煤矿井下自动化环网的升级改造

山西长平煤业有限责任公司 胡敏凯

煤矿井下自动化环网的升级改造

山西长平煤业有限责任公司 胡敏凯

煤矿井下自动化环网是煤矿生产信息化、自动化的中枢神经系统。长平公司自动化环网建设于2008年，经过多年的运行设备老化故障率高。随着采区的扩大及业务需求的增长，环网急需升级改造。文章就煤矿井下自动化环网，特别是井下调度视频监控的升级改造进行了分析阐述。

井下自动化；井下环网；调度视频监控

通过自动化环网矿井各主要生产环节可以实现“就地自动化－远程自动化－综合自动化－管控一体化”的四级自动化控制体系，最大限度地实现生产现场的“无人值守，有人巡视”，为实现“安全高效、减员提效、节能降耗”提供强有力的手段 。通过自动化环网系统调度指挥人员或相关专业部门人员可以对安全和生产的主要环节设备实时监测和进行必要的控制，实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化，为将长平矿打造成为本质安全型数字化矿山奠定坚实的基础。

长平煤业之前采用的是阳光金立的MTCP-1代产品。它是一种矿用本质安全型多通道工业以太网。基于电信主流的SDH/MSTP结构, 采用先进、成熟的光纤传输技术和优化的工业以太网数据交换技术，为煤矿井下综合自动化系统建设提供“三网合一”综合信息传输平台，实现话音、数据、以太网和视频等业务的灵活接入，形成矿井综合自动化系统的各类监测、监控数据的统一接入传输平台。建成后有17个系统站点，形成一个稳定可靠的自愈保护环网。接入的业务主要包括语音（井下直通电话）、视频（工业摄像机）以及各种自动化数据（电力监控、排水控制、皮带运输控制、人员定位、安全监测监控、通风机监控等）。

但是上述系统使用已八年，部分站点老化严重，运行越来越不稳定，重要的数据比如监测监控、人员定位数据根本不敢在环网上传输；同时随着采区的扩大以及调度视频监控高清化的发展，已远远无法满足当前的需求，因此我们结合井下生产的实际条件和经济状况，针对自动化环网和视频监控进行了升级改造。

1 随着矿井生产采区的延伸和采区变电所及采区主通风机的增加，对工业环网系统硬件设备进行扩容

（1）在井下三个新增加采区变电所各增加一套KJJ12多通道工业以太网综合接入器站点。来满足该采区的视频监视系统、电力监控系统、排水控制系统、皮带运输控制系统、人员定位系统、安全监测监控系统、调度电话系统等的数据传输需要。

（2）在地面芦家裕新增主通风机房和新35KV变电所各增加一套KJJ12多通道工业以太网综合接入器站点。来满足该区域的视频监视系统、电力监控系统、主通风机监控系统、调度电话系统等的数据传输需要。扩容增加的KJJ12多通道工业以太网综合接入器与在用的工业环网系统就近串接，形成全矿井统一的多通道工业光环网系统。

2 对现用MCTP系统进行升级改造

（1）针对现有井上下17套MCTP-I系统站点，根据数据量和重要性，本着节约资金的原则，首先升级改造井下的10套为MCTP-Ⅲ系统站点。

（2）地面工业环网由于不要求本质安全型设备，因此我们采用成本较低的通用型网络交换机，较重要的站点采用功能多的三层交换机，通过IP网络的OSPF协议实现路由的最短优先选择。不太重要的站点采用交换机直连解决多种数据的传输问题。

3 对综合自动化系统数据集成系统进行升级完善

对井下新增三个采区变电所的电力、排水、皮带、人员定位、监测监控等系统进行数据集成。

乡村建设项目的特点为数量多且形式复杂，但总体技术难度不大，投资主体投资方式多样化，业主的需求也更加多样化。然而，项目总体规模偏小，管理成本占比反而增加。所以在初期阶段不能片面地追求经济效益，过分强调完成各类不合实际的指标。乡村EPC建造模式现阶段仍然是一种尝试，支出和回报不能成正比。乡村EPC建造模式的推进还需要进行探索实践，需要资金投入，不断总结经验，才能利用EPC自身优势在乡村振兴中发挥更大的作用。

对新建杨家庄主通风机监控系统进行数据集成。

对现有各个子系统的数据集成系统进行恢复完善。

对综合自动化系统的WEB发布系统进行升级完善。

对安全生产调度系统软件进行升级完善。

4 视频接入集成方案

工业视频子系统有两种接入方式：

一种方式是数字视频信号接入，通过矿用阻燃网线或光缆与MCTP-Ⅲ系统矿用本安型多通道工业环网综合接入器的以太网接口连接，进行数字视频信号传输，以太网接口可以是电口也可以是光口。

