模块化综合分站在煤矿井下监控系统的设计

孙宇　梁士林

摘 要：本文针对目前煤矿井下监控系统相对分立的特点，随著矿山综合信息化系统的推进和物联网技术的发展，本文介绍了一种基于物联网构架的煤矿综合信息化系统─iMine系统。该系统将井下铺设的多个独立的系统统一建设在一个标准的网络系统中，从而实现井下监控系统的综合化、设备的模块化、安装维护的简单化、网络管理的智能化。井下模块化综合分站作为iMine系统的核心设备，具有模块化、可管理性和标准化的特点，对实现煤矿综合信息化系统具有重要的参考价值。

关键词：煤矿井下；物联网；信息化系统；模块化综合分站

中图分类号：TP393 文献标识码：A

目前，为了解决煤矿井下系统冗余度高、成本高昂、安装和维护复杂等一系列问题，一种基于物联网构架的iMine煤矿综合信息化系统应运而生。iMine系统包括应用层、网络层和感知层，模块化综合分站作为iMine系统网络层的核心设备，可以为感知层提供标准化的接口，通过标准扩展模块有能力接入各种自动化设备终端，比如各种传感器等，同时又能为应用层信息处理系统提供统一的传输层协议簇和接口，直接服务于自动化生产、人员安全监控和企业管理系统如ERP和MES等，实现高效的管理。

一、模块化综合分站原理及结构

1 分站原理

井下模块化综合分站位于系统的网络层，是整个系统的核心设备，是一款平台级工业物联网网络/传输层核心设备。所谓“平台级”，指的是这个设备具备几乎目前工业生产领域的全部有线和无线传感器接口，甚至包括部分电信的3G无线通讯接口，可以对接几乎全部标准化的传感器、终端或者其它标准工业以太网设备，实现了一台设备像一个综合平台一样的全面连接，一台设备完成全部工业物联网“网络/传输层”任务。

由于分站分散分布，相当于在巷道不同地点、生产现场等部署了以太网、WiFi、ZigBee、485、频率信号、电流信号、语音电话等传输接口，其它网络应用设备或终端，如监控用的有线无线摄像头、广播终端、传感器数据采集终端、PLC远程通信终端等就可以就近接入到iMine分站中，通过iMine系统平台将数据、语音、图像等信息上传到服务处理中心。

2 分站结构

分站外部具有13个喇叭口用于外接信息化终端设备，另有4个天线接口。分站内部基本配置（如图1）包括：（1）底板，底板用于给模块供电，完成模块间及分站间的数据交换；（2）通用模块插槽，用于固定模块；（3）电源接入部分，关联隔爆兼本安型电源。分站内提供1个专用插槽形式的光模块接口；5个固定插槽形式的10/100/1000Base-TX自适应端口，以可插拔方式插入不同的功能模块，提供各类信号接入方式。另外还有一个异形模块安装区域，用于安装非标准模块。

二、模块化综合分站的特点

1 模块化——分站采用模块化结构设计，各模块具有独立的功能、一致的物理安装尺寸以及一致的输入、输出接口单元。可以根据实际需求和预算，灵活组合配置；具有模块重用性高、工程安装复杂度低、工程质量和系统可靠性高等特点。

2 可管理性——分站采用了软件管理硬件设备。每台设备和每个模块都含一个多功能中央处理器CPU，从而使所有硬件都实现了智能化，全部可网络化管理，包括现场管理和远程管理、云计算模式管理等。

3 标准化——针对此分站开发符合OPC标准的开放接口API，可以向所有开发应用层软件的单位提供标准的接口，使得应用软件方便且可靠地实现对分站本身及那些由分站单独或者混合构建的传输网络的访问和控制，以便于各系统集成商的软件对本设备的兼容。

三、模块化综合分站设计

煤矿井下可以根据用户需求灵活配置模块，实现系统功能定制。功能模块配置有以下几种供设计参考：千兆交换管理模块接口采用全IP协议栈模型，4个千百兆自适应的光接口通过光缆连接可直接形成或接入矿井千兆工业以太环网，在总的环网基础上还可以形成各中段千百兆子网；光缆传输距离10km以上。WiFi模块具有4个10/100M自适应LAN口，可以应用于无线通信、井下无线上网、无线视频监控；同时配合多余的千百兆自适应光口可用于井下IP设备接入，如有线视频监控、IP广播等；无线通信距离大于400m。区域定位模块可以应用于井下人员、机车区域定位及管控；分站与标识卡通信协议为ZigBee协议。精确定位模块可以应用于井下人员、机车精确定位及信号灯汇让智能管控；精确定位模块无线传输距离>400m，并发识别数量>80张标识卡，定位精度<±5m。传感器模块具有1个485和4个频率型或开关量接口，可应用于各类传感器接入；频率型接口频率范围200Hz～2000Hz；软件可对所接传感器远程执行断电、复位操作。语音接入模块可接入2个矿用模拟电话，实现有线调度通信功能。

结语

煤矿井下模块化综合分站的应用，实现了井下集中监测及所有系统的统一管理和维护，能够实现高可靠性、低采购成本和低维护成本。系统的建立将加速煤矿井下综合自动化和信息化水平，对煤矿企业有显著的经济效益。

参考文献

[1]郑明正.浅谈神东矿区“一网一站”数字化矿山建设[J].陕西煤炭，2015.

[2]田大兵.多网合一信息集成系统在煤矿应用的设想[J].工矿自动化，2012.