng)獨(dú)特的輪詢應(yīng)答模式且數(shù)據(jù)量不大，為了避免主站與分站因?yàn)榻换ヮl率造成數(shù)據(jù)包無(wú)辜丟失所以選定UDP協(xié)議作為數(shù)據(jù)報(bào)傳輸?shù)暮诵姆绞健?/p>

4.結(jié)論

上述系統(tǒng)是建立在成熟的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)之上的，并且通過(guò)了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，并且開(kāi)始一步一步在礦井作業(yè)中推廣開(kāi)來(lái)。該礦井運(yùn)輸系統(tǒng)為煤礦生產(chǎn)構(gòu)建出了一套自動(dòng)化管理和監(jiān)測(cè)平臺(tái)，盡可能的增強(qiáng)了系統(tǒng)自身的兼容性和擴(kuò)展性，而且提高了資源共享的能力，是一個(gè)具有極大潛力的高開(kāi)放性系統(tǒng)，必然會(huì)為煤炭企業(yè)高效安全的生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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