山西長平煤業(yè)有限責(zé)任公司 胡敏凱

煤礦井下自動化環(huán)網(wǎng)的升級改造

山西長平煤業(yè)有限責(zé)任公司 胡敏凱

煤礦井下自動化環(huán)網(wǎng)是煤礦生產(chǎn)信息化、自動化的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。長平公司自動化環(huán)網(wǎng)建設(shè)于2008年，經(jīng)過多年的運(yùn)行設(shè)備老化故障率高。隨著采區(qū)的擴(kuò)大及業(yè)務(wù)需求的增長，環(huán)網(wǎng)急需升級改造。文章就煤礦井下自動化環(huán)網(wǎng)，特別是井下調(diào)度視頻監(jiān)控的升級改造進(jìn)行了分析闡述。

井下自動化；井下環(huán)網(wǎng)；調(diào)度視頻監(jiān)控

通過自動化環(huán)網(wǎng)礦井各主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)“就地自動化－遠(yuǎn)程自動化－綜合自動化－管控一體化”的四級自動化控制體系，最大限度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的“無人值守，有人巡視”，為實(shí)現(xiàn)“安全高效、減員提效、節(jié)能降耗”提供強(qiáng)有力的手段 。通過自動化環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度指揮人員或相關(guān)專業(yè)部門人員可以對安全和生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)設(shè)備實(shí)時監(jiān)測和進(jìn)行必要的控制，實(shí)現(xiàn)全礦井的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的信息化，為將長平礦打造成為本質(zhì)安全型數(shù)字化礦山奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

長平煤業(yè)之前采用的是陽光金立的MTCP-1代產(chǎn)品。它是一種礦用本質(zhì)安全型多通道工業(yè)以太網(wǎng)?；陔娦胖髁鞯腟DH/MSTP結(jié)構(gòu), 采用先進(jìn)、成熟的光纖傳輸技術(shù)和優(yōu)化的工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，為煤礦井下綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)提供“三網(wǎng)合一”綜合信息傳輸平臺，實(shí)現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)和視頻等業(yè)務(wù)的靈活接入，形成礦井綜合自動化系統(tǒng)的各類監(jiān)測、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)一接入傳輸平臺。建成后有17個系統(tǒng)站點(diǎn)，形成一個穩(wěn)定可靠的自愈保護(hù)環(huán)網(wǎng)。接入的業(yè)務(wù)主要包括語音（井下直通電話）、視頻（工業(yè)攝像機(jī)）以及各種自動化數(shù)據(jù)（電力監(jiān)控、排水控制、皮帶運(yùn)輸控制、人員定位、安全監(jiān)測監(jiān)控、通風(fēng)機(jī)監(jiān)控等）。

但是上述系統(tǒng)使用已八年，部分站點(diǎn)老化嚴(yán)重，運(yùn)行越來越不穩(wěn)定，重要的數(shù)據(jù)比如監(jiān)測監(jiān)控、人員定位數(shù)據(jù)根本不敢在環(huán)網(wǎng)上傳輸；同時隨著采區(qū)的擴(kuò)大以及調(diào)度視頻監(jiān)控高清化的發(fā)展，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足當(dāng)前的需求，因此我們結(jié)合井下生產(chǎn)的實(shí)際條件和經(jīng)濟(jì)狀況，針對自動化環(huán)網(wǎng)和視頻監(jiān)控進(jìn)行了升級改造。

1 隨著礦井生產(chǎn)采區(qū)的延伸和采區(qū)變電所及采區(qū)主通風(fēng)機(jī)的增加，對工業(yè)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)硬件設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容

（1）在井下三個新增加采區(qū)變電所各增加一套KJJ12多通道工業(yè)以太網(wǎng)綜合接入器站點(diǎn)。來滿足該采區(qū)的視頻監(jiān)視系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、排水控制系統(tǒng)、皮帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度電話系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)傳輸需要。

（2）在地面蘆家裕新增主通風(fēng)機(jī)房和新35KV變電所各增加一套KJJ12多通道工業(yè)以太網(wǎng)綜合接入器站點(diǎn)。來滿足該區(qū)域的視頻監(jiān)視系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度電話系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)傳輸需要。擴(kuò)容增加的KJJ12多通道工業(yè)以太網(wǎng)綜合接入器與在用的工業(yè)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)就近串接，形成全礦井統(tǒng)一的多通道工業(yè)光環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。

