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        淺析工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

        2018-09-10 18:20:08劉旭
        企業(yè)科技與發(fā)展 2018年9期
        關(guān)鍵詞:煤礦

        劉旭

        【摘 要】伴隨現(xiàn)代通信技術(shù)、控制技術(shù)等迅猛發(fā)展,煤礦對控制系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、集成化等提出了越來越嚴苛的要求,傳統(tǒng)網(wǎng)絡已然無法滿足煤礦不斷劇增的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸需求。文章通過闡述推廣工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的意義,分析現(xiàn)階段煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中存在的主要問題,對工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用措施展開討論,旨在為研究如何促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)安全有序運行提供思路。

        【關(guān)鍵詞】工業(yè)以太環(huán)網(wǎng);煤礦;安全監(jiān)控系統(tǒng)

        【中圖分類號】TP277 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688(2018)09-0162-02

        0 引言

        近年來,我國眾多煤礦紛紛構(gòu)建或者準備構(gòu)建安全監(jiān)控系統(tǒng),然而從系統(tǒng)集成層面而言,有關(guān)生產(chǎn)、管理的信息化與自動化水平依舊不足,尤其是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)沒有形成統(tǒng)一的行業(yè)標準,不同生產(chǎn)商自主制定傳輸協(xié)議及接口標準,使得不同子系統(tǒng)相互間難以實現(xiàn)有效兼容或連接,引發(fā)信息孤島現(xiàn)象,信息資源無法共享,監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)相互間無法實現(xiàn)有效聯(lián)動;從產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面而言,現(xiàn)階段,煤礦行業(yè)安全軟件、硬件研發(fā)及服務保障系統(tǒng)仍相對落后,研發(fā)水平有限,與煤礦行業(yè)特征及發(fā)展需求相符的軟硬件、儀器設備等依舊十分缺乏,無法滿足煤礦安全生產(chǎn)及技術(shù)革新的需求。針對這一情況,倘若引入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)來建設煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng),則能夠有效彌補系統(tǒng)存在的技術(shù)缺陷,促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)安全有序地運行。由此可見,對工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用展開研究具有重要意義。

        1 推廣工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的意義

        伴隨社會發(fā)展對煤礦資源需求的不斷攀升,近年來煤礦生產(chǎn)開采規(guī)模日益擴大,由此給煤礦安全管理帶來極大沖擊。為了有效了解煤礦設備運行狀況及掌握不同環(huán)境下設備運行參數(shù)的轉(zhuǎn)變,構(gòu)建一個科學完備的數(shù)據(jù)采集及信息傳輸系統(tǒng),對設備開展全面控制管理尤為關(guān)鍵。這同樣是確保一系列監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確傳輸,促進實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)開采安全有序開展的重要輔助手段之一。

        作為光通信中的一項新型技術(shù),光纖通信技術(shù)近年來迅猛發(fā)展,并在現(xiàn)代通信中占據(jù)越來越高的份額。光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的構(gòu)建,一方面可防止引發(fā)傳輸系統(tǒng)鏈接故障,另一方面可更為迅速地與煤礦下監(jiān)控分站開展數(shù)據(jù)交換,進而提升監(jiān)控系統(tǒng)的巡檢周期及抗干擾水平,為煤礦生產(chǎn)安全有序開展提供可靠保障。近年來,工業(yè)以太網(wǎng)憑借其傳輸距離遠、抗干擾能力強等優(yōu)勢,已然在骨干傳輸網(wǎng)建設中得到廣泛推廣。因而,將工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)應用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中具有十分重要的現(xiàn)實意義。

