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        千兆工業(yè)以太網(wǎng)在曉南礦的應(yīng)用

        2020-02-28 15:28:22趙崢
        關(guān)鍵詞:皮帶機(jī)系統(tǒng)

        ◎趙崢

        一、前言

        2011年,曉南礦對(duì)井上、下電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造,為保證該監(jiān)控系統(tǒng)安全、高效運(yùn)轉(zhuǎn),提升曉南礦自動(dòng)化、智能化水平,首先建立了一套千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng),作為電力監(jiān)控系統(tǒng)控制指令、搖信、遙測(cè)及反饋等信號(hào)傳輸?shù)墓歉删W(wǎng)絡(luò),同時(shí)傳輸井上下各重要場(chǎng)所的視頻監(jiān)視信號(hào),在地面調(diào)度室顯示及錄像。該網(wǎng)絡(luò)形成后,逐步將井下皮帶機(jī)集控、井下中央水泵集控、視頻監(jiān)視、地面壓風(fēng)機(jī)、消防泵集控、東風(fēng)井主扇監(jiān)控、井下應(yīng)急廣播系統(tǒng)接入該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),形成了曉南礦千兆工業(yè)以太網(wǎng)自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)。

        二、千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)組成

        網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)由4臺(tái)摩莎公司PT-7828網(wǎng)管型3層交換機(jī)組成,地面調(diào)度室設(shè)2臺(tái),其中1臺(tái)與一水平中央變電所、二水平中央變電所PT-7828交換機(jī)構(gòu)成井下千兆主干環(huán)網(wǎng),各采區(qū)變電所安裝EDS-510A交換機(jī),構(gòu)成二級(jí)千兆環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn);另1臺(tái)與主井、副井、壓風(fēng)機(jī)、瓦斯機(jī)、中央風(fēng)井、東風(fēng)井安裝的摩莎EDS-510A千兆交換機(jī)構(gòu)成地面千兆環(huán)網(wǎng),各核心交換機(jī)采用光纖環(huán)形冗余連接方式,構(gòu)成曉南礦井上下千兆工業(yè)以太主干環(huán)網(wǎng),

        環(huán)網(wǎng)功能特點(diǎn):

        1.兼容性好,技術(shù)支持廣泛,采用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,不同廠家的交換設(shè)備可無(wú)限鏈?zhǔn)綌U(kuò)展,能實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的信息無(wú)縫集成。

        2.能方便的與Internet連接,支持幾乎所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,能夠在網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn),訪問(wèn)經(jīng)過(guò)授權(quán)的監(jiān)控系統(tǒng)。

        3.模塊化的設(shè)計(jì),適合于井下復(fù)雜的生產(chǎn)條件變化。

        4.通訊速率高,帶寬高,滿足高清視頻信號(hào)的傳輸。

        5.根據(jù)控制系統(tǒng)的不同,劃分VLAN,各系統(tǒng)互不干擾。

        三、監(jiān)控控制系統(tǒng)應(yīng)用

        1.皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)。

        井下皮帶機(jī)集控系統(tǒng),上位機(jī)與下位機(jī)通過(guò)千兆光纖環(huán)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng),傳輸控制指令,返回現(xiàn)場(chǎng)參數(shù),實(shí)現(xiàn)井下皮帶機(jī)單條或多條皮帶機(jī)的集中控制,控制權(quán)可任意分配。能實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的各項(xiàng)檢測(cè)保護(hù)功能;皮帶機(jī)各種保護(hù)的動(dòng)作反饋信號(hào)能在上位機(jī)、下位機(jī)同時(shí)顯示并有聲音報(bào)警。目前,中央平巷皮帶機(jī)已實(shí)現(xiàn)了調(diào)度室遠(yuǎn)程全自動(dòng)控制。

        2.井下水泵集中控制系統(tǒng)。

        井下控制系統(tǒng)PLC通過(guò)西門子以太網(wǎng)模塊連接至井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī),地面調(diào)度監(jiān)控主站對(duì)井下水泵實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。自動(dòng)運(yùn)行方式下,可根據(jù)工況設(shè)定,以及時(shí)間、水位、用電峰谷平等參數(shù)自動(dòng)開(kāi)啟、停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn),并能實(shí)現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動(dòng),對(duì)運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

        3.地面壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

        壓風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制站、PLC控制柜、現(xiàn)場(chǎng)傳感器、電動(dòng)執(zhí)行設(shè)備(電動(dòng)閥門)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)組成。遠(yuǎn)程控制站設(shè)在礦調(diào)度室,通過(guò)遠(yuǎn)程控制站操作實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。自動(dòng)運(yùn)行模式下,通過(guò)調(diào)度室遠(yuǎn)程控制定義,選擇壓風(fēng)機(jī)的主輔順序關(guān)系,系統(tǒng)將自動(dòng)按照供氣壓力設(shè)定值,順序選擇機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù),使供氣壓力達(dá)到始終滿足生產(chǎn)工況的需求,實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行。

