新一代煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)研制

摘要：針對現有煤礦監(jiān)控系統(tǒng)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，使得通信網絡結構單一、監(jiān)控設備冗余度不高、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)結構模型，并對系統(tǒng)關鍵技術進行了深入研究，研究了基于現場總線的多主分站通信技術及監(jiān)控軟件技術，然后對系統(tǒng)進行了井下現場工業(yè)性試驗與測試，結果表明，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，且網絡結構可靠性高，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。
關鍵詞：多環(huán)冗余；多主通信；監(jiān)控系統(tǒng)；現場總線；網絡管理

煤炭工業(yè)的健康發(fā)展是構建和諧社會的前提和保障。我國煤礦地質條件復雜，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，井工礦數量和產量均占全國煤礦總數和產量的90％以上。井工礦井下巷道管網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)控技術的發(fā)展一直得到國家的高度重視，《國務院關于進一步加強企業(yè)安全生產工作的通知》(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)的生產水平起到了至關重要的作用，但由于受技術發(fā)展和煤礦特殊生產條件制約，現有監(jiān)控系統(tǒng)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，無法實現設備間互聯(lián)互控、危險區(qū)域快速控制，為了進一步提高煤礦生產水平，有必要對監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構可靠性技術進行研究，形成新一代的煤礦生產監(jiān)控系統(tǒng)。

1 新一代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)結構
新一代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構如圖1所示，是一種多環(huán)冗余、多主并發(fā)的對等通信網絡，網絡結構中包括兩個環(huán)，一個大環(huán)，一個小環(huán)，大環(huán)套小環(huán)實現多環(huán)冗余，采用無源光分支技術，某個信號轉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，分站與傳感器之間采用CAN總線技術，支持網狀網結構，解決了現有監(jiān)控系統(tǒng)網絡適應性差，節(jié)點較多時網絡阻抗匹配困難，尤其不具有多主并發(fā)、對等通信功能等問題。