矿井运输系统计算机网络自动化监控组成及应用

李庆才

摘要：信息时代的到来，为煤矿企业带来了新的发展契机。目前，为了能够保证矿井的安全、高效生产，研发了基于以太网总线和现场总线的计算机网络监控系统。以太网能够支持数据进行高速传播，而现场总线又可以保护系统不被第三方设备恶意接入，确保系统高开放性、高传输率、高实时性以及高可靠性。

关键词：矿井运输系统；计算机网络监控；以太网

引言

利用先进的计算机网络技术为矿井运输构建高效能的监控系统，首先要以煤矿实际生产环境为大的切入点，保证系统的兼容性和实用性。目前，存在于國内外市场中的运输监控系统大多倚仗于专用通讯协议，在设备物理接口处存在着很大的漏洞，所以不但传输速率不高，而且无法达到预期的检测效果。

1.矿井集散式监控系统的网络架构

考察国内矿井中较为普遍的集中运输监控系统内，其主要借助现场总线的分散性和易操作性完成监控装置与传感器等设备的连接问题，保证了井下作业的可控制性。而不足之处就在于，连接在总线上面的设备以及她们运行时所采用的协议并不完全相同，甚至有时差距甚大，极大的阻碍了控制系统间的互通与协作，成为传统运输系统的硬伤。

而基于计算机网络技术的监控系统就可以很好的解决上述问题，它能够将不同检测装置中传递出的数据源转化成具有统一标准的以太网数据包，然后经过井下分站接入监控系统，不但提高了系统的兼容性，且不会破坏原始数据的完整性。另外，该系统还为所有的检测设备设置了一条专用的高速网络通道，所有的带宽即可独享又可复用，只要所安装的设备在该系统兼容的范围内就可以快速的接入到监控网络系统中，达到资源的高度共享。从煤矿运输系统的特征出发，其较频繁的流动性对检测设备的及时接入提出了非常高的要求。以计算机网络监控为基础的矿井运输系统在实现了高开放性、实时性和安全性的情况下还做到了资源的最大限度共享，为监控信息高效可靠传输做好了充足的准备。

2.系统结构设计

如图1所示，为基于计算机网络监控技术的矿井运输系统结构图。

2.1开放性设计

传统的矿井运输系统不但兼容性较差而且扩展空间不足，无法实现井下监控信息的高速传输，不利于煤矿的安全生产。而本系统则基本上克服了传统系统的不足，具有十分强大的功能体系。

对于井下运输的安全监控，如检测数据、语音和视频一类的监测数据，称为上行数据，而系统或者技术人员下达的各种控制命令则为下行数据。整个运输监控系统共分为设备层、控制层和信息层三大部分。

2.2鲁棒性设计

由于煤炭井下运输的特殊性，矿井运输监控系统的正常运行已经成为保护井下工人生命安全的重要保障。而计算机网络监控系统的鲁棒性设计，主要是将主干网设计成星形，使其在可靠性和安全性上面都所有提高。考虑到控制节点的分布较远，可为该监控系统安置两套传输光缆，完成监控主站、交换机和工作站等地面设备的物理连接，保证指令的传达和数据的运输。

3.系统应用

3.1系统工作原理

基于计算机网络监控技术的矿井运输系统的整体工作流程，以及其对各个监测分站的管理与控制原理。首先，采用轮询应答的方式开展主站与各个分站之间的联系，并且将井下数据进行存档管理；当对某一分站下达指令时，其在1秒内没有回应，则需要在三秒内进行反复的三次检测，若无法解决系统将立即启动报警系统；而在轮询问过程中主站同时会将外部下行指令进行重新的编码转换，使其成为标准格式的CDP数据然后转入监控网络中传送；最后更具包头地址找到对应的分站，通过解码校验完成信息的准确传达。

由监控设备发出的上行数据在分站和总线接口完成向标准格式UDP的转换，传输系统会根据其包头地址通过路由找到所要达到的目的站，最后进行解码校验，而数据发源地则可以跟踪数据包的动态情况用以确定瓦斯标准，如果出现非正常情况则立即启动报警系统，或者借助MGCS动态画面上报给地面监控中央系统。地面中央控制系统通过上行数据包预览井下情况并且做出准确的回应。

3.2系统通信结构

本系统是建立在网络高效传输的基础之上的，通过工业以太网和现场总线为井下构建出一个数据高速度交换的资源共享平台。而对于数据源的传播，系统共可采用两种方式。数据报形式，将需要传输的数据全部看成单独的个体，按照其目的地进行分组，通过目的节点来检测数据的传输达到率，从而对丢失的数据进行查找或者恢复；而在虚电路中，则会为每一个数据包建立一个虚拟的逻辑传输通道，再将这些数据分组按顺序排队，依次传输，通过不同节点选择不同的分组，非常适合数据流较大的传输需求。分析上述两种传输方式的优劣势，考虑本系统独特的轮询应答模式且数据量不大，为了避免主站与分站因为交互频率造成数据包无辜丢失所以选定UDP协议作为数据报传输的核心方式。

4.结论

上述系统是建立在成熟的计算机网络监控技术的基础之上的，并且通过了大量的试验验证，并且开始一步一步在矿井作业中推广开来。该矿井运输系统为煤矿生产构建出了一套自动化管理和监测平台，尽可能的增强了系统自身的兼容性和扩展性，而且提高了资源共享的能力，是一个具有极大潜力的高开放性系统，必然会为煤炭企业高效安全的生产做出贡献。

参考文献：

[1]凌学文.矿井运输系统安全目标管理的神经网络方法研究[D].西安科技大学，2004.

[2]王立霞.PLC可编程控制技术在矿井运输系统中的应用[J]. 科技创新与应用，2013，33：292.