煤矿安全管理论文以太环网和LonWorks总线技术的煤矿安全监控系统

1、煤矿安全管理论文：以太环网和LonWorks总线技术的煤矿安全监控系统摘要：针对煤矿安全监控系统现状及技术瓶颈，提出了基于以太环网和现场总线技术的新型煤矿安全监控系统，采用高速工业以太环网、LonWorks现场总线与.Net开发技术相融合的方法对系统网络架构及监控软件进行了方案设计。实践表明，以太环网和现场总线技术的结合必将成为煤矿安全监控系统的发展趋势。关键词：以太环网；Lonworks总线；煤矿安全；监控Safety monitoring system in colliery based on ring ethernet andLonWorks bus technology Abstrac

2、t：According to the current situation and technical bottleneck of the safety monitoring system in col-liery,a new kind of safety monitoring system is proposed based on ring ethernet and LonWorks filed bus.Withintegration of high speed industrial ring ethernet,LonWorks field bus and.Net development te

3、chnology,the net-work frame and monitoring software are designed.Practice shows that the integration of ring ethernet and fieldbus technology will become the development tendency of safety monitoring system in colliery.Keywords：ring ethernet;LonWorks bus;colliery safety;monitor目前多数矿井装备的安全监控系统都是采用传统的

4、RS485或FSK总线树形架构技术作为系统的数据传输平台，基本属于封闭系统。随着煤矿开采规模的不断扩大和对煤矿安全生产要求的不断提高，传统的煤矿安全监控系统在复杂巷道和大型用电设备电磁干扰环境下，其数据传输存在着实时性、稳定性、兼容性、开放性及扩展性等方面的技术瓶颈，不能满足新的煤矿安全规程的要求1。随着现场总线技术与网络互联技术的快速发展，使得开发以宽带、开放互连、高实时性和信息共享为特点的新型煤矿安全监控系统成为可能。笔者在对煤矿监控系统现状分析的基础上，提出了一种基于以太环网和现场总线技术的新型煤矿安全监控系统设计方案，并采用工业高速以太环网、LonWorks现场总线控制系统与.Net开

5、发技术相融合的方法对系统网络架构及软件进行了设计。1煤矿安全监控系统现状目前煤矿企业应用最多的是基于第3代技术的时分制主从式煤矿监控系统。地面监控中心各监控设备通常采用RS232或局域网方式通过专用访问软件或IE浏览器实现信息共享。矿井监控分站、各种子系统与地面监控中心通过主从方式实现数据双向通信，整个系统在多机通信方式中只能有1个主机，其他均为从机，整个系统反应速度受系统设备规模影响较大1。随着对矿井安全监控要求的日益提高，现有煤矿安全监控系统的技术瓶颈越来越明显。其反应速度受主从式体系结构影响；传输带宽、处理容量及稳定性明显不足；缺乏标准的接口协议，设备的兼容性、扩展性与开放性方面存在不足

6、。2新型煤矿安全监控网络架构国家安全生产监督管理总局发布的煤矿安全监控系统通用技术要求(AQ6201)对新型煤矿安全监控系统提出了具体要求：系统体系架构层次分明，功能明确；系统软件实时性好，处理容量大；与Inter-net/Intranet平台无缝连接，利用煤矿管理信息网发布矿井安全生产监控信息，通过IE可在网上实时显示与查询，利用统一出口将相应信息上传至有关部门。随着现场总线技术和网络互联技术的发展，构建新型煤矿安全监控系统可采用高速工业以太环网和现场总线技术相结合的方式。基于以太环网和LonWorks现场总线的监控网络由光纤环网平台设备、底层LON网络控制节点、IP路由器、Web服务器、数

7、据库服务器、LNS DDE服务器和具有Web浏览器的远程监控构成，总体架构分为4层，即设备测控网络层、控制网络层、信息网络层和监控网络层。设备测控网络层采用LonWorks现场总线。Lon-Works技术提供了一个平坦与对等式的控制网络架构，并可将控制网络无缝接入互联网，实现对设备的远程管理，成为底层设备测控网络的首选。该网络层由一些模拟量和开关量输入输出LON智能节点组成，LON节点由Neuron芯片、收发器、程序存储器以及信号处理外围电路等构成，节点之间通过通信介质(如双绞线等)连接形成一个测控网络，可实现对外部信号的采集以及控制输出2。在监控网络平台中采用i.LON 1000设备作为IP

