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(yīng)用

近年來(lái)，我國(guó)眾多煤礦均紛紛構(gòu)建或者準(zhǔn)備構(gòu)建安全監(jiān)控系統(tǒng)，然而自系統(tǒng)集成層面而言，有關(guān)生產(chǎn)、管理的信息化與自動(dòng)化水平依舊表現(xiàn)出一定的不足，尤其是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)依舊沒(méi)有建立起統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同生產(chǎn)商均自主制定傳輸協(xié)議及接口標(biāo)準(zhǔn)，使得不同子系統(tǒng)相互間難以實(shí)現(xiàn)有效兼容或連接，引發(fā)信息孤島現(xiàn)象，信息資源無(wú)法共享，監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)相互間無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效聯(lián)動(dòng)；自產(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(wù)保障系統(tǒng)依舊較為落后，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(shè)備等現(xiàn)階段依舊十分缺乏，還無(wú)法滿(mǎn)足煤礦安全生產(chǎn)的需求及技術(shù)革新的需求。針對(duì)這一情況，倘若引入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)來(lái)建設(shè)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，則能夠有效彌補(bǔ)系統(tǒng)存在的技術(shù)缺陷，并且還可促進(jìn)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全有序的運(yùn)行。由此可見(jiàn)，對(duì)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用開(kāi)展研究，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1  推廣工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的意義

伴隨社會(huì)發(fā)展對(duì)煤礦資源需求的不斷攀升，近年來(lái)煤礦生產(chǎn)開(kāi)采規(guī)模日益擴(kuò)大，由此為煤礦安全管理帶來(lái)了極大的沖擊。為了有效了解煤礦設(shè)備運(yùn)行狀況及掌握不同環(huán)境下設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的轉(zhuǎn)變，構(gòu)建一個(gè)科學(xué)完備的數(shù)據(jù)采集及信息傳輸系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備開(kāi)展全面控制管理是尤為關(guān)鍵的。這同樣是確保一系列監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)開(kāi)采安全有序開(kāi)展的重要輔助手段之一。作為光通信中的一項(xiàng)新型技術(shù)，光纖通信技術(shù)近年來(lái)實(shí)現(xiàn)了迅猛發(fā)展，并在現(xiàn)代通信中不斷占據(jù)著越來(lái)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(kāi)展數(shù)據(jù)交換，進(jìn)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)開(kāi)采安全有序開(kāi)展提供可靠保障。近年來(lái)，工業(yè)以太網(wǎng)憑借其傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，已然在骨干傳輸網(wǎng)建設(shè)中得到廣泛推廣。因而，將工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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

現(xiàn)階段，我國(guó)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(cè)主機(jī)經(jīng)由串行總線(xiàn)與系統(tǒng)線(xiàn)路傳輸裝置開(kāi)展連接，依托串口輪巡方式與礦井對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息采集分站開(kāi)展數(shù)據(jù)信息傳輸；系統(tǒng)傳輸線(xiàn)路以阻燃通信線(xiàn)纜為主；數(shù)據(jù)傳輸模式包括有RS485總線(xiàn)、DPSK、FSK等。該種系統(tǒng)架構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中主要可表現(xiàn)出下述幾方面問(wèn)題：其一，采用的總線(xiàn)型架構(gòu)方式，會(huì)對(duì)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(shè)備不斷增多的情況下，系統(tǒng)巡檢時(shí)間難以滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定。其二，主干通信線(xiàn)路運(yùn)用電纜作為傳輸介質(zhì)，在煤礦井下復(fù)雜環(huán)境下安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸極易受到各式各樣的影響。其三，單一的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)無(wú)法 形成可靠的線(xiàn)路冗余，某些主干通信線(xiàn)路損壞極易使得井下設(shè)備數(shù)據(jù)信息采集終端、故障甚至系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)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(yīng)用措施

3.1  網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思路

其一，硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由控制中心管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層以及現(xiàn)場(chǎng)接入子系統(tǒng)層等組成。其中，網(wǎng)絡(luò)通訊層依據(jù)生產(chǎn)關(guān)系及地理位置需求單環(huán)網(wǎng)絡(luò)與星型網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的手段，將每一子系統(tǒng)的主機(jī)用以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，配備若干臺(tái)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、控制核心交換機(jī)以構(gòu)建起光纖環(huán)網(wǎng)，其他子系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)結(jié)合其接口方式，選取星型網(wǎng)絡(luò)依托建立通訊分站或與骨干網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行直接連接，進(jìn)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(shè)計(jì)。因?yàn)槊旱V生產(chǎn)開(kāi)采中涉及到大量的子系統(tǒng)及子系統(tǒng)設(shè)備，子系統(tǒng)與子系統(tǒng)相互間保持獨(dú)立運(yùn)行，不開(kāi)展互聯(lián)通訊，所以可利用虛擬局域網(wǎng)技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個(gè)虛擬的局域網(wǎng)絡(luò)，依托對(duì)煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的虛擬局域網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)劃分，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)廣播、限制系統(tǒng)與系統(tǒng)相互間訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限的有效控制，進(jìn)一步切實(shí)提高網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率及網(wǎng)絡(luò)安全性。

