浅析工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用

浅析工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用

王鹏飞

山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司，山西省晋城市高平市048400

摘要：文章通过阐述推广工业以太环网的意义，分析现阶段煤矿安全监控系统中存在的主要问题，对工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用措施展开讨论，旨在为研究如何促进煤矿安全监控系统安全有序运行提供思路。

关键词：工业以太环网；煤矿；安全监控系统

1现阶段煤矿安全监控系统中存在的主要问题

目前，通过对国内煤矿所采用监控系统进行汇总分析可知，其所采用的主流架构为集散型控制结构，时分制通讯为主流技术，主要是由井下监控分站将传感器及执行器采集的信息通过阻燃通信线缆传输到数据传输接口，并由地面的监控主机通过主从式地逐个巡检来开展数据交换。井上监控中心最终只有一台监控主机利用现场总线形式与井下监控分站实现双向数据传输，其余均为监控备用机。现有的煤矿安全监控系统常见的通讯模式有RS485、FSK总线形架构等。

分析该种通讯架构可以清晰地看出，现阶段煤矿安全监控系统中存在的主要问题有：

（1）随着《技术要求》中对矿井监控内容的日益细化，信息采集设备逐渐多样化和规模化，安全监控系统的反应速度已随之出现明显的降低趋势，即串口轮巡周期在不断增长，不符合最新版的《技术要求》中对巡检时间所做出的相关规定。

（2）伴随着煤炭生产企业生产规模和采掘范围的扩大，井下巷道环境也愈发纷乱，对数据传输技术的稳定性以及传输速率等方面的要求也日益严格，现阶段的煤矿安全监控系统架构无法有效实现传输速率的提升，且其使用的传输电缆在井下的恶劣环境下，不仅极易遭受损坏，而且其抗干扰能力较弱，容易出现误报警的现象，数据传输的稳定性欠佳。

（3）现阶段的煤矿安全监控系统架构在冗余设计方面存有较大的缺陷，数据传输的主干线路一旦出现故障，将直接造成监控系统的失效，数据传输的可靠性受到了很大限制。

（4）由于缺乏一致的通讯技术协议，多类监测子系统的数据孤立，数据、语音、图像等的集成程度欠佳，不利于综合分析和应急联动的开展，系统的兼容性差，不符合《技术要求》中要求实现多网、多系统融合的设计理念，且各自分立的系统会导致矿井里的网络布局出现混乱，系统维护成本有所增加。

2推广工业以太环网的意义

伴随社会发展对煤矿资源需求的不断攀升，近年来煤矿生产开采规模日益扩大，由此给煤矿安全管理带来极大冲击。为了有效了解煤矿设备运行状况及掌握不同环境下设备运行参数的转变，构建一个科学完备的数据采集及信息传输系统，对设备开展全面控制管理尤为关键。这同样是确保一系列监测数据的准确传输，促进实现煤矿生产开采安全有序开展的重要辅助手段之一。

作为光通信中的一项新型技术，光纤通信技术近年来迅猛发展，并在现代通信中占据越来越高的份额。光纤工业以太环网的构建，一方面可防止引发传输系统链接故障，另一方面可更为迅速地与煤矿下监控分站开展数据交换，进而提升监控系统的巡检周期及抗干扰水平，为煤矿生产安全有序开展提供可靠保障。近年来，工业以太网凭借其传输距离远、抗干扰能力强等优势，已然在骨干传输网建设中得到广泛推广。因而，将工业以太环网应用于煤矿安全监控系统中具有十分重要的现实意义。

3工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用措施

3.1硬件结构设计

根据网络硬件结构设计，煤矿安全信息监控管理系统由监控管理层、现场网络连接层和子系统管理层组成。其中网络通信技术以生产关系和地理位置为通信手段，将单环骨干网与其他整形单环网相结合，各子系统的网络主机为工业循环网的核心节点。该开关控制中央环路开关，并具有多个工业纤维组成的以太网环路开关，其他子系统节点支持星型单回路网络，建立与变电站相连的网络通信，或者直接与其他核心网络交换机通信。在与TCP/IP协议连接的基础上，将插入式子网系统节点与大型工业根网连接起来。

