礦井多媒體綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)的研究

摘要：分析了煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出了礦井多媒體綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(MISDN)。并對其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了分析，提出采用本質(zhì)安全型寬帶工業(yè)以太網(wǎng)組建MISDN的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。井下智能分站以Rabbit2000為核心實現(xiàn).所有與安全和生產(chǎn)有關(guān)的煤礦監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)、語音、視頻等各種信息都在MISDN上傳輸，包括自動化系統(tǒng)中的控制信息，加上智能化決策及支持技術(shù)。從而建立起一個數(shù)字化企業(yè)。

關(guān)鍵詞：礦井 監(jiān)測監(jiān)控 多媒體 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) 工業(yè)以太網(wǎng)

0 引言

我國從20世紀80年代開始引進國外的安全監(jiān)測系統(tǒng)，在充分吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國煤礦的特點，開發(fā)出一批監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。先后有KJ1，KJ2，KJ95，KJ4，A1，KJ66，A800，KJ92，KJ52。KJ28等30多種型號的系統(tǒng)通過了技術(shù)鑒定，實現(xiàn)了對礦井安全、生產(chǎn)方面多種參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理。這些裝置的推廣與應用。改善了煤礦安全技術(shù)裝備的落后局面，有效地預防了瓦斯等事故的發(fā)生。目前，我國煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中存在的主要問題：①網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信方式不規(guī)范，不具備硬件的開放性，使得其它硬件產(chǎn)品難以接入。②傳輸速率低，一般都在4800 b／s以下。③缺乏統(tǒng)一的通信協(xié)議及信息交換標準。國內(nèi)生產(chǎn)的安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)多為封閉系統(tǒng)，使用的通信協(xié)議和信息交換標準由廠商自己制定，嚴格保密，互不兼容，十分混亂，各種軟件之間難以共享。由于以上原因，建立礦井多媒體綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（Multimedia Integrated Services Digi-talNetwork，MISDN)新系統(tǒng)的構(gòu)造模型和設(shè)計選型關(guān)鍵理論和技術(shù)。建立適合于能源特殊環(huán)境下企業(yè)數(shù)字化寬帶信息平臺能給建設(shè)信息化煤炭經(jīng)濟發(fā)展以及人力、物力的節(jié)約；且信息交流的通暢，有利于統(tǒng)一調(diào)度指揮，給安全上帶來了保障。

1 相關(guān)的內(nèi)容

礦井多媒體綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(IMISDN)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括MISDN系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、MISDN網(wǎng)絡(luò)平臺、路由器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、智能監(jiān)測分站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2 各結(jié)構(gòu)的功能及分析結(jié)論

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

利用光纖通信技術(shù)和寬帶計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸井上、下各主要環(huán)節(jié)設(shè)備的工業(yè)電視視頻圖像和其它數(shù)據(jù)信息，結(jié)構(gòu)如圖1所示。高速計算機網(wǎng)絡(luò)可以通過路由器與井下智能分站連接，并將礦領(lǐng)導和其它子系統(tǒng)的功能連在一起，以實現(xiàn)交互式多媒體網(wǎng)絡(luò)。礦領(lǐng)導和調(diào)度室不僅可以看到MISDN傳上來的各種參數(shù)和圖表、圖形等，還可以交互式地任意觀察相應的數(shù)字工業(yè)電視視頻畫面。寬帶工業(yè)以太網(wǎng)作為井下監(jiān)測、監(jiān)控的主體網(wǎng)絡(luò)，井下各類監(jiān)測數(shù)據(jù)、語音、視頻圖像信息和上位機下達的控制信號都通過這樣一個網(wǎng)絡(luò)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計及實現(xiàn)。環(huán)形網(wǎng)(具有自愈能力，在路由器上以路由信息協(xié)議的方式實現(xiàn)自愈)、以太網(wǎng)(沖突監(jiān)測鏈路訪問協(xié)議)、屏蔽雙絞線及光纖介質(zhì)，主干網(wǎng)絡(luò)速率為155或100 Mbps；網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)路結(jié)構(gòu)，若線路故障，路由器可通過路由協(xié)議切換到反向路徑傳輸；采集的數(shù)據(jù)使用數(shù)據(jù)庫存儲，定時備份到網(wǎng)絡(luò)服務器及備用機上。

網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)。兩層結(jié)構(gòu)(傳感器層不考慮，只包括分站層、路由層，工控機上層為企業(yè)局域網(wǎng))，分站與路由器之間使用速率10 Mbps。