3.2  網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

系統(tǒng)安全是信息化建設(shè)中的重要一環(huán)，要做到全方位統(tǒng)籌規(guī)劃，換言之，不僅要保證系統(tǒng)引發(fā)故障后可迅速恢復(fù)，還要保證信息數(shù)據(jù)不受非法侵襲或篡改。于此環(huán)節(jié)通常需要應(yīng)用到的技術(shù)方法包括有密鑰、防火墻、數(shù)字證書(shū)、入侵檢測(cè)等。安全方案技術(shù)特征，主要表現(xiàn)為：可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面自動(dòng)備份，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的反復(fù)存儲(chǔ)，進(jìn)而為數(shù)據(jù)信息提供安全可靠的保障。主備服務(wù)器不僅可進(jìn)行自動(dòng)切實(shí)，還可進(jìn)行人為操作切換。倘若主服務(wù)器出現(xiàn)故障情況，諸如斷電、死機(jī)等，則可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)向備份服務(wù)器的切換。雙機(jī)開(kāi)展切換不會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)成不利影響，具備良好的穩(wěn)定性。雙機(jī)熱備軟件安裝、配置便捷，依托純軟方式，經(jīng)濟(jì)成本，無(wú)需運(yùn)用成本高昂的磁盤(pán)陣列柜，兩臺(tái)服務(wù)器相互間不會(huì)受到距離的影響。引入硬陣列方式，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般情況下，可將磁盤(pán)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(guò)計(jì)算機(jī)中央處理器提供運(yùn)行能力所形成的。因?yàn)檐浖淌阶鳛橐粋€(gè)系統(tǒng)存在不完整的特征，所以?xún)H可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的磁盤(pán)陣列容錯(cuò)功能。后者則是通過(guò)獨(dú)立操作的硬件，可實(shí)現(xiàn)全面磁盤(pán)陣列的計(jì)算、控制等功能，而不依賴(lài)于計(jì)算機(jī)的中央處理器。再加上硬陣列屬于一個(gè)完整的系統(tǒng)，因而各項(xiàng)需求的功能均可引入，由此決定了硬陣列對(duì)應(yīng)提供的功能要由于軟陣列。依托磁盤(pán)陣列技術(shù)，有助于加快磁盤(pán)的傳輸速度，防范數(shù)據(jù)信息由于磁盤(pán)故障而出現(xiàn)丟失情況，并且還可提高對(duì)磁盤(pán)空間的有效利用。在磁盤(pán)陣列中，可使大量磁盤(pán)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的同時(shí)傳輸，而該部分磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器在理論上屬于一個(gè)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，因而應(yīng)用磁盤(pán)陣列可實(shí)現(xiàn)單個(gè)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器幾倍、幾十倍甚至更高的速度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一服務(wù)器上不同硬盤(pán)的全面自動(dòng)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(shí)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(jī)的千兆光纖端口，由此便構(gòu)建起了一個(gè)可靠主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，該種主干傳輸網(wǎng)絡(luò)具備環(huán)型結(jié)構(gòu)、千兆帶寬及治愈功能等特征優(yōu)勢(shì)，倘若主干傳輸網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)節(jié)點(diǎn)或線(xiàn)路引發(fā)故障，其均可迅速自動(dòng)恢復(fù)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(jī)通常設(shè)置于接近煤礦生產(chǎn)開(kāi)采工作面的變電所中，僅需將該區(qū)域中對(duì)應(yīng)信息采集信號(hào)傳輸至變電所的以太網(wǎng)交換機(jī)中，然后再依托工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)便可實(shí)現(xiàn)將部分?jǐn)?shù)據(jù)信息傳輸至地面的監(jiān)控中心，倘若煤礦巷道距離相對(duì)較長(zhǎng)，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(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用率卻相對(duì)不足，因而引入該種系統(tǒng)可有效滿(mǎn)足大中型煤礦當(dāng)前的實(shí)際生產(chǎn)需求，并且還可對(duì)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展較為科學(xué)的規(guī)劃及采取相關(guān)有效的安全策略，進(jìn)一步促進(jìn)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全有序運(yùn)行。

4  結(jié)語(yǔ)

總而言之，工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)可為煤礦生產(chǎn)開(kāi)采提供安全可靠的數(shù)字通訊渠道，將煤礦各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)及對(duì)應(yīng)輔助環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息連接至交換機(jī)上，開(kāi)展實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)信息采集、傳輸、分析、呈現(xiàn)等，進(jìn)一步對(duì)煤礦生產(chǎn)開(kāi)采各項(xiàng)機(jī)電設(shè)備開(kāi)展統(tǒng)一監(jiān)控，并且輔助工業(yè)電視系統(tǒng)開(kāi)展安全圖像監(jiān)控，為作業(yè)人員及機(jī)電設(shè)備提供安全保障。由此對(duì)于推動(dòng)煤礦企業(yè)的科學(xué)化、現(xiàn)代化發(fā)展，促進(jìn)煤礦安全高效生產(chǎn)，提高煤炭行業(yè)科學(xué)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(wù)必加大研究分析力度，提高對(duì)推廣工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)意義的有效認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)階段煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中存在主要問(wèn)題的深入分析，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(xué)合理應(yīng)用，積極促進(jìn)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全有序運(yùn)行。

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