光纤工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用范高贤1,2,周波2,殷庆平3(1.北京交通大学经济管理学院,北京100044;2.济矿鲁能煤电有限公司阳城煤矿,山东汶上272502;3.上海能源大屯股份有限公司发电厂,上海221611)中图分类号:TD76文献标识码:B0引言目前,国内不同生产厂家的煤矿安全监控系统组成如图1所示。系统构架以集散型控制结构为主;地面监测主机通过串行总线与系统线路传输装置连接,采用串口轮巡的方式与井下各数据采集分站交换数据;系统传输线路主要采用阻燃通信线缆(井筒部分可采用光缆);数据传输模式主要有RS485总线、FSK、DPSK等。上述系统架构随着煤矿开采规模的不断扩大、图1现有的煤矿安全监控系统组成图收稿日期:2007-07-26作者简介:范高贤(1973-),男,1996年毕业于山东科技大学采矿专业,现为北京交通大学经济管理学院在读博士,山东济矿鲁能煤电有限公司阳城煤矿副矿长。对煤矿安全生产要求的不断提高,存在着以下问题:(1)总线型的构架方式使得系统在传输速率和传输距离上受到严重制约,在接入系统的数据采集及状态的在线实时监测、远程控制。同时,该系统提高了矿井主扇风机设备的自动化管理水平,达到了无人值守的生产要求,有力地保证了主扇风机设备经济、可靠地运行,为设备的管理和维修提供了科学依据。3系统的就地控制系统的就地控制通过西门子公司的TP270触摸屏实现。触摸屏通过RS232接口与PLC进行MPI通信,直接读取设置在PLC中的数据,控制现场的高、低压柜分合闸,实现风机的正常启停及风门的正常升降。同时可以实时观测风机运行时的部分参数。触摸屏软件设计采用西门子公司的Protoo参考文献:[1]王兆义.可编程控制器教程[M].北京:机械工业出版社,1997.韩银中.矿井主扇风机的改造浅析[J].煤矿开采,2002(1).杨俊生.PLC控制系统在风机中的应用[J].电[2]4结语[3]本文基于SIMATICS7-300系列PLC设计了矿井主扇风机自动监控系统,实现了主扇风机性能2007年第6期范高贤等:光纤工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用·109·设备数量不断增加的情况下,系统巡检时间无法满足《AQ6201—2006煤矿安全监控系统通用技术要求》所规定的小于30s的要求;(2)主干通信线路采用电缆作为传输介质,在煤矿井下大型机电设备运行环境和复杂的巷道环境下安全监控系统的数据传输受到很大的干扰;(3)单一的总线结构不能够形成有效的线路冗余,局部的主干通信线路损害容易造成井下设备数据采集中断、故障断电甚至系统瘫痪。针对上述煤矿安全监控系统数据传输中存在的问题,本文以KJ95N型煤矿安全监控系统为例,介绍采用光纤工业以太环网解决煤矿复杂巷道环境和电磁辐射、浪涌冲击、脉冲干扰环境下煤矿安全监控系统的数据传输问题、从而有效地保障煤矿安全监控系统数据传输实时性和稳定性的方案。数据传输提供了高速通道,主机软件采用虚拟串口的方式实现在同一网络上的多串口并发巡检,大大地缩短了系统的巡检周期,确保了安全监控系统数据传输的实时性、控制的可靠性等。(2)如图3所示,环状冗余网络与核心设备的冗余设计从根本上确保了数据物理传输线路的可靠性。环型网络冗余协议确保在网络线路出现故障时快速地冗余恢复,恢复时间小于200ms,从而确保安全监控数据连续地传输。网络线路正常时状态网络线路故障时状态图3环状网络冗余性能示意图(3)如图4所示,安全可靠的工业级环网节点交换机可提供不同的硬件接口,如RJ45、RS485/RS232等,可提供多条数据传输链路。所有数据接口都经过本安非安转换,确保煤矿特殊环境的应用。1系统架构工业以太网以其透明协议、组网能力强等特点在地面工业控制领域获得了广泛的应用,而光纤传输网络以其抗干扰能力强、传输距离远、传输带宽容量大等特点也被广泛应用于系统传输网络的主干线路建设中。因此,将工业以太网应用延伸到煤矿井下,构建基于光纤的千兆环状冗余网络,可为井下各类监控数据提供稳定、安全、可靠的传输链路。采用光纤工业以太环网的KJ95N型煤矿安全监控系统架构如图2所示,其主要由地面监控中心、单模四芯阻燃光缆、KJJ58工业以太环网节点交换机及数据采集分站、传感器、执行器、电源等组成,其中,地面监控中心由安全监测系统主机和2台冗余设计的核心环网交换机构成。图...