另一种方式是模拟视频信号接入，通过矿用阻燃同轴电缆或光缆与MCTP-Ⅲ系统矿用本安型多通道工业环网综合接入器的视频接口连接，进行模拟视频信号传输。

由于目前公司使用的井下本安型摄像机及配套的井上编码器运行也有八年多，越来越不稳定而且价格较高，数据采用加密的方式传输，无法与其他厂家的设备兼容，维护起来也比较麻烦，采用第二种方式接入，可以避免使用现有编码解码器，改用自动化环网提供的视频接口。但是由于采用同轴电缆传输模拟信号，最远大概能传输一千米，如果采面摄像头超过这个距离，只能通过增加视频光电转换器才能实现，因此增加了可能出故障的环节，同样会给维护造成了不便，因此经过多方比较和探讨，下一步井下调度视频监控采用大华本安型网络摄像机，摄像机提供一个光纤FC接口，通过光缆直接到环网基站的以太网光接口，信号通过环网到达调度机房，通过地面环网基站的以太网电口再经过交换机进入通用型的解码器，解码后在调度大屏幕上显示。这样的方案使得投资最优化，维护最简便。

5 其他综合自动化系统的子系统总体数据接入集成

充分利用MCTP-Ⅲ环网系统的优势，通过其丰富的接口、先进的隧道、透明传输技术，使各个子系统实现相互隔离的虚拟通道的传输，可以独立通讯、互不干扰、避免了各类数据产生冲突，提高了数据传输的可靠性和实时性，不影响原有各子系统的传输架构。

5.1 PLC控制方式的子系统接入

对使用PLC控制方式子系统的以太网信号采用矿用阻燃网线或者单模光缆直接与环网综合接入器的以太网口（电口或者光口）连接，进行数据传输，数据信号从机房MCTP-Ⅲ-M对应以太网口用六类网线做直通线接入到局域网控制层网络交换机进行数据处理与交换。

综合自动化系统局域网的数据采集服务器通过环网基站的以太网模块数据口直接与PLC的以太网信号输出接口相连，而该PLC的OPC Server安装在PLC内部（或者安装在管控服务器中），通过OPC与综合自动化系统平台中（工业库）的组态软件进行通讯连接及信息交互，有效的保证了实时性、可靠性。

5.2 总线型信号传输方式的子系统接入方案

采用总线型信号传输方式子系统的总线型数据信号（RS485/RS422/RS232/CAN/FSK/20毫安电流环/DH+等信号）采用两芯矿用阻燃屏蔽双绞线直接与环网基站的总线数据接口连接，进行数据传输，数据信号从机房站点对应总线接口传输给子系统上位机，再从上位机网口用六类网线做交叉线接入到局域网控制层网络交换机进行数据处理与交换。

5.3 与子系统PC主机联接的接入方案

对于煤矿专业性较强的子系统（如环境安全监测监控、人员定位监测及选煤厂等），数据采集服务器通过环网基站与该类型的子系统PC主机相联。

5.4 与基于PC的嵌入式子系统联接的接入方案

基于PC的嵌入式子系统以其系统结构简单、价格便宜，但功能强大而受到工控业内人士青睐，该类型的系统近年来在煤矿也得到迅速的发展，如最新型的胶带机控制子系统、工作面顺槽控制系统等都是采用该类型的系统。因其核心就是安装嵌入系统的计算机，数据采集服务器通过MCTP矿用本安型多信道宽带工业环网系统及OPC/DDE/FTP接口协议与该类型的嵌入PC相联。

5.5 调度电话接入方案

调度电话通过中继电话信号接入，通过两芯铜线与MCTP-Ⅲ系统矿用本安型多通道工业环网综合接入器的语音接口连接，进行程控电话信号传输。

MCTP系统语音接口的传输模式是隧道形式、透明传输，不与其它系统产生冲突问题，有效的节省了带宽，调度电话信号通过光缆传输，完全不受矿井环境恶劣、电磁干扰严重的影响，保证话音质量，彻底根除雷电对井下环境安全的影响。

经过上述改造，长平煤矿井下自动化环网由百兆升级到千兆，传输速率更快，设备运行更加稳定，并可承载原来的所有业务同时支持新增加的业务。本着节约资金的原则根据站点重要性有选择性的使用不同设备，为煤矿的信息化自动化发展保驾护航。

[1]刘成,朱拴成.煤矿综合自动化与机电技术.中国矿业大学出版社.2012.11.

[2]夏士雄,于励民,郑丰隆.煤矿通信与信息化.中国矿业大学出版社.2008.7

胡敏凯（1981—），男，现供职山西长平煤业有限责任公司，研究方向：通讯运营。