工业以太网技术在煤矿集中监测监控管理系统中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 工业以太网技术在煤矿集中监测监 控管理系统中的应用 【摘要】本文针对国内煤矿安全 生产管理系统通讯协议和信息交换标准 不统一、与其他系统联网困难、无法做 到数据共享的缺点，提出一种基于工业 以太网技术的煤矿安全生产集中监测监 控管理系统方案，构建一个具有分散性、 实时性、可靠性、开放性和互操作性特 点，符合矿井安全要求的生产与管理信 息传输平台。 中国论文网 /6/view-12980768.htm 【关键词】安全生产；工业以太 环网；集中监测监控管理系统；核心交 换机；网络安全 一、引言 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 目前我国大部分煤矿均已不同程 度地建立或准备建立安全生产监测监控 系统，但从系统集成的角度来看，有关 生产、管理的自动化与信息化水平相对 较低，特别是煤矿安全生产监测监控系 统尚没有行业标准，各厂家都是自行制 定传输协议和接口标准，各分（子）系 统之间不能互通和兼容，存在着信息孤 岛现象，信息资源难于共享，监测系统、 控制系统和管理系统不能实现联动；从 产业的角度看，目前煤矿行业安全生产 软硬件研发和服务保障系统相对落后， 研发力量薄弱，适合煤矿行业特点和需 求的软硬件和电子专用设备、仪器目前 仍比较缺乏，还难以满足煤矿安全生产 的需求和技术升级的需要。 本文结合山西潞安温庄煤业有限 责任公司矿井生产和安全监控系统集成 工程建设，采用最新的计算机网络、光 纤通信和工业以太网技术进行安全生产 监控网的设计，构建一个符合矿井安全 要求的矿井生产与管理信息综合系统的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 传输平台。 二、设计原则 根据该矿目前的实际情况，煤矿 的生产与管理信息综合集成系统包括井 下煤炭安全生产自动监控监视系统以及 管理信息系统两大方面。本系统是为煤 炭行业、大中型煤矿企业实现管理科学 化而设计开发的，旨在为煤矿生产节约 成本、强化生产安全管理、提高工作效 率，能确保安全监察业务准确、实时、 快速的运行，保证抢险救灾、安全救护 的高效运作，对煤炭开采各生产成本指 标作出科学、全面的统计分析，并提供 全面系统的决策资料，是对煤矿管理做 出科学决策的最佳助手。 系统设计本着先进性、开放性、 可扩充性、可维护性的原则，根据目前 业务实际，并充分考虑今后业务发展需 要，采用浏览器/服务器体系结构与客户 机/服务器体系结构相结合的多层应用结 构，使用当前先进的系统平台、面向对 象的开发方法、可视化的开发工具，设 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 计出一套较为完善的适用于煤矿实际的 管理科学化、安全生产自动化的综合信 息化解决方案。本方案设计主要注重： 先进性和成熟性：采用目前比较成熟的 先进技术和产品，以国内现有的综合信 息集成系统软件为基础，不必重新开发 综合系统。开放性和标准性：采用有关 的国际标准、国家标准和行业规范。实 效性和共享性：能够及时、准确、动态 地更新煤矿信息。并提供信息资源高度 共享。传递性和安全性：实现数据库三 层结构安全管理，支持多级权限管理， 使系统安全性有稳固的保障；从操作系 统、数据库、应用软件等多层次设置安 全屏障，有效保证数据安全，保证了客 户数据不被篡改，保证网络信息的安全 性、完整性。 三、设计目标 1、建立煤矿安全生产所必须的 测控系统，覆盖企业安全生产所涉及的 各个环节。要设计或改造的生产自动监 控系统包括： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 （1）井下通风监控子系统（2） 皮带运输监控子系统（3）自动排水监 控子系统（4）电网监控子系统（5）环 境监测子系统（6）人员定位与考勤子 系统（7）提升监控子系统（8）自动乘 人子系统（9）工业电视监控子系统其 中工业电视监控子系统将上述 8 个系统 的各个环节进行全程电视监控，并做到 在内部网上浏览所关心的画面，并可实 时录相。以上子系统可根据煤矿轻重缓 急的要求，分步实施，每上一个子系统 即将其与管理信息系统集成在一起。 2、建立对生产设备运行的管理 子系统。 通过对有关生产、设备运行的原 始数据的准确性、实时性和设备参数、 生产过程参数的分析，提高生产调度、 管理的准确性与及时性，减少和避免重 大故障，提高运行可靠性，从而保障机 电设备的安全运行。建立健全积极、主 动的维护保养循环体系，根据设备的性 能和特点， 实现定时、定点、定量的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 维护检查，并提供多种形式的设备运行 状况预警，确保机电设备的安全运行。 3、网络整体设计。 