摘 要：隨著監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)越來越復(fù)雜化，具有容錯(cuò)功能的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)意義重大。介紹了一種使用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，論述了系統(tǒng)組成，系統(tǒng)功能以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作了詳細(xì)介紹。系統(tǒng)在山西同煤集團(tuán)安裝調(diào)試成功。 關(guān)鍵字：工業(yè)以太網(wǎng); 監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng); 環(huán)TB2 網(wǎng)結(jié)構(gòu); 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 　　計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，引發(fā)了遠(yuǎn)程監(jiān)測、監(jiān)控領(lǐng)域深刻的技術(shù)變革。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)化、開放性方向發(fā)展將是技術(shù)發(fā)展的主要潮流。以太網(wǎng)作為目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，在工業(yè)自動(dòng)化和過程控制領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。依靠以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享，給辦公自動(dòng)化帶來很大的變革，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。 1. 煤礦監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)組成及系統(tǒng)功能 　　煤礦大型固定設(shè)備承擔(dān)著礦井的通風(fēng)、壓風(fēng)、排水、提升運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)，是保證礦井安全和生產(chǎn)最重要的環(huán)節(jié)。一方面，由于它們分布在點(diǎn)多面廣的不同區(qū)域，安全和生產(chǎn)管理一直處于相對(duì)松散的狀態(tài);另一方面，由于對(duì)于這些設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控還是停留在簡單的人工看表，定時(shí)記錄的方式上，技術(shù)手段非常落后。 　　為了進(jìn)一步提高和完善機(jī)電和安全管理手段，提升機(jī)電安全管理水平。根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和新版《煤礦安全規(guī)程》,本著先進(jìn)性、可靠性、可拓展性和經(jīng)濟(jì)性的原則，研究開發(fā)了“礦用大型固定設(shè)備監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”。系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成: 　　· 監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng); 　　· 大屏幕投影顯示系統(tǒng) 　　· 數(shù)據(jù)采集及保護(hù)系統(tǒng) 　　系統(tǒng)利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)信息采集技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，將各分站大型固定設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、工作和保護(hù)狀態(tài)等，通過光纜傳送到集中監(jiān)測中心，在中心通過配以大屏幕電視墻系統(tǒng)，將各監(jiān)測分站所監(jiān)測到的實(shí)時(shí)狀態(tài)和參數(shù)，并充分運(yùn)用圖形直觀的特點(diǎn)，同步顯示到分站顯示器和中心的電視墻上，實(shí)現(xiàn)對(duì)全礦固定設(shè)備安全運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警，并保存設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的歷史記錄，而且把該監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)與礦、集團(tuán)公司的局域網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)將所有信息（包括實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警畫面）通過網(wǎng)絡(luò)傳送給特定節(jié)點(diǎn)，甚至可以上傳至網(wǎng)內(nèi)任意一臺(tái)電腦，在辦公室即可隨時(shí)看到設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息或歷史信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程查看，同時(shí)起到實(shí)時(shí)監(jiān)督和監(jiān)管的效果，在工作上真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示： [align=center] 圖1.監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)[/align] 　　該套監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)將高新技術(shù)運(yùn)用于大型設(shè)備的安全運(yùn)行管理，提高大型設(shè)備的自動(dòng)化管理手段，全面提升礦井的機(jī)電安全管理水平。系統(tǒng)主要功能如下： 　　· 實(shí)時(shí)采集，監(jiān)測各大型固定設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、電量參數(shù)、工作狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)。 　　· 具有設(shè)備故障或模擬量超限報(bào)警功能，以保證設(shè)備的安全正常運(yùn)行。 　　· 具有所監(jiān)測的大型設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表功能。 　　