矿井多媒体综合业务数字网的研究

房 敏

摘要：分析了煤矿监测监控系统的现状，提出了矿井多媒体综合业务数字网(MISDN)。并对其网络结构进行了分析，提出采用本质安全型宽带工业以太网组建MISDN的网络基础架构。井下智能分站以Rabbit2000为核心实现.所有与安全和生产有关的煤矿监测监控数据、语音、视频等各种信息都在MISDN上传输，包括自动化系统中的控制信息，加上智能化决策及支持技术。从而建立起一个数字化企业。

关键词：矿井监测监控多媒体综合业务数字网工业以太网

0引言

我国从20世纪80年代开始引进国外的安全监测系统，在充分吸收国外先进技术的基础上，结合我国煤矿的特点，开发出一批监测监控系统。先后有KJ1，KJ2，KJ95，KJ4，A1，KJ66，A800，KJ92，KJ52。KJ28等30多种型号的系统通过了技术鉴定，实现了对矿井安全、生产方面多种参数的连续监测和数据处理。这些装置的推广与应用。改善了煤矿安全技术装备的落后局面，有效地预防了瓦斯等事故的发生。目前，我国煤矿监测监控系统中存在的主要问题：①网络结构与通信方式不规范，不具备硬件的开放性，使得其它硬件产品难以接入。②传输速率低，一般都在4800 b／s以下。③缺乏统一的通信协议及信息交换标准。国内生产的安全生产监测监控系统多为封闭系统，使用的通信协议和信息交换标准由厂商自己制定，严格保密，互不兼容，十分混乱，各种软件之间难以共享。由于以上原因，建立矿井多媒体综合业务数字网（Multimedia Integrated Services Digi-talNetwork，MISDN)新系统的构造模型和设计选型关键理论和技术。建立适合于能源特殊环境下企业数字化宽带信息平台能给建设信息化煤炭经济发展以及人力、物力的节约；且信息交流的通畅，有利于统一调度指挥，给安全上带来了保障。

1相关的内容

矿井多媒体综合业务数字网(IMISDN)网络结构包括MISDN系统的结构设计、MISDN网络平台、路由器系统结构、智能监测分站的系统结构。

2各结构的功能及分析结论

系统的结构设计

利用光纤通信技术和宽带计算机网络技术传输井上、下各主要环节设备的工业电视视频图像和其它数据信息，结构如图1所示。高速计算机网络可以通过路由器与井下智能分站连接，并将矿领导和其它子系统的功能连在一起，以实现交互式多媒体网络。矿领导和调度室不仅可以看到MISDN传上来的各种参数和图表、图形等，还可以交互式地任意观察相应的数字工业电视视频画面。宽带工业以太网作为井下监测、监控的主体网络，井下各类监测数据、语音、视频图像信息和上位机下达的控制信号都通过这样一个网络传输。

网络拓扑结构的设计及实现。环形网(具有自愈能力，在路由器上以路由信息协议的方式实现自愈)、以太网(冲突监测链路访问协议)、屏蔽双绞线及光纤介质，主干网络速率为155或100 Mbps；网络采用环路结构，若线路故障，路由器可通过路由协议切换到反向路径传输；采集的数据使用数据库存储，定时备份到网络服务器及备用机上。

网络层次结构。两层结构(传感器层不考虑，只包括分站层、路由层，工控机上层为企业局域网)，分站与路由器之间使用速率10 Mbps。

上位机对监测信息(以TCP／IP包传输上来)的解包及分拣、数据处理及显示、数据存储及上网(各部门对监测信息访问以及外部网络对信息的访问需要有一定的控制机制)。

控制信息由某些分站发送，或由上位机发送，使用数据信道VPN技术，不单独铺设控制线路；数据与控制分时传输、使用宽带以太网1100或155 Mbps)以及高速处理芯片以确保数据处理的实时性，使用交换机和网桥用以隔离冲突区。如果井下某系统处于预计危险状况，则可以限制网络数据的传输以保证控制信息传递(这样可能在路由嚣上需要更大的缓存)。

路由器协议的确定。因为井下网络结构在路由层并不会经常性变化，所以考虑使用静态路由，但需要使用一定的机制保证网络故障时路由器及时转换传输线路。

MISDN网络平台

如果仅从工业通信与控制的角度来看，现场总线技术即可完成大部分功能。现场总线技术是一种集计算机、通信、集成电路技术于一身的新兴控制技术。实际上。工业环境下视频图像的监视对安全非常重要，并且视频图像监视结合数据监控可使整个系统做到无人值守，从而提高劳动生产率。网络平台采用宽带工业以太网技术，包括两个方面：

用以太网廉价的传输介质取代传统的昂贵、专用传输介质，用以太网的物理设备(比如网卡、交换机、路由器)取代传统工业控制的传输设备。

使用开放的互联网协议TCP/IP取代各大公司专用并且不开放的传输协议。以太网使用的是CS-MNCD技术(Carrier Sense Multiple Access／Collision Detection。载波侦听多路访问，冲突检测)。方案是采用宽带网络和工业以太网的理论和技术加以研究并能够适应能源行业的特殊环境，即建立本质安全型宽带工业以太网.设计适合井下特殊环境的网络拓扑结构(网络拓扑、网络节点构成、网络实现的协议、网络介质及速率等级)：分析在井下使用工业以太网时，保证控制信息传输的实时性：提出全矿井监测系统传输网络(包括视频的数字化及传输)在以太网基础上的集成。

智能监测分站的系统结构

智能监测分站的结构：主CPU为Rab-bit2000.64路开关量经滤波及光电隔离电路送入系统扩展I／O端口.每个分站最多可采集8路模拟量(必要时可扩展)。经A，D转换后送CPU。所有采集到的数据经运算、处理后送液晶显示屏显示。必要时可声光报警，并发出控制信号。这些数据同时送上位机。为使该系统具有灵活性，分站与上位机的通讯设计了两种方式：串行传输方式和网线连接方式。串行传输方式经TTL／R$485电平转换可使传输距离达1 km以上：网线方式矿井多媒体综合业务数字网IMISDN)网络结构研究使用全双工以太网控制器RTL801 9AS作网络接口，使用5类双绞线接入地面局域网，传输速率为10Mbps。

3结束语

矿井多媒体综合业务数字网采用计算机网络、光纤通信等先进技术，在具有环境恶劣、人员设备分散、有特殊安全要求等特点的煤矿，构建一个井下宽带高速互连网，所有与安全和生产有关的煤矿监测监控数据、语音、视频等各种信息都在这个宽带企业内部网上传输，包括自动化系统中的控制信息，加上智能化决策及支持技术，建立起一个数字化企业。以信息化技术改造和提升传统行业，为能源企业的综合自动化控制建立一个可靠的信息平台，以促进安全生产和提高劳动生产率。s