2 對現(xiàn)用MCTP系統(tǒng)進(jìn)行升級改造

（1）針對現(xiàn)有井上下17套MCTP-I系統(tǒng)站點(diǎn)，根據(jù)數(shù)據(jù)量和重要性，本著節(jié)約資金的原則，首先升級改造井下的10套為MCTP-Ⅲ系統(tǒng)站點(diǎn)。

（2）地面工業(yè)環(huán)網(wǎng)由于不要求本質(zhì)安全型設(shè)備，因此我們采用成本較低的通用型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，較重要的站點(diǎn)采用功能多的三層交換機(jī)，通過IP網(wǎng)絡(luò)的OSPF協(xié)議實(shí)現(xiàn)路由的最短優(yōu)先選擇。不太重要的站點(diǎn)采用交換機(jī)直連解決多種數(shù)據(jù)的傳輸問題。

3 對綜合自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)進(jìn)行升級完善

對井下新增三個采區(qū)變電所的電力、排水、皮帶、人員定位、監(jiān)測監(jiān)控等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。

鄉(xiāng)村建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)為數(shù)量多且形式復(fù)雜，但總體技術(shù)難度不大，投資主體投資方式多樣化，業(yè)主的需求也更加多樣化。然而，項(xiàng)目總體規(guī)模偏小，管理成本占比反而增加。所以在初期階段不能片面地追求經(jīng)濟(jì)效益，過分強(qiáng)調(diào)完成各類不合實(shí)際的指標(biāo)。鄉(xiāng)村EPC建造模式現(xiàn)階段仍然是一種嘗試，支出和回報(bào)不能成正比。鄉(xiāng)村EPC建造模式的推進(jìn)還需要進(jìn)行探索實(shí)踐，需要資金投入，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能利用EPC自身優(yōu)勢在鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮更大的作用。

對新建楊家莊主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。

對現(xiàn)有各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)完善。

對綜合自動化系統(tǒng)的WEB發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行升級完善。

對安全生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)軟件進(jìn)行升級完善。

4 視頻接入集成方案

工業(yè)視頻子系統(tǒng)有兩種接入方式：

一種方式是數(shù)字視頻信號接入，通過礦用阻燃網(wǎng)線或光纜與MCTP-Ⅲ系統(tǒng)礦用本安型多通道工業(yè)環(huán)網(wǎng)綜合接入器的以太網(wǎng)接口連接，進(jìn)行數(shù)字視頻信號傳輸，以太網(wǎng)接口可以是電口也可以是光口。

另一種方式是模擬視頻信號接入，通過礦用阻燃同軸電纜或光纜與MCTP-Ⅲ系統(tǒng)礦用本安型多通道工業(yè)環(huán)網(wǎng)綜合接入器的視頻接口連接，進(jìn)行模擬視頻信號傳輸。

由于目前公司使用的井下本安型攝像機(jī)及配套的井上編碼器運(yùn)行也有八年多，越來越不穩(wěn)定而且價(jià)格較高，數(shù)據(jù)采用加密的方式傳輸，無法與其他廠家的設(shè)備兼容，維護(hù)起來也比較麻煩，采用第二種方式接入，可以避免使用現(xiàn)有編碼解碼器，改用自動化環(huán)網(wǎng)提供的視頻接口。但是由于采用同軸電纜傳輸模擬信號，最遠(yuǎn)大概能傳輸一千米，如果采面攝像頭超過這個距離，只能通過增加視頻光電轉(zhuǎn)換器才能實(shí)現(xiàn)，因此增加了可能出故障的環(huán)節(jié)，同樣會給維護(hù)造成了不便，因此經(jīng)過多方比較和探討，下一步井下調(diào)度視頻監(jiān)控采用大華本安型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，攝像機(jī)提供一個光纖FC接口，通過光纜直接到環(huán)網(wǎng)基站的以太網(wǎng)光接口，信號通過環(huán)網(wǎng)到達(dá)調(diào)度機(jī)房，通過地面環(huán)網(wǎng)基站的以太網(wǎng)電口再經(jīng)過交換機(jī)進(jìn)入通用型的解碼器，解碼后在調(diào)度大屏幕上顯示。這樣的方案使得投資最優(yōu)化，維護(hù)最簡便。

5 其他綜合自動化系統(tǒng)的子系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)接入集成

充分利用MCTP-Ⅲ環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)勢，通過其豐富的接口、先進(jìn)的隧道、透明傳輸技術(shù)，使各個子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相互隔離的虛擬通道的傳輸，可以獨(dú)立通訊、互不干擾、避免了各類數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時性，不影響原有各子系統(tǒng)的傳輸架構(gòu)。

