淺析工業(yè)以太環(huán)網在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

近年來，我國眾多煤礦均紛紛構建或者準備構建安全監(jiān)控系統(tǒng)，然而自系統(tǒng)集成層面而言，有關生產、管理的信息化與自動化水平依舊表現出一定的不足，尤其是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)依舊沒有建立起統(tǒng)一的行業(yè)標準，不同生產商均自主制定傳輸協(xié)議及接口標準，使得不同子系統(tǒng)相互間難以實現有效兼容或連接，引發(fā)信息孤島現象，信息資源無法共享，監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)相互間無法實現有效聯(lián)動；自產業(yè)發(fā)展層面而言，現階段，煤礦行業(yè)安全軟件硬件研發(fā)及服務保障系統(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、儀器設備等現階段依舊十分缺乏，還無法滿足煤礦安全生產的需求及技術革新的需求。針對這一情況，倘若引入工業(yè)以太環(huán)網來建設煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，則能夠有效彌補系統(tǒng)存在的技術缺陷，并且還可促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)實現安全有序的運行。由此可見，對工業(yè)以太環(huán)網在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用開展研究，有著十分重要的現實意義。

1  推廣工業(yè)以太環(huán)網的意義

伴隨社會發(fā)展對煤礦資源需求的不斷攀升，近年來煤礦生產開采規(guī)模日益擴大，由此為煤礦安全管理帶來了極大的沖擊。為了有效了解煤礦設備運行狀況及掌握不同環(huán)境下設備運行參數的轉變，構建一個科學完備的數據采集及信息傳輸系統(tǒng)，對設備開展全面控制管理是尤為關鍵的。這同樣是確保一系列監(jiān)測數據的準確傳輸，促進實現煤礦生產開采安全有序開展的重要輔助手段之一。作為光通信中的一項新型技術，光纖通信技術近年來實現了迅猛發(fā)展，并在現代通信中不斷占據著越來越高的份額。光纖工業(yè)以太環(huán)網的構建，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)控分站開展數據交換，進而提升監(jiān)控系統(tǒng)的巡檢周期及抗干擾水平，為煤礦生產開采安全有序開展提供可靠保障。近年來，工業(yè)以太網憑借其傳輸距離遠，抗干擾能力強等優(yōu)勢，已然在骨干傳輸網建設中得到廣泛推廣。因而，將工業(yè)以太環(huán)網應用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中有著十分重要的現實意義。

2  現階段煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中存在的主要問題

現階段，我國監(jiān)控系統(tǒng)架構主要為集散型控制結構，地面監(jiān)測主機經由串行總線與系統(tǒng)線路傳輸裝置開展連接，依托串口輪巡方式與礦井對應數據信息采集分站開展數據信息傳輸；系統(tǒng)傳輸線路以阻燃通信線纜為主；數據傳輸模式包括有RS485總線、DPSK、FSK等。該種系統(tǒng)架構在運行過程中主要可表現出下述幾方面問題：其一，采用的總線型架構方式，會對系統(tǒng)傳輸速率、距離造成極大影響，在接入系統(tǒng)數據信息采集設備不斷增多的情況下，系統(tǒng)巡檢時間難以滿足相關規(guī)定。其二，主干通信線路運用電纜作為傳輸介質，在煤礦井下復雜環(huán)境下安全監(jiān)控系統(tǒng)數據傳輸極易受到各式各樣的影響。其三，單一的總線結構無法 形成可靠的線路冗余，某些主干通信線路損壞極易使得井下設備數據信息采集終端、故障甚至系統(tǒng)無法運行。 

3  工業(yè)以太環(huán)網在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應用措施

3.1  網絡設計思路

其一，硬件結構設計。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由控制中心管理層、網絡通訊層以及現場接入子系統(tǒng)層等組成。其中，網絡通訊層依據生產關系及地理位置需求單環(huán)網絡與星型網絡相結合的手段，將每一子系統(tǒng)的主機用以工業(yè)以太環(huán)網的節(jié)點，配備若干臺環(huán)網交換機、控制核心交換機以構建起光纖環(huán)網，其他子系統(tǒng)節(jié)點結合其接口方式，選取星型網絡依托建立通訊分站或與骨干網交換機進行直接連接，進一步將全面子系統(tǒng)匯集于以TCP/IP協(xié)議為前提的工業(yè)以太環(huán)網中。其二，邏輯結構設計。因為煤礦生產開采中涉及到大量的子系統(tǒng)及子系統(tǒng)設備，子系統(tǒng)與子系統(tǒng)相互間保持獨立運行，不開展互聯(lián)通訊，所以可利用虛擬局域網技術將網絡劃分成若干個虛擬的局域網絡，依托對煤礦工業(yè)以太環(huán)網的虛擬局域網絡的科學劃分，實現對網絡廣播、限制系統(tǒng)與系統(tǒng)相互間訪問權限的有效控制，進一步切實提高網絡的數據傳輸效率及網絡安全性。

