新一代煤礦井下監控系統研制

摘要：針對現有煤礦監控系統的數據傳輸還主要采用主從式、基帶傳輸或FSK傳輸的通信方式，使得通信網(wǎng)絡(luò )結構單一、監控設備冗余度不高、危險控制響應時(shí)間慢等缺點(diǎn)，本文提出新一代煤礦監控系統研究，論文建立了新一代煤礦監控系統結構模型，并對系統關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，研究了基于現場(chǎng)總線(xiàn)的多主分站通信技術(shù)及監控軟件技術(shù)，然后對系統進(jìn)行了井下現場(chǎng)工業(yè)性試驗與測試，結果表明，新一代煤礦監控系統無(wú)需上位機便可自動(dòng)完成分站之間的對等通信與控制功能，響應時(shí)間小于5 s，且網(wǎng)絡(luò )結構可靠性高，系統運行穩定，斷開(kāi)冗余線(xiàn)路的任何一根光纖，自恢復時(shí)間不大于20 ms。
關(guān)鍵詞：多環(huán)冗余；多主通信；監控系統；現場(chǎng)總線(xiàn)；網(wǎng)絡(luò )管理

煤炭工業(yè)的健康發(fā)展是構建和諧社會(huì )的前提和保障。我國煤礦地質(zhì)條件復雜，瓦斯、火災、頂板動(dòng)力、沖擊地壓等自然災害嚴重，防災抗災難度大，并且我國煤礦以井工開(kāi)采為主，井工礦數量和產(chǎn)量均占全國煤礦總數和產(chǎn)量的90％以上。井工礦井下巷道管網(wǎng)條件又增大了災害防治的難度，一旦發(fā)生事故容易誘發(fā)其他災害發(fā)生，產(chǎn)生重特大事故。在各類(lèi)煤礦事故類(lèi)型當中，煤礦瓦斯災害屬重特大災害類(lèi)型之一，因此，煤礦監控技術(shù)的發(fā)展一直得到國家的高度重視，《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》(國發(fā)[2010]23號)將安全監控作為煤礦六大系統之一，要求各地煤礦強制安裝。
煤礦監控系統的安裝應用為提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)水平起到了至關(guān)重要的作用，但由于受技術(shù)發(fā)展和煤礦特殊生產(chǎn)條件制約，現有監控系統大多數還采用主從式通信結構，數據傳輸速率低和冗余差，極易發(fā)生數據傳輸中斷，無(wú)法實(shí)現設備間互聯(lián)互控、危險區域快速控制，為了進(jìn)一步提高煤礦生產(chǎn)水平，有必要對監控系統網(wǎng)絡(luò )結構可靠性技術(shù)進(jìn)行研究，形成新一代的煤礦生產(chǎn)監控系統。

1 新一代煤礦監控系統結構
新一代煤礦監控系統網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示，是一種多環(huán)冗余、多主并發(fā)的對等通信網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )結構中包括兩個(gè)環(huán)，一個(gè)大環(huán)，一個(gè)小環(huán)，大環(huán)套小環(huán)實(shí)現多環(huán)冗余，采用無(wú)源光分支技術(shù)，某個(gè)信號轉換器故障不影響整個(gè)系統的運行，抗干擾能力強、運行穩定，分站與分站之間采用LonWorks總線(xiàn)傳輸技術(shù)，分站與傳感器之間采用CAN總線(xiàn)技術(shù)，支持網(wǎng)狀網(wǎng)結構，解決了現有監控系統網(wǎng)絡(luò )適應性差，節點(diǎn)較多時(shí)網(wǎng)絡(luò )阻抗匹配困難，尤其不具有多主并發(fā)、對等通信功能等問(wèn)題。