· 實(shí)現(xiàn)對(duì)各大型固定設(shè)備機(jī)房的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)測和直通電話功能以及立井井口與井底乘罐點(diǎn)的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測。 　　· 具有與企業(yè)局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)功能。通過系統(tǒng)軟件的Web Server功能，經(jīng)服務(wù)器軟件授權(quán)的用戶可以通過IE瀏覽器查詢各大型設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)。 2. 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　2.1 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì) 　　工業(yè)環(huán)型光纖以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢(shì),由于它支持幾乎所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,所以在商業(yè)系統(tǒng)中被廣泛采用。 　　以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯：①Ethernet是全開放、全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)，遵照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同廠商的設(shè)備可以很容易實(shí)現(xiàn)互聯(lián);②以太網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，形成企業(yè)級(jí)管控一體化的全開放網(wǎng)絡(luò)，如圖2，3所示;③通信速率高，隨著企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜程度的提高，對(duì)信息量的需求也越來越大，有時(shí)甚至需要音頻、視頻數(shù)據(jù)的傳輸。 　　工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)，基于實(shí)時(shí)環(huán)形光纖分布的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合成熟的遠(yuǎn)程I/O模塊和現(xiàn)場總線技術(shù)，能為系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測預(yù)警提供可靠的整體解決方案。 [align=center] 圖2. 傳統(tǒng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò) 圖3. 工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)[/align] 　　2.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 　　根據(jù)對(duì)監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的需求，及采用技術(shù)的成熟性、可擴(kuò)充性和發(fā)展空間，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)原則如下： 　　1.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)提供應(yīng)急設(shè)施，并具備自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)恢復(fù)的能力，以避免整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。 　　2.系統(tǒng)能代表當(dāng)今的先進(jìn)水平，而且在技術(shù)上非常成熟。 　　3.監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)化。 　　4.系統(tǒng)應(yīng)易于維護(hù)，提供方便的系統(tǒng)維護(hù)、測試和管理的手段。 　　5.包括硬件和軟件在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)必須具備良好的兼容性和可擴(kuò)充性。 　　6.網(wǎng)絡(luò)的安全措施應(yīng)是能全方位地針對(duì)各種不同的威脅。 　　為此，該系統(tǒng)采用先進(jìn)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性，主干網(wǎng)采用光纖實(shí)時(shí)環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，信息傳輸速度可達(dá)100M，結(jié)合遠(yuǎn)程I/O模塊和現(xiàn)場總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式遠(yuǎn)程信息監(jiān)測預(yù)警。整個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)監(jiān)測預(yù)警總站和多個(gè)監(jiān)測預(yù)警分站以及網(wǎng)絡(luò)視頻和數(shù)字語音。系統(tǒng)軟件采用組態(tài)軟件，通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)將各遠(yuǎn)程監(jiān)測預(yù)警信息傳送到總站和各分站。為保證既能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)與企業(yè)局域網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，又不會(huì)使監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)招致外來的黑客和病毒的侵害，在與企業(yè)局域網(wǎng)之間安設(shè)可靠的防火墻（如圖1所示）。 　　2.3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)描述 　　主干環(huán)型光纖網(wǎng)根據(jù)需要覆蓋整個(gè)礦區(qū)的大型固定設(shè)備區(qū)域，監(jiān)控總站有中心主機(jī)、工業(yè)管理交換機(jī)、視頻圖像服務(wù)器、語音網(wǎng)關(guān)及其它共享的辦公設(shè)備，通過主干網(wǎng)互聯(lián)，構(gòu)成遠(yuǎn)程分布計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)的主干網(wǎng)采用100M的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，用以保證各監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻圖像和語音信息進(jìn)行高速傳輸和交換，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。