上位機對監(jiān)測信息(以TCP／IP包傳輸上來)的解包及分揀、數(shù)據(jù)處理及顯示、數(shù)據(jù)存儲及上網(wǎng)(各部門對監(jiān)測信息訪問以及外部網(wǎng)絡(luò)對信息的訪問需要有一定的控制機制)。

控制信息由某些分站發(fā)送，或由上位機發(fā)送，使用數(shù)據(jù)信道VPN技術(shù)，不單獨鋪設(shè)控制線路；數(shù)據(jù)與控制分時傳輸、使用寬帶以太網(wǎng)1100或155 Mbps)以及高速處理芯片以確保數(shù)據(jù)處理的實時性，使用交換機和網(wǎng)橋用以隔離沖突區(qū)。如果井下某系統(tǒng)處于預計危險狀況，則可以限制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸以保證控制信息傳遞(這樣可能在路由囂上需要更大的緩存)。

路由器協(xié)議的確定。因為井下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在路由層并不會經(jīng)常性變化，所以考慮使用靜態(tài)路由，但需要使用一定的機制保證網(wǎng)絡(luò)故障時路由器及時轉(zhuǎn)換傳輸線路。

MISDN網(wǎng)絡(luò)平臺

如果僅從工業(yè)通信與控制的角度來看，現(xiàn)場總線技術(shù)即可完成大部分功能。現(xiàn)場總線技術(shù)是一種集計算機、通信、集成電路技術(shù)于一身的新興控制技術(shù)。實際上。工業(yè)環(huán)境下視頻圖像的監(jiān)視對安全非常重要，并且視頻圖像監(jiān)視結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)控可使整個系統(tǒng)做到無人值守，從而提高勞動生產(chǎn)率。網(wǎng)絡(luò)平臺采用寬帶工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，包括兩個方面：

用以太網(wǎng)廉價的傳輸介質(zhì)取代傳統(tǒng)的昂貴、專用傳輸介質(zhì)，用以太網(wǎng)的物理設(shè)備(比如網(wǎng)卡、交換機、路由器)取代傳統(tǒng)工業(yè)控制的傳輸設(shè)備。

使用開放的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議TCP/IP取代各大公司專用并且不開放的傳輸協(xié)議。以太網(wǎng)使用的是CS-MNCD技術(shù)(Carrier Sense Multiple Access／Collision Detection。載波偵聽多路訪問，沖突檢測)。方案是采用寬帶網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)的理論和技術(shù)加以研究并能夠適應能源行業(yè)的特殊環(huán)境，即建立本質(zhì)安全型寬帶工業(yè)以太網(wǎng).設(shè)計適合井下特殊環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)(網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)及速率等級)：分析在井下使用工業(yè)以太網(wǎng)時，保證控制信息傳輸?shù)膶崟r性：提出全礦井監(jiān)測系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)(包括視頻的數(shù)字化及傳輸)在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上的集成。

智能監(jiān)測分站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能監(jiān)測分站的結(jié)構(gòu)：主CPU為Rab-bit2000.64路開關(guān)量經(jīng)濾波及光電隔離電路送入系統(tǒng)擴展I／O端口.每個分站最多可采集8路模擬量(必要時可擴展)。經(jīng)A，D轉(zhuǎn)換后送CPU。所有采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)運算、處理后送液晶顯示屏顯示。必要時可聲光報警，并發(fā)出控制信號。這些數(shù)據(jù)同時送上位機。為使該系統(tǒng)具有靈活性，分站與上位機的通訊設(shè)計了兩種方式：串行傳輸方式和網(wǎng)線連接方式。串行傳輸方式經(jīng)TTL／R$485電平轉(zhuǎn)換可使傳輸距離達1 km以上：網(wǎng)線方式礦井多媒體綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)IMISDN)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究使用全雙工以太網(wǎng)控制器RTL801 9AS作網(wǎng)絡(luò)接口，使用5類雙絞線接入地面局域網(wǎng)，傳輸速率為10Mbps。

3 結(jié)束語

礦井多媒體綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)采用計算機網(wǎng)絡(luò)、光纖通信等先進技術(shù)，在具有環(huán)境惡劣、人員設(shè)備分散、有特殊安全要求等特點的煤礦，構(gòu)建一個井下寬帶高速互連網(wǎng)，所有與安全和生產(chǎn)有關(guān)的煤礦監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)、語音、視頻等各種信息都在這個寬帶企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)上傳輸，包括自動化系統(tǒng)中的控制信息，加上智能化決策及支持技術(shù)，建立起一個數(shù)字化企業(yè)。以信息化技術(shù)改造和提升傳統(tǒng)行業(yè)，為能源企業(yè)的綜合自動化控制建立一個可靠的信息平臺，以促進安全生產(chǎn)和提高勞動生產(chǎn)率。s