        4.應(yīng)急救援通信系統(tǒng)。

        井下通訊系統(tǒng)以有線網(wǎng)絡(luò)為骨干,在井下設(shè)立若干網(wǎng)絡(luò)終端,通過(guò)局域網(wǎng)覆蓋井下巷道,利用礦用本安電話等終端接入設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)群呼組呼等功能,從而實(shí)現(xiàn)井上對(duì)井下語(yǔ)音調(diào)度以及井下對(duì)井上的信息反饋。將有關(guān)發(fā)生了何種緊急情況及發(fā)生在何處、采取何種應(yīng)急措施等一系列指令覆蓋至井下所有相關(guān)人員。在日常作業(yè)中,借助該系統(tǒng)指令可進(jìn)行人員調(diào)度、指揮生產(chǎn)、通報(bào)生產(chǎn)情況等,從而更好地促進(jìn)安全生產(chǎn)、提高井下作業(yè)效率。

        5.視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

        系統(tǒng)由大屏幕顯示器、硬盤錄像機(jī)、視頻交換機(jī)、防爆攝像機(jī)及相關(guān)配套纜線等組成,接入千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。

        采用網(wǎng)絡(luò)云臺(tái)攝像頭和固定式礦用本安型攝像頭,監(jiān)視井下各重要場(chǎng)所,讓調(diào)度員及管理人員及時(shí)作出判斷和處理,發(fā)布指揮命令,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和集中調(diào)度指揮的目的。

        四、使用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及發(fā)展方向

        1.發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。

        (1)千兆帶寬不能滿足視頻裝置發(fā)展的需要。為提高井上、下各控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化程度,必然升級(jí)各監(jiān)控系統(tǒng)的視頻裝置,增加視頻監(jiān)控點(diǎn),增加帶寬占用。我礦已安裝的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字型攝像頭89個(gè),均為高清攝像頭,每個(gè)攝像頭理論占用帶寬為4M,帶寬占用已達(dá)356M,由于視頻編碼的數(shù)據(jù)量變動(dòng)性,其實(shí)際瞬時(shí)傳輸量以正負(fù)30%變動(dòng),由此可見(jiàn),攝像頭所占帶寬比重非常大。而千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)理論計(jì)算占用帶寬不得超過(guò)65%,一旦帶寬占用數(shù)據(jù)達(dá)到傳輸頂峰,會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸延遲,廣播風(fēng)暴,使得遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)指令不能傳輸,視頻圖像不能上傳,由此,曉南礦增加的攝像頭數(shù)量理論計(jì)算不得超過(guò)150個(gè)。

        (2)使用百兆交換機(jī)產(chǎn)生傳輸瓶頸。曉南礦井下主干環(huán)網(wǎng)采用千兆交換機(jī),每個(gè)千兆交換機(jī)配3個(gè)千兆光口、6個(gè)百兆電口,主要安裝在2個(gè)中央變電所,5個(gè)采區(qū)變電所,因千兆交換機(jī)提供的千兆光口少,必須采用百兆電口連接百兆交換機(jī),而一個(gè)百兆交換機(jī)鏈?zhǔn)桨惭b攝像頭不能超過(guò)10個(gè),否則就會(huì)出現(xiàn)視頻卡頓現(xiàn)象,阻礙攝像裝置的擴(kuò)展。

        (3)部分控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、攝像頭沒(méi)有后備電源??刂葡到y(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、攝像頭沒(méi)有后備電源,在停電的情況下,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)不能傳輸,現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像消失,不能及時(shí)反映停電時(shí)設(shè)備故障原因,不利于排查、解決故障。

        2.發(fā)展方向。

        利用現(xiàn)有的光纖主干網(wǎng)絡(luò),升級(jí)萬(wàn)兆交換設(shè)備,組成一級(jí)萬(wàn)兆環(huán)網(wǎng);增加千兆交換機(jī)及安裝地點(diǎn),組成二級(jí)千兆環(huán)網(wǎng),用以增加網(wǎng)絡(luò)安全性。增加交換機(jī)、控制系統(tǒng)、攝像頭后備電源,滿足停電后網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸,現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像的顯示。增加井上下關(guān)鍵點(diǎn)攝像頭安裝數(shù)量,減少現(xiàn)場(chǎng)人員。

        五、結(jié)論

        各集控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)即各自獨(dú)立工作,又通過(guò)主干千兆網(wǎng)以太光纖環(huán)網(wǎng)連接,各分系統(tǒng)支線網(wǎng)采取星形結(jié)構(gòu)與之連接,分別對(duì)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集,分級(jí)別分系統(tǒng)管理,每個(gè)分系統(tǒng)自成體系,u、互不干擾,可擴(kuò)展性強(qiáng)。形成了曉南礦礦井大型設(shè)備集控系統(tǒng)立體化自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò),提高了曉南礦自動(dòng)化、智能化水平。

        建設(shè)一個(gè)快速、高效、運(yùn)行可靠的網(wǎng)絡(luò),是煤礦發(fā)展智能化、自動(dòng)化的基礎(chǔ),在籌劃階段就應(yīng)該充分考慮各接子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需要,按照管控一體化的思路進(jìn)行建設(shè),預(yù)留足夠的帶寬設(shè)備及節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、管理的數(shù)據(jù)共享,提高煤礦現(xiàn)代化管理水平,調(diào)高安全運(yùn)行效率。

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