        2 現(xiàn)階段煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中存在的主要問題

        現(xiàn)階段,我國監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)主要為集散型控制結(jié)構(gòu),地面監(jiān)測主機經(jīng)由串行總線與系統(tǒng)線路傳輸裝置連接,依托串口輪巡方式與礦井對應數(shù)據(jù)信息采集分站開展數(shù)據(jù)信息傳輸;系統(tǒng)傳輸線路以阻燃通信線纜為主;數(shù)據(jù)傳輸模式包括RS485總線、DPSK、FSK等。該種系統(tǒng)架構(gòu)在運行過程中主要表現(xiàn)出以下問題:其一,采用的總線型架構(gòu)方式會對系統(tǒng)傳輸速率、距離造成極大影響,在接入系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采集設備不斷增多的情況下,系統(tǒng)巡檢時間難以滿足相關(guān)規(guī)定。其二,主干通信線路運用電纜作為傳輸介質(zhì),在煤礦井下復雜環(huán)境中安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸極易受到各種因素的影響。其三,單一的總線結(jié)構(gòu)無法形成可靠的線路冗余,某些主干通信線路損壞極易使井下設備數(shù)據(jù)信息采集終端發(fā)生故障甚至導致系統(tǒng)無法運行。

        3 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用措施

        3.1 網(wǎng)絡設計思路

        其一,硬件結(jié)構(gòu)設計。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由控制中心管理層、網(wǎng)絡通訊層及現(xiàn)場接入子系統(tǒng)層等組成。其中,網(wǎng)絡通訊層依據(jù)生產(chǎn)關(guān)系及地理位置,需用單環(huán)網(wǎng)絡與星型網(wǎng)絡相結(jié)合的手段,將每一子系統(tǒng)的主機用以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的節(jié)點,配備若干臺環(huán)網(wǎng)交換機、控制核心交換機以構(gòu)建光纖環(huán)網(wǎng),其他子系統(tǒng)節(jié)點結(jié)合其接口方式,選取星型網(wǎng)絡依托建立通訊分站或與骨干網(wǎng)交換機直接連接,進一步將全面子系統(tǒng)匯集于以TCP/IP協(xié)議為前提的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)中。

        其二,邏輯結(jié)構(gòu)設計。煤礦生產(chǎn)中涉及大量子系統(tǒng)及子系統(tǒng)設備,子系統(tǒng)相互間保持獨立運行,不開展互聯(lián)通訊,因此可利用虛擬局域網(wǎng)技術(shù)將網(wǎng)絡劃分成若干個虛擬的局域網(wǎng)絡,依托對煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的虛擬局域網(wǎng)絡的科學劃分,實現(xiàn)對網(wǎng)絡廣播、限制系統(tǒng)與系統(tǒng)相互間訪問權(quán)限的有效控制,切實提高網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸效率及網(wǎng)絡安全性。

        3.2 網(wǎng)絡系統(tǒng)安全設計

        系統(tǒng)安全是信息化建設中的重要環(huán)節(jié),要做到全方位統(tǒng)籌規(guī)劃,換言之,不僅要保證系統(tǒng)出現(xiàn)故障后可迅速恢復,還要保證信息數(shù)據(jù)不受非法侵襲或篡改。此環(huán)節(jié)通常需要應用到的技術(shù)方法包括密鑰、防火墻、數(shù)字證書、入侵檢測等。安全方案技術(shù)特征表現(xiàn)為可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面自動備份,同時可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的反復存儲,進而為數(shù)據(jù)信息提供安全可靠的保障。主備服務器不僅可以自動切換,還可人為操作切換。倘若主服務器出現(xiàn)故障情況,如斷電、死機等,則可實現(xiàn)自動向備份服務器切換。雙機開展切換不會對系統(tǒng)運行構(gòu)成不利影響,具備良好的穩(wěn)定性。雙機熱備軟件安裝、配置便捷,依托純軟方式,經(jīng)濟成本,無需運用成本高昂的磁盤陣列柜,兩臺服務器相互間不會受到距離的影響。

