1、监测监控系统以太环网技术应用探析摘 要： 针对裴沟煤矿安全监测监控系统现有状况，应用工业以太环网技术进行升级优化，实现了安全监测监控系统的实时监测的目的。 关键词： 监测监控系统；以太环网技术；应用 中图分类号： F49 文献标识码：A 文章编号：16723198（2013）10016802 随着矿井生产能力和开采水平的不断提高，现有的监控系统模式、监控系统软件功能（如：分站容量、传输速度）及安全性能已不能满足矿井安全生产的需求。经多方考察论证，在集团公司大力支持下，裴沟煤矿在现有安全监控系统基础上与镇江中煤有限公司合作引进以太环网技术，并成功试运行，确定了以太环网技术在监控系统中的主导地位，
2、为安全生产提供了安全保障。 1 监测监控系统组成 煤矿瓦斯监控系统分为两级，第一级为控制管理级（主控中心） 、第二级为现场监控级（由 MiniArm 工控主机和各个传感器、控制执行机构组成） ，两级之间通过工业以太网交换机进行连接，而现场检测与控制之间采用 CAN-Bus 总线。 采用以太网作为主干网络传输，使矿井下瓦斯监测信息在一个统一的平台上传输，提高传输平台的可靠性和传输能力，有效地提高了矿井生产安全水平，实现对煤矿安全监空信息的远程集中监测与控制。而CAN-Bus 总线用于设备现场控制，不但可以增强系统的通信可靠性、延长现场通信距离、扩充设备节点数，还能增强系统的实时性。 2 以太环网
3、监控线路改造思路 （1）把煤矿安全监控系统的主传输线改造为光纤线路，根据裴沟煤矿的巷道条件，结合“节省节约”的原则，初步设计为从地面监控中心交换机敷设铠装光缆至+50 管子巷，监控分站信号用平地光端机和现有传输线连接进行监控。 （2）从+50 管子巷敷设光缆至-110 老瓦斯泵房内，在-110 老瓦斯泵房内配备以太网交换机一台和光端机三台，接 34 采区、31 采区和 32 采区监控分站信号，34 采区、31 采区和 32 采区各占用一台光端机。 （3）从-110 老瓦斯泵房内顺 32 轨下敷设光缆至-300 变电所，在-300 变电所内配备以太网交换机一台和光端机二台，接 42 采区和-30
4、0 监控分站信号。 （4）敷设光缆从-300 变电所返回到-110 老瓦斯泵房内，然后借用主光缆一对信号线返回到平地，形成环网，其他分支信号电缆借用现有传输线不需要更换。 图 1 传感器与分站之间的信号传输方式 3 主要应用技术 3.1 传感器与分站之间的信号传输方式 所有模拟量传感器与分站之间均采用串行码数字传输方式，传输速率为 2400B/s，而非 1-5mA 或 200-1000Hz 的模拟传输方式，彻底杜绝了传感器与分站之间需要跟踪调试或受到外界干扰出现异常数据的弊端，使采集信息从源头上真实可靠。 所有开关量传感器采用 1/5mA 的电流信号传输方式，分站可实现三态检测（开态、停态、故
5、障态） 。 3.2 主干线信号传输 主干线信号传输采用多线程光纤并行信号传输采集方式，系统巡检周期小于 20 秒，使其具有抗电磁干扰，防雷电高压冲击，稳定可靠等特点。井下的矿用光端机与分站之间的信号传输采用矿用阻燃电缆连接。 3.3 地面监控计算机及其网络终端的连接与信号传输方式 安全监控系统地面中心站是整个安全生产监控系统的核心，它由监控主计算机和监控备用机，监控通讯接口，UPS 电源，系统避雷器等组成。它完成对井上下全部安全与生产数据的采集、分析、异常报警、存储、报表打印、参数设置以及断电控制等，同时可将监测信息通过局域网以广播且信息共享方式提供给安全生产指挥中心和相关领导及部门的所有终端
6、。具体装备数量和终端授权权限完全按照招标文件的要求配置。 监控系统双机热备是根据 AQ6201-2006 和新煤矿安全规程要求提供的功能，它可有效避免因单个监控主机偶尔故障造成数据大量丢失的现象，由于 KJ101N-J 型矿用通信接口设计有双通信口，一主一备，自动转换并可锁定，为双机热备提供方便条件。在双机热备份的情况下，使采集的数据损失降低到最低程度。其接线方法如图 2 所示。 两台计算机同时运行主程序，当外置接口扫描到有效的呼叫信号后锁定该串行口，则与该端口相连的监控计算机为主机，另一台计算机由于无法向接口发送信号，自动转为备机监听，同时进行同步数据存储。当主机出现异常，无法发出正常呼叫信
7、号时外置接口自动扫描另一串行口，收到正常呼叫信号后锁定该串口，同时该端口对应的监控计算机由备机自动转为监控主机。通过外置接口和主机这样自动扫描、切换，实现双机热备份。 图 2 外置接口双机热备份连接示意图 4 以太环网系统优点 （1）较长的传输距离。环形结构采用光纤传输，相邻的两点之间多模光纤可达 2KM，单模光纤可达 40-80KM，满足煤矿分散的要求。 （2）较大的带宽。环网传输带宽为 1000M，可以满足现场数据传输要求。 （3）可靠性高。环形链路在网络出现故障时仍能够自动恢复，保证系统通信的安全可靠。同时传输光纤具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中基本不手电磁和射频噪声的影响，保
8、证了信号传输的可靠性。 （4）可靠与高稳定性。环形冗余以太网方案的出现则保证了系统更高的可靠性，单一点的链路中断不会造成网络通讯的中断。过去由于没有其他可供选择的方案，冗余网络大都采用双总线方式实现。随着以太网和交换技术的发展使得建立冗余环网成为可能。在同样冗余度的情况下，冗余环比双总线方式减小了风险的集中和降低了实现成本。如果系统中环路发生故障，环形结构将在小于 20ms 时间内切换成具有全部传输能力的总线结构。 （5）快速断电控制。监控仪采用多 CPU 处理方式和数字编码远控技术，系统在满负载状态下，能在 2 秒钟内完成全分站的 6-8 路断电控制。地面主机还具有“通播断电”功能，系统在紧
9、急情况时能够在 2 秒钟内切断全矿井所有被控机电设备电源。 （6）杜绝冒大数误报警。采用全数字化信号采集技术，彻底杜绝监控系统异常大数干扰，采用全数字化传输方式，具有良好的容错技术，能够有效地捡出干扰信号，可以彻底根除误报警这一顽疾。 5 结束语 以太环网技术在裴沟煤矿的成功运行，解决了系统传输速率低、抗干扰性能、防雷性能差、断电速度低的难题，保证了数据传输的实时性。在瓦斯超限等异常情况发生时，可及时采取断电措施化解风险，杜绝事故发生，有效保障了矿井安全生产。 参考文献 1任园园.煤矿瓦斯监测监控系统联网软件分析J.煤炭科学，2007. 2贺嘉玉.信息技术在煤矿瓦斯监测监控领域应用状况分析J.科技资讯，2007， （6）. 3闫广祥，郭圣义.数字化煤矿安全监测监控系统的应用与实践J.中国煤炭，2004， （2）. 4张宇.基于工业以太环网的煤矿实时监测系统D.北京：北京工业大学，2006. 5汪玉凤.WAMS 系统在煤矿电网实时动态安全监测系统的研究J.煤矿机电，2009， （4）.