5.1 PLC控制方式的子系統(tǒng)接入

對使用PLC控制方式子系統(tǒng)的以太網(wǎng)信號采用礦用阻燃網(wǎng)線或者單模光纜直接與環(huán)網(wǎng)綜合接入器的以太網(wǎng)口（電口或者光口）連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)信號從機(jī)房MCTP-Ⅲ-M對應(yīng)以太網(wǎng)口用六類網(wǎng)線做直通線接入到局域網(wǎng)控制層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與交換。

綜合自動化系統(tǒng)局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過環(huán)網(wǎng)基站的以太網(wǎng)模塊數(shù)據(jù)口直接與PLC的以太網(wǎng)信號輸出接口相連，而該P(yáng)LC的OPC Server安裝在PLC內(nèi)部（或者安裝在管控服務(wù)器中），通過OPC與綜合自動化系統(tǒng)平臺中（工業(yè)庫）的組態(tài)軟件進(jìn)行通訊連接及信息交互，有效的保證了實(shí)時性、可靠性。

5.2 總線型信號傳輸方式的子系統(tǒng)接入方案

采用總線型信號傳輸方式子系統(tǒng)的總線型數(shù)據(jù)信號（RS485/RS422/RS232/CAN/FSK/20毫安電流環(huán)/DH+等信號）采用兩芯礦用阻燃屏蔽雙絞線直接與環(huán)網(wǎng)基站的總線數(shù)據(jù)接口連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)信號從機(jī)房站點(diǎn)對應(yīng)總線接口傳輸給子系統(tǒng)上位機(jī)，再從上位機(jī)網(wǎng)口用六類網(wǎng)線做交叉線接入到局域網(wǎng)控制層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與交換。

5.3 與子系統(tǒng)PC主機(jī)聯(lián)接的接入方案

對于煤礦專業(yè)性較強(qiáng)的子系統(tǒng)（如環(huán)境安全監(jiān)測監(jiān)控、人員定位監(jiān)測及選煤廠等），數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過環(huán)網(wǎng)基站與該類型的子系統(tǒng)PC主機(jī)相聯(lián)。

5.4 與基于PC的嵌入式子系統(tǒng)聯(lián)接的接入方案

基于PC的嵌入式子系統(tǒng)以其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜，但功能強(qiáng)大而受到工控業(yè)內(nèi)人士青睞，該類型的系統(tǒng)近年來在煤礦也得到迅速的發(fā)展，如最新型的膠帶機(jī)控制子系統(tǒng)、工作面順槽控制系統(tǒng)等都是采用該類型的系統(tǒng)。因其核心就是安裝嵌入系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過MCTP礦用本安型多信道寬帶工業(yè)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)及OPC/DDE/FTP接口協(xié)議與該類型的嵌入PC相聯(lián)。

5.5 調(diào)度電話接入方案

調(diào)度電話通過中繼電話信號接入，通過兩芯銅線與MCTP-Ⅲ系統(tǒng)礦用本安型多通道工業(yè)環(huán)網(wǎng)綜合接入器的語音接口連接，進(jìn)行程控電話信號傳輸。

MCTP系統(tǒng)語音接口的傳輸模式是隧道形式、透明傳輸，不與其它系統(tǒng)產(chǎn)生沖突問題，有效的節(jié)省了帶寬，調(diào)度電話信號通過光纜傳輸，完全不受礦井環(huán)境惡劣、電磁干擾嚴(yán)重的影響，保證話音質(zhì)量，徹底根除雷電對井下環(huán)境安全的影響。

經(jīng)過上述改造，長平煤礦井下自動化環(huán)網(wǎng)由百兆升級到千兆，傳輸速率更快，設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定，并可承載原來的所有業(yè)務(wù)同時支持新增加的業(yè)務(wù)。本著節(jié)約資金的原則根據(jù)站點(diǎn)重要性有選擇性的使用不同設(shè)備，為煤礦的信息化自動化發(fā)展保駕護(hù)航。

[1]劉成,朱拴成.煤礦綜合自動化與機(jī)電技術(shù).中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2012.11.

[2]夏士雄,于勵民,鄭豐隆.煤礦通信與信息化.中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2008.7

胡敏凱（1981—），男，現(xiàn)供職山西長平煤業(yè)有限責(zé)任公司，研究方向：通訊運(yùn)營。