3.2逻辑网络结构设计

逻辑网络结构的设计往往涉及到我国煤炭生产的控制设备，子系统和子系统必须相互独立运行，允许通过网络进行通信。因此利用虚拟现实局域网构建技术，对局域网进行划分，形成多个相对的虚拟现实局域网，实现信息发布，分系统和各子系统间的数据访问，进一步提高了局域网传输和处理信息的效率，提高了网络的安全性。

3.3网络系统安全设计

网络系统安全设计工作是我们国家开展信息网络体系建设的全过程规划中的重要组成部分。我们必须始终确保能够进行全面、综合的安全规划，不仅要准确保证网络用户进行恢复，同时保证系统中的所有数据安全不被非法入侵或恶意篡改。在这两个方面我们通常需要综合考虑安全防护技术，包括使用个人电脑密钥、防火墙、数字证书、软件入侵后的安全检测等。安全技术解决办法方案具有安全技术式和表达式的特征，网络系统可以自动检测实现自动化和安全备份，为数据库信息传输提供安全可靠的数据保障。如果冲突等操作服务器之间没有异常，可以自动切换到操作服务器进行备份。在更换机柜时，不需要再使用多个高价的硬盘驱动器和软盘驱动器，不影响另外服务器之间的距离，使用单一硬盘阵列可以大大提高系统的运行稳定性，磁盘阵列一般分为软阵列和硬盘系统阵列，前者由软盘软件和整个计算机CPU系统提供磁盘运行时间。

经过这个能力库的开发，磁盘软件应用数据系统阵列作为一个硬盘软件操作系统。只有硬盘软件阵列才能直接实现基于传统磁盘阵列处理数据的超大容量错误处理器的功能，后者通过独立的软件磁盘系统硬件阵列来可以实现的在数据系统当中可以同时实现到的产、控等多种嵌入式软件磁盘阵列网络中央处理器的功能，不需要依赖于整个磁盘计算机的中央处理器，可以同时引进各种系统所需的所有功能。因此，使用动态磁盘阵列矩阵数据传输技术后就可以有效地大大加速硬盘系统动态磁盘的多行数据同时传输速度。系统磁盘阵列出现故障可以防止磁盘数据同时丢失，提高硬盘系统占有磁盘空间的系统整体利用效率。

3.4煤矿安全监控系统工业以太环网的实现

煤矿安全管理信息采集监控数据管理系统的网络结构设计和煤矿光环工业级以上的网络结构由12个以太光缆组成，其中传输数据端口采用双核团模型的以太网交换机，为煤矿核心传输节点建立和开发高可靠性传输网络系统提供便利。

网络为以太环网以上的矿井环网结构、天兆模块光纤传输带宽。如果煤矿基本传输节点或相关传输网络线路发生故障，煤矿数据系统可以快速、自动地对数据进行检索和传输，实时地对煤矿各数据系统的安全信息进行检索和传输，故障维修的安全性。该以太网交换机设置在煤矿变电所，用于传送煤矿生产资料的采掘现场附近作业区域的接地，将作业区域内相应煤矿信息数据采集点的信号用于变电所附近的以太网通过交换机传送。然后工业直接依靠以太网和电力网，将部分煤矿数据采集信息传送到地面监测数据中心，如果煤矿上下隧道间传输距离较长，则依靠电力供应循环网，这样可以大大降低煤矿传输以太网电缆的成本投资。在大型煤矿安全视频监控网络系统中，安全视频监控网络系统虽然占据了大量的网络带宽，但是网络系统的实际带宽利用率却很明显。

4结束语

总之，已有越来越多的矿产企业选择在生产安全监控系统中引入工业以太网技术，并在不断实践的过程中积累技术经验。可以明确的是，工业以太环网能够进一步优化矿井安全监控系统的有效性与运行质量，对矿产企业经济效益、安全作业有促进价值。但研究矿井涉及的技术不应止步于此，本研究的初衷旨在引导尚未引入先进技术的煤矿，尽快落实全面智能化的矿产作业模式。并在此基础上，给予技术研究者一定灵感，促进技术的更新换代。

参考文献:

[1]王丽霞.煤矿工业以太环网的建设与应用研究[J].数字通信世界,2021(12):44-46.

[2]俞茜,陈洲.浅析煤矿工业以太环网的建设与应用[J].科技与创新,2019(12):147-149.