趙 蕾

（山西省煤炭規(guī)劃設計院，山西 太原 030045）

引言

隨著信息時代的不斷發(fā)展，工業(yè)經(jīng)濟開始朝著信息經(jīng)濟、知識經(jīng)濟轉變，國家相關部門也逐步提高了對企業(yè)信息化的重視程度。為了符合國家安全監(jiān)測監(jiān)控的要求，企業(yè)正逐步建立并完善監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。而要想推動我國煤炭事業(yè)的發(fā)展則需要安全的生產監(jiān)測監(jiān)控，網(wǎng)絡化、智能化和自動化是煤礦生產過程中的主要要求，要進行數(shù)字化礦井的建設，在煤礦企業(yè)的各個層次切實構建起綜合自動化系統(tǒng)，從而提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控的現(xiàn)狀

我國煤炭行業(yè)可謂是不可替代的能源產業(yè)之一，但其安全生產形勢卻不容樂觀，且一旦發(fā)生事故往往損失重大，工作人員的人身安全也會受到極大的威脅。自2000年來，為了提高煤礦企業(yè)的生產安全性，我國各大礦井開始裝備監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦的安全生產和管理方面起著中流砥柱的作用，但由于我國監(jiān)測監(jiān)控技術應用較晚，早期引進的是其他國家的安全監(jiān)控系統(tǒng)，并結合我國煤礦的實際情況進行了研發(fā)使用，但相當一部分的監(jiān)控系統(tǒng)技術水平低、性能差，導致近年來很多礦井無法正常進行監(jiān)測監(jiān)控，由此加大了生產風險。因此，對安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行研究刻不容緩。

隨著電子信息技術的快速發(fā)展，現(xiàn)如今國內煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)正向集散化結構發(fā)展，并逐漸開放化、通用化和智能化，實現(xiàn)綜合性的全面發(fā)展，進一步提高了礦井監(jiān)測的自動化水平。目前主要的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)之一就是數(shù)字視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)，具有較強的實時性和同步性，通過實時傳輸協(xié)議RTP實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時性傳輸，但數(shù)字化視頻監(jiān)控仍僅限于煤礦地面系統(tǒng)。數(shù)字化視頻監(jiān)控可以在計算機網(wǎng)絡上傳輸圖像數(shù)據(jù)，在圖像的品質和穩(wěn)定性提高方面非常有效，同時計算機網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)的利用省去了重復的布線，進而促進了數(shù)字化存儲的實現(xiàn)，尤為方便及快捷。從總體上來看，煤礦井下的監(jiān)測監(jiān)控及自動化系統(tǒng)主要有井下人員跟蹤定位系統(tǒng)、礦井供電自動化監(jiān)控系統(tǒng)、主副井提升自動化控制系統(tǒng)等［1］。

2 礦井綜合自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計

2.1 通信技術的設計

煤礦綜合業(yè)務通信網(wǎng)中的信息流向不均勻，能機動地移動和隨機接入，可以變化結構和布置。同時，其各種信息源的信息速率跨度大，兼有傳輸與交換功能，各監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)之間有較強的獨立性，由于其設備的核心是單片機或微處理器而缺乏強大的聯(lián)網(wǎng)能力和能廣泛應用的協(xié)議。國內采用的礦用綜合監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)多采用礦用現(xiàn)場總線結構，現(xiàn)場總線技術是以數(shù)字信號替代模擬信號，實現(xiàn)信息傳輸?shù)募夹g，并且必須符合現(xiàn)場總線協(xié)議標準——IEC61158，包含了國際上八類主要的現(xiàn)場總線協(xié)議。以太網(wǎng)在OSI／ISO七層協(xié)議中為了形成一套完整的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，使用的是TCP／IP協(xié)議，因此在現(xiàn)場總線協(xié)議中，通過將IP地址加入到數(shù)據(jù)包前以實現(xiàn)與以太網(wǎng)的融合，通過TCP進行數(shù)據(jù)傳遞，以此提高了傳輸效率。隨著信息時代的快速發(fā)展，廣大用戶早已接受TCP／IP，并把以太網(wǎng)作為工業(yè)標準。以太網(wǎng)發(fā)展至今，其通信速率不斷提高，減輕了網(wǎng)絡負荷，提高其確定性；交換技術的快速發(fā)展也解決了控制領域的問題。毫無疑問，工業(yè)以太網(wǎng)是礦井多媒體綜合業(yè)務網(wǎng)絡系統(tǒng)的最佳選擇，設計用于煤礦井下應用的一個單元網(wǎng)絡，連接井下各自動化系統(tǒng)，為煤礦地面提供通訊，實現(xiàn)范圍廣泛的開放式網(wǎng)絡。礦用工業(yè)以太網(wǎng)具有靈活性高、連接簡單、應用性高、應用領域廣、通訊能力強以及兼容性強等諸多優(yōu)點。