        引入硬陣列方式,有助于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。一般情況下,可將磁盤陣列劃分成軟陣列、硬陣列。其中,前者是經(jīng)由軟件程序并通過計算機中央處理器提供運行能力所形成的。因為軟件程式作為一個系統(tǒng)存在不完整的特征,所以僅可實現(xiàn)常規(guī)的磁盤陣列容錯功能。后者則是通過獨立操作的硬件,實現(xiàn)全面磁盤陣列的計算、控制等功能,而不依賴于計算機中央處理器。再加上硬陣列屬于一個完整的系統(tǒng),因而各項需求的功能均可引入,由此決定了硬陣列對應提供的功能要優(yōu)于軟陣列。依托磁盤陣列技術(shù),有助于加快磁盤的傳輸速度,防范數(shù)據(jù)信息由于磁盤故障而出現(xiàn)丟失的情況,并且可提高對磁盤空間的有效利用。在磁盤陣列中,可使大量磁盤實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息同時傳輸,而該部分磁盤驅(qū)動器在理論上屬于一個磁盤驅(qū)動器,因而應用磁盤陣列可實現(xiàn)單個磁盤驅(qū)動器幾倍、幾十倍甚至更高的速度,進一步實現(xiàn)統(tǒng)一服務器上不同硬盤的全面自動備份。

        3.3 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的實現(xiàn)

        通常而言,工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)是由12芯礦用光纜中的2芯單模光纖連接煤礦井下及地面以太網(wǎng)交換機的千兆光纖端口,由此構(gòu)建起一個可靠的主干傳輸網(wǎng)絡。該種主干傳輸網(wǎng)絡具備環(huán)型結(jié)構(gòu)、千兆帶寬及治愈功能等特征優(yōu)勢,倘若主干傳輸網(wǎng)絡中相關(guān)節(jié)點或線路引發(fā)故障,其均可迅速自動恢復數(shù)據(jù)傳輸,該種系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)信息傳輸,安全性、可靠性可得到顯著提高。以太網(wǎng)交換機通常設置于接近煤礦生產(chǎn)工作面的變電所中,僅需將該區(qū)域中對應信息采集信號傳輸至變電所的以太網(wǎng)交換機中,然后依托工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)便可實現(xiàn)將部分數(shù)據(jù)信息傳輸至地面監(jiān)控中心。倘若煤礦巷道距離相對較長,依托工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)便可有效減少傳輸電纜的投入。在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中,視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要占據(jù)極大的帶寬,然而對于網(wǎng)絡帶寬的使用率卻相對不足,因而引入該系統(tǒng)可有效滿足大中型煤礦當前的實際生產(chǎn)需求,并且還可對網(wǎng)絡開展較為科學的規(guī)劃,采取相關(guān)有效的安全策略,進一步促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全有序運行。

        4 結(jié)語

        總而言之,工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)可為煤礦生產(chǎn)開采提供安全可靠的數(shù)字通信渠道,將煤礦各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)及對應輔助環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息連接至交換機上,開展實時動態(tài)的數(shù)據(jù)信息采集、傳輸、分析、呈現(xiàn)等,進一步對煤礦生產(chǎn)開采各項機電設備開展統(tǒng)一監(jiān)控,并且輔助工業(yè)電視系統(tǒng)開展安全圖像監(jiān)控,為作業(yè)人員及機電設備提供安全保障。由此對推動煤礦企業(yè)科學化、現(xiàn)代化發(fā)展,促進煤礦安全高效生產(chǎn),提高煤炭行業(yè)科學技術(shù)發(fā)展水平有著十分重要的意義。因而,煤礦企業(yè)相關(guān)人員務必加大研究分析力度,提高對推廣工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)意義的有效認識,深入分析現(xiàn)階段煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中存在的主要問題,確保工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的科學合理應用,積極促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)安全有序運行。

        參 考 文 獻

        [1]王偉,馬小軍,王健,等.基于光纖以太環(huán)網(wǎng)和現(xiàn)場總線的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].測控技術(shù),2013,32

        (5):82-84.

        [2]安文斗,冉隆明,楊錫嶺,等.基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的礦井電網(wǎng)安全監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2007

        (4):31-34.

        [3]劉業(yè)輝.基于光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)設計及應用[J].軟件,2014,35(1):123-124.

        [4]李黎明,馮安鑫,張軍,等.工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].煤,2017,26(3):39-40.

        [責任編輯:陳澤琦]

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