新一代煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)研制

摘要：針對現(xiàn)有煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸還主要采用主從式、基帶傳輸或FSK傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑沟猛ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一、監(jiān)控設(shè)備冗余度不高、危險控制響應時間慢等缺點，本文提出新一代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)研究，論文建立了新一代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，并對系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究，研究了基于現(xiàn)場總線的多主分站通信技術(shù)及監(jiān)控軟件技術(shù)，然后對系統(tǒng)進行了井下現(xiàn)場工業(yè)性試驗與測試，結(jié)果表明，新一代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)無需上位機便可自動完成分站之間的對等通信與控制功能，響應時間小于5 s，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，斷開冗余線路的任何一根光纖，自恢復時間不大于20 ms。
關(guān)鍵詞：多環(huán)冗余；多主通信；監(jiān)控系統(tǒng)；現(xiàn)場總線；網(wǎng)絡(luò)管理

煤炭工業(yè)的健康發(fā)展是構(gòu)建和諧社會的前提和保障。我國煤礦地質(zhì)條件復雜，瓦斯、火災、頂板動力、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采為主，井工礦數(shù)量和產(chǎn)量均占全國煤礦總數(shù)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。在各類煤礦事故類型當中，煤礦瓦斯災害屬重特大災害類型之一，因此，煤礦監(jiān)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(jiān)控作為煤礦六大系統(tǒng)之一，要求各地煤礦強制安裝。
煤礦監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)還采用主從式通信結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸速率低和冗余差，極易發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸中斷，無法實現(xiàn)設(shè)備間互聯(lián)互控、危險區(qū)域快速控制，為了進一步提高煤礦生產(chǎn)水平，有必要對監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)進行研究，形成新一代的煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。

1 新一代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
新一代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中包括兩個環(huán)，一個大環(huán)，一個小環(huán)，大環(huán)套小環(huán)實現(xiàn)多環(huán)冗余，采用無源光分支技術(shù)，某個信號轉(zhuǎn)換器故障不影響整個系統(tǒng)的運行，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定，分站與分站之間采用LonWorks總線傳輸技術(shù)，分站與傳感器之間采用CAN總線技術(shù)，支持網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)適應性差，節(jié)點較多時網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配困難，尤其不具有多主并發(fā)、對等通信功能等問題。