3.2  網絡系統(tǒng)安全設計

系統(tǒng)安全是信息化建設中的重要一環(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，還要保證信息數據不受非法侵襲或篡改。于此環(huán)節(jié)通常需要應用到的技術方法包括有密鑰、防火墻、數字證書、入侵檢測等。安全方案技術特征，主要表現為：可實現數據的全面自動備份，同時可實現數據的反復存儲，進而為數據信息提供安全可靠的保障。主備服務器不僅可進行自動切實，還可進行人為操作切換。倘若主服務器出現故障情況，諸如斷電、死機等，則可實現自動向備份服務器的切換。雙機開展切換不會對系統(tǒng)運行構成不利影響，具備良好的穩(wěn)定性。雙機熱備軟件安裝、配置便捷，依托純軟方式，經濟成本，無需運用成本高昂的磁盤陣列柜，兩臺服務器相互間不會受到距離的影響。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，可將磁盤陣列劃分成軟陣列、硬陣列。其中，前者是經由軟件程序并通過計算機中央處理器提供運行能力所形成的。因為軟件程式作為一個系統(tǒng)存在不完整的特征，所以僅可實現常規(guī)的磁盤陣列容錯功能。后者則是通過獨立操作的硬件，可實現全面磁盤陣列的計算、控制等功能，而不依賴于計算機的中央處理器。再加上硬陣列屬于一個完整的系統(tǒng)，因而各項需求的功能均可引入，由此決定了硬陣列對應提供的功能要由于軟陣列。依托磁盤陣列技術，有助于加快磁盤的傳輸速度，防范數據信息由于磁盤故障而出現丟失情況，并且還可提高對磁盤空間的有效利用。在磁盤陣列中，可使大量磁盤實現數據信息的同時傳輸，而該部分磁盤驅動器在理論上屬于一個磁盤驅動器，因而應用磁盤陣列可實現單個磁盤驅動器幾倍、幾十倍甚至更高的速度，進一步實現統(tǒng)一服務器上不同硬盤的全面自動備份。

3.3  煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)工業(yè)以太環(huán)網的實現

通常而言，工業(yè)以太環(huán)網是由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交換機的千兆光纖端口，由此便構建起了一個可靠主干傳輸網絡，該種主干傳輸網絡具備環(huán)型結構、千兆帶寬及治愈功能等特征優(yōu)勢，倘若主干傳輸網絡中相關節(jié)點或線路引發(fā)故障，其均可迅速自動恢復數據傳輸，該種系統(tǒng)下的數據信息傳輸，安全性、可靠性可得到顯著提高。以太網交換機通常設置于接近煤礦生產開采工作面的變電所中，僅需將該區(qū)域中對應信息采集信號傳輸至變電所的以太網交換機中，然后再依托工業(yè)以太環(huán)網便可實現將部分數據信息傳輸至地面的監(jiān)控中心，倘若煤礦巷道距離相對較長，依托工業(yè)以太環(huán)網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)需要占據極大的帶寬，然而對于網絡帶寬的使用率卻相對不足，因而引入該種系統(tǒng)可有效滿足大中型煤礦當前的實際生產需求，并且還可對網絡開展較為科學的規(guī)劃及采取相關有效的安全策略，進一步促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全有序運行。

4  結語

總而言之，工業(yè)以太環(huán)網可為煤礦生產開采提供安全可靠的數字通訊渠道，將煤礦各個生產環(huán)節(jié)及對應輔助環(huán)節(jié)的數據信息連接至交換機上，開展實時動態(tài)的數據信息采集、傳輸、分析、呈現等，進一步對煤礦生產開采各項機電設備開展統(tǒng)一監(jiān)控，并且輔助工業(yè)電視系統(tǒng)開展安全圖像監(jiān)控，為作業(yè)人員及機電設備提供安全保障。由此對于推動煤礦企業(yè)的科學化、現代化發(fā)展，促進煤礦安全高效生產，提高煤炭行業(yè)科學技術發(fā)展水平，有著十分重要的意義。因而，煤礦企業(yè)相關人員務必加大研究分析力度，提高對推廣工業(yè)以太環(huán)網意義的有效認識，加強對現階段煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中存在主要問題的深入分析，確保工業(yè)以太環(huán)網在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的科學合理應用，積極促進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全有序運行。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://m.00559.cn/w/qk/21223.html