2.2 結構的設計

礦井綜合自動化網(wǎng)主要傳輸井上下各環(huán)節(jié)設備的視頻圖像及數(shù)據(jù)信息，將各種檢測系統(tǒng)可處理數(shù)據(jù)、語言、視頻、圖形等各種多媒體信息連接起來。設備層、控制層和信息層是礦井綜合自動化網(wǎng)的三個主要網(wǎng)絡層次；設備層采用接口裝備，實現(xiàn)快速故障診斷，在煤礦井下的各種控制器上直接聯(lián)上底層的設備；控制層實現(xiàn)I／0控制、閉鎖和報文傳送，保證信息的確定性和實時性，也可傳輸非實時關鍵數(shù)據(jù)；信息層，通過TCP／IP協(xié)議，在企業(yè)信息系統(tǒng)上連接控制軟件、網(wǎng)關等，便于以太網(wǎng)訪問井下傳感器的數(shù)據(jù)。

2.3 協(xié)議的設計

礦井綜合自動化網(wǎng)絡傳輸?shù)男畔⒉痪鶆颍闲行畔⒚黠@比下行信息多，因此上行線路需要占用頻帶較寬，下行線路傳輸窄帶控制信號，形成雙向不對稱信道網(wǎng)絡。下行信息優(yōu)先是信心傳輸采用的原則，而上行信息是對圖像和語音信息的數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)先［2］。單播、廣播、多播是網(wǎng)絡信息的多種傳播形式，在綜合考慮礦井自動化網(wǎng)特點的基礎上應選擇多播方式。

煤礦井下與地面之間所有媒體成分數(shù)據(jù)的有效傳輸可以通過礦井綜合自動化網(wǎng)絡通信來實現(xiàn)，多種成分數(shù)據(jù)的多媒體為礦井多媒體系統(tǒng)和網(wǎng)絡更高的要求，因此，新的網(wǎng)絡協(xié)議即RSVP需要用來應對不同類型的傳輸需求，通過實時媒體流，預留相應的網(wǎng)絡資源能夠有效地將礦井多媒體綜合業(yè)務實現(xiàn)，將傳輸資源中的預留信息作為IP數(shù)據(jù)包發(fā)出，RSVP即是利用預留信息控制IP分組進行傳輸。RSVP同樣具有多播能力，簡單有效地實現(xiàn)帶寬等資源共享，提高了資源利用率，多播方式采用多播地址，降低了通信處理時間，又改善了礦井多媒體綜合業(yè)務網(wǎng)的額外管理開銷，可以說是一種信息在發(fā)送端點與接收端點之間傳輸?shù)闹匾夹g。

RSVP的預約模式有兩部分組成，流規(guī)范和過濾規(guī)則。

依靠準入控制機制、轉發(fā)機制和數(shù)據(jù)包分類機制來實現(xiàn)礦井綜合自動化網(wǎng)中的RSVP協(xié)議，在建立控制通路、維護并釋放資源預留通路的基礎上對數(shù)據(jù)進行傳輸，進而達到完成QoS保證的目標。RSVP在控制通路的過程中為了建立資源預留通路，主要通過發(fā)送PATH類信令和RESV類信令來實現(xiàn)，而數(shù)據(jù)通路沿著控制通路建立的資源預留鏈路實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。相應的，RSVP軟件實現(xiàn)由控制平面和數(shù)據(jù)平面組成，控制平面主要負責建立、維護和刪除不同數(shù)據(jù)流資源預留，數(shù)據(jù)平面實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸［3］。

發(fā)送者在發(fā)送Path報文的過程中和接收者建立了一個傳輸路徑，數(shù)據(jù)流標識符（ID）和其他控制信息存在于Path報文中。流標識符在沿途的路由器1、路由器2、路由器3中被記錄下來，進而做好資源的儲備。相同的流標識符在接收者收到以后被用來回送一個RSVP報文進行應答。沿著相同的路徑將RSVP報文傳送給發(fā)送者，Path報文在經(jīng)過各個路由器的過程中被確認。通過這條路徑可以實現(xiàn)發(fā)送者和接收者之間的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)分組所使用路徑的逆向路徑作為這些消息的傳送路徑，相關數(shù)據(jù)資源在由沿途路由器保存的基礎上按所協(xié)商的QOS提供轉發(fā)服務。

3 結語

總而言之，礦井安全生產監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)等是礦井綜合自動化系統(tǒng)的主要組成部分，通過礦井自動化網(wǎng)絡通信技術的特點及現(xiàn)場總線布置，工業(yè)以太網(wǎng)技術的設計及RSVP協(xié)議的深入研究，實現(xiàn)對礦井綜合自動化系統(tǒng)進行不斷優(yōu)化與改良，真正做到對煤礦井下作業(yè)的全方位安全監(jiān)測監(jiān)控。同時，運用礦井綜合自動化系統(tǒng)，將各自獨立的系統(tǒng)統(tǒng)一管理協(xié)調，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、文字、語音、視頻圖像的共享，使煤礦生產網(wǎng)絡化、智能化和自動化，在各個層次均構建綜合自動化系統(tǒng)，大幅度提高煤礦企業(yè)效益，從而推動我國煤炭事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

［1］ 劉振宇.礦井綜合自動化系統(tǒng)的設計研究［J］.科技信息，2012（17）：420；437.

［2］ 蘇淑陽.礦井綜合自動化系統(tǒng)設計方案［J］.內蒙古煤炭經(jīng)濟，2014（1）：207；212.

［3］ 董聚輝.礦井綜合自動化系統(tǒng)在煤礦的建設與應用［J］.科技創(chuàng)新導報，2012（31）：85－86.