网络系统构建分为两个工期：第 一期工程：井下共设计两个环网、分别 是一个 1000M 环网，一个 100M 环网。 1000M 供全矿井所有子系统接入， 100M 供安全监控系统接入。第二期工 程：按矿井技改建设进度和实际情况， 设计地面 1000M 环网。全矿网络各环 的交换机支光纤直接接入调度室的核心 交换机，形成独立环网。调度室配置两 台核心交换机，核心交换机配备备用光 口，降低网络故障率。该平台作为一个 整体进行监控与管理，使矿井在“采、 掘、运、风、水、电、安全”等生产环 节全面实现信息化，实时掌握全矿井安 全、生产、人员、经营等所有方面的信 息，形成统一、完整的有机整体，以实 现企业的优化运行、优化控制与优化管 理，建立起矿井集中监测监控管理系统。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 四、网络拓扑结构 工业以太环网硬件系统由井下现 场设备层及防爆交换机、地面控制层以 及煤矿管理信息中心等构成。 井下现场设备层包括各监控子系 统分站和井下防爆交换机，各监控子系 统分站负责各自的设备监控与运行；井 下防爆交换机将井下各监控子系统分站 的信息集中，通过光纤将信息经过井上 交换机传输到各监控主机，同时接收井 上信息中心通过监控主机及交换机传来 的监控命令，以向井下监控分站下达监 控命令来控制设备的正常运行。地面控 制层包括各监控子系统主机及服务器和 交换机，各监控主机负责对各自井下分 站的直接监控，监控主机通过防火墙与 煤矿管理信息中心局域网相连，将得到 的设备运行情况等信息通过网络传输到 服务器，以便管理者网上浏览。煤矿管 理信息中心由 WEB 服务器、数据服务 器、备份服务器以及交换机和防火墙等 组成，实现对井下设备和地面管理等信 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 息的存储、检索、管理和监视。实现安 全生产与管理综合信息的集成。 五、系统安全设计 系统安全是信息化建设的重点内 容之一，需要全方位考虑。既要确保系 统发生灾难后能够尽快恢复，又要确保 信息不被非法访问和篡改。常用方法包 括：系统的热备份、密钥、数字证书、 防火墙、远程容灾、入侵检测等。 安全方案主要技术特点如下：实现数据 的完全、自动备份，并且实现数据的多 次存储，极大程度的保证了数据的安全 性。主备服务器可以实现自动切换，也 可以人为强行切换。当主服务器遇到故 障，比如断网、死机、断电等情况，会 实现到备份服务器的自动切换。双机进 行切换不影响系统的运行，稳定性好。 双机热备软件的安装与配置都较为简单。 双机热备采用纯软方式，成本低，不需 要购买昂贵的磁盘阵列柜，两台服务器 之间不受距离的限制，可靠性更高一些。 采用硬阵列的方式，系统更加稳定可靠。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 磁盘阵列其实也分为软阵列 （Software Raid）和硬阵列 （Hardware Raid） 两 种。软阵列即通过软件程序并由计算机 的 CPU 提供运行能力所成。由于软件 程式不是一个完整系统，只能提供最基 本的 RAID 容错功能。硬阵列是由独立 操作的硬件提供整个磁盘阵列的控制和 计算功能，不依靠系统的 CPU 资源。 由于硬阵列是一个完整的系统，所有需 要的功能均可以做进去，所以硬阵列所 提供的功能和性能均比软阵列好。 RAID 技术的采用提高了磁盘的存取 （access）速度，防止数据因磁盘的故 障而丢失以及有效的利用了磁盘空间。 RAID 通过在多个磁盘上同时存储和读 取数据来大幅提高存储系统的数据吞吐 量。在 RAID 中，可以让很多磁盘驱动 器同时传输数据，而这些磁盘驱动器在 逻辑上又是一个磁盘驱动器，所以使用 RAID 可以达到单个磁盘驱动器几倍、 几十倍甚至上百倍的速率。实现了同一 台服务器上两块硬盘的完全、自动备份。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 支持硬盘扩展。 六、接口方案设计 改造前该煤矿地面调度中心的主 计算机已可对井下的排水系统、安全监 控系统等原有的自动化分系统进行集中 监测和控制。因此对原有系统或准备建 立的第三方系统的集成是煤矿监测与管 理综合信息集成系统的关键，并且由于 我国对煤矿自动化设备的接口没有统一 的标准和规范，系统集成必须根据不同 的设备情况采取不同的集成策略。支持 TCP/IP 的监测设备：可以直接通过 IP 的连接实现功能集成。调度室具有控制 计算机的井下监测设备：一般这类系统 产生的数据存放在控制计算机的数据库 中，系统集成时可以考虑从数据库中获 取相关数据实现生产信息的集中展示； 对该类设备的集中控制则需通过该设备 的通讯协议实现。 其他设备：有些设备是非标设备， 并且没有主控计算机，其信息的采集及 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 设备控制只能通过改造通讯接口的方式 与控制设备进行通讯，以实现