8、路由器，将LON测控网络和光纤以太环网无缝连接起来。光纤环网为井下测控网络、地面信息及监控网络构建了高速数据传输和控制通道。信息网络层主要负责数据的处理和转发业务，主要由LNS DDE服务器、Web服务器和数据库服务器组成。其中LNS DDE服务器间接获取Lon-Works网络各节点的网络变量信息，Web服务器负责提供远程服务。监控网络层是用户应用层，通过中央监控中心站各监控终端和远程Web浏览器直接与监控系统交互，以Web浏览的方式监测控制现场状态和信息。3监控系统软件设计为了从整体上提高煤矿安全监控系统性能，需要构建开发适应新型体系架构的系统监控软件，且该软件应是一套实时性强、稳定可靠及易

9、操作的监控软件，并能与井下设备进行双向实时通信，具有参数设置、分析处理、实时显示、异常报警和Web发布等功能。测控网络层测控软件采用LonWorks平台所提供的NodeBuilder和Lawmaker for Windows开发工具来实现。信息及监控网络层软件采用面向对象的.Net技术开发实现。3.1LonWorks测控系统底层测控软件任务是开发和建造网络底层的智能节点，利用NodeBuilder工具对各节点编制应用程序(*.nc)和用LonMaker For Windows实现节点间的逻辑连接。LON智能节点编程采用Neuron C语言，它完全兼容C语言，用户可以根据应用系统需求直接编程控制

10、节点I/O端口，各节点之间以网络变量的形式进行互访，实现点对点和点对多点的信息交换。3.2测控网络层数据获取与Web数据提供LonWorks测控系统底层变量与信息网络层服务器之间的通信以环网平台为中介，利用LonWorks技术中LNS DDE服务器实现。LNS DDE服务器是一个软件包，允许任何DDE或兼容的Windows应用程序监视和控制LonWorks网络而无需编程3。用于LNSDDE服务器的典型应用程序包括人机界面应用程序、数据记录和趋势分析应用程序以及图像处理显示的接口。LNS DDE服务器使用的节点设备命名、地址和时间信息由LonMaker集成工具等网络管理工具生成，并存储在LNS

11、DDE服务器的网络数据库中。通过建立LNS和DDE协议的连接，与DDE相兼容的Windows监控程序可以和LonWorks节点进行交互，如读、监视和修改任何网络变量的值、监视和改变配置属性以及接收和发送应用程序消息等。为了与Web系统进行交互，监控程序必须把LonWorks实时监测值存入数据库，以便Web用户的查询访问。同时监控程序也不断查询用户对数据库的修改，对用户操作做出反应，及时更新节点的输出状态。数据库服务器采用MS SQL Server 2005，监控程序采用ADO.Net访问数据库，它可以通过OLE DB与ODBC等方式建立和数据库的连接。3.3基于.Net的远程监控系统监控系统中

12、，Web页面中的ActiveX控件如何与Web数据库进行交互是个关键问题。采用Windows2003中集成的IIS6.0作为Web服务器，IE作为客户浏览器，采用VB.Net开发了现场监测程序，该程序一方面通过LNS DDE同LonWorks网络变量交换信息，另一方面通过ADO.Net数据接口同数据库交换信息。同时用VB.Net开发了嵌入Web页面的ActiveX控件，该控件引用了因特网传输控件，通过HTTP协议来访问Web服务器上的A页面，进而实现访问数据库的目的。通过内嵌的ActiveX控件及脚本语言的交互，在浏览器页面上，用户可以监视LonWorks网络各节点的输入输出值，调节数据刷新的时间，还可以控制改变AO以及DO的输出值。这样，远程监控主机就可以监视LonWorks的设备信息并控制智能设备的状态，满足新型煤矿安全监控系统性能需求。4结语基于以太环网和LonWorks现场总线技术的煤矿安全监控系统，利用了工业以太环网传输速率高与开放性好等特性，以及LonWorks网络直接互联性、可互操作性、网络结构多样化、系统响应速率高等特点，并融合了.Net开发技术，是一种全新的煤矿安全监控系统构造模式，已成功应用于煤矿安全监控领域