主干網(wǎng)的連接采用光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI），交換機(jī)采用美國SIXNET公司的ET-5RS-4SC工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。 　　四臺(tái)礦大型固定設(shè)備監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)置監(jiān)測預(yù)警中心一個(gè)和16個(gè)監(jiān)測分站，根據(jù)四臺(tái)礦需監(jiān)測預(yù)警的大型固定設(shè)備分布和監(jiān)測分站的安設(shè)狀況，按照光纖實(shí)時(shí)環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)。 　　四臺(tái)礦需要監(jiān)測預(yù)警的大型固定設(shè)備包括12臺(tái)主通風(fēng)機(jī)，2臺(tái)提升絞車，5臺(tái)主排水泵，4臺(tái)空壓機(jī);1部主提升皮帶機(jī)、4部大巷皮帶機(jī)以及與它們相關(guān)聯(lián)的7臺(tái)給煤機(jī)，3部運(yùn)銷皮帶機(jī)共38臺(tái)設(shè)備，16個(gè)監(jiān)測分站。監(jiān)測預(yù)警分站按照需監(jiān)測的大型設(shè)備可分為5類: 提升絞車監(jiān)測預(yù)警分站，空壓機(jī)監(jiān)測預(yù)警分站，主扇監(jiān)測預(yù)警分站，主排水泵監(jiān)測預(yù)警分站，主運(yùn)輸皮帶機(jī)監(jiān)測預(yù)警分站?，F(xiàn)以主扇檢測分站為例來介紹分站結(jié)構(gòu)。 　　系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)環(huán)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)接入主干網(wǎng)，現(xiàn)場設(shè)備主要有以太網(wǎng)I/O集中器，16路模擬量輸入模塊，8路開關(guān)量輸入模塊，混合輸入輸出模塊，電源模塊，監(jiān)控計(jì)算機(jī)。軟件則采用組太軟件。 　　2.4 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備簡介 　　Ethernet TCP/IP 是完全開放的通訊方式，SIXNET 實(shí)時(shí)環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)是以太網(wǎng)技術(shù)的突破性成就。其提供容錯(cuò)的環(huán)網(wǎng)，因而在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中意義非凡。無需使用功能復(fù)雜而且昂貴的管理級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，SIXNET 實(shí)時(shí)環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)就能構(gòu)建穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)。SIXNET 實(shí)時(shí)環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)可以穩(wěn)定可靠的傳送數(shù)據(jù)，節(jié)省用戶的費(fèi)用。 ST-GT-1210控制器是高端的過程控制器，具有功能強(qiáng)大的通信與編程能力使得它特別適合過程控制。 　　SIXNET提供SEATRAK本地I/O、EtherTRAK 以太網(wǎng)I/O以及RemoteTRAK遠(yuǎn)程I/O三類I/O模塊，以滿足用戶的集中或分布式I/O需求。模擬量輸入有12-16位分辨率，經(jīng)過工廠標(biāo)定的精度優(yōu)于0.025%。所有設(shè)定通過SIXNET提供的Windows軟件工具進(jìn)行，I/O掃描不需要另外編程。支持熱插拔（上電情況可去掉或替換模塊）。此時(shí)只有去掉的模塊離線，不影響其他模塊工作。更換模塊不需要重新設(shè)置和重新標(biāo)定。SIXNET I/O模塊具有高可靠性，可達(dá)平均73萬小時(shí)MTBF（平均無故障時(shí)間），系統(tǒng)采用多級(jí)隔離技術(shù)，確保系統(tǒng)可靠性：現(xiàn)場接線與內(nèi)部電路隔離，模塊間隔離，確保無故障運(yùn)行，通道間隔離，適應(yīng)不同信號(hào)，通信端口隔離。 3. 結(jié)論 　　本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)是采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、光纖通信等先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)礦用大型固定設(shè)備監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在環(huán)境惡劣、人員設(shè)備分散、有特殊安裝要求的礦井建立具有開放協(xié)議的工業(yè)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，傳輸安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、語音信息、視頻圖象信息，為煤礦的綜合自動(dòng)化提供可靠的高速信息平臺(tái)。系統(tǒng)主干采用工業(yè)環(huán)型光纖以太網(wǎng)絡(luò)，通過智能接口與各現(xiàn)場監(jiān)測分站、網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、直通電話系統(tǒng)等連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)、語音網(wǎng)和視頻圖像網(wǎng)三網(wǎng)合一。設(shè)計(jì)的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在山西同煤集團(tuán)四臺(tái)礦安裝，調(diào)試完成，并已成功運(yùn)用到生產(chǎn)管理過程中。 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