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，使得通信網絡結構單一、監控設備冗余度不高、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控軟件技術，然后對系統進行了井下現場工業性試驗與測試，結果表明，新一代煤礦監控系統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，系統運行穩定，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：多環冗余；多主通信；監控系統；現場總線；網絡管理

煤炭工業的健康發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，一旦發生事故容易誘發其他災害發生，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，煤礦監控技術的發展一直得到國家的高度重視，《國務院關于進一步加強企業安全生產工作的通知》(國發[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的生產水平起到了至關重要的作用，但由于受技術發展和煤礦特殊生產條件制約，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，極易發生數據傳輸中斷，無法實現設備間互聯互控、危險區域快速控制，為了進一步提高煤礦生產水平，有必要對監控系統網絡結構可靠性技術進行研究，形成新一代的煤礦生產監控系統。

1 新一代煤礦監控系統結構
新一代煤礦監控系統網絡結構如圖1所示，是一種多環冗余、多主并發的對等通信網絡，網絡結構中包括兩個環，一個大環，一個小環，大環套小環實現多環冗余，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，解決了現有監控系統網絡適應性差，節點較多時網絡阻抗匹配困難，尤其不具有多主并發、對等通信功能等問題。