新橋煤礦智能工作面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

張大海

（永煤集團股份有限公司 新橋煤礦，河南 永城 476600）

1 項目概述

工作面智能化控制系統(tǒng)就是將采煤機控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、工作面運輸控制系統(tǒng)、三機通信控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)對綜合機械化采煤工作面設(shè)備的協(xié)調(diào)管理與集中控制。采煤機以記憶割煤為主，人工遠程干預為輔；液壓支架以跟隨采煤機自動動作為主，人工遠程干預為輔；運輸設(shè)備實現(xiàn)集中自動化控制。本工作面實現(xiàn)集視頻、語音、遠程集中控制為一體工作面智能化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工作面采煤機、刮板運輸機和液壓支架等設(shè)備的聯(lián)動控制和關(guān)聯(lián)閉鎖等功能。工作面智能化控制系統(tǒng)是一個多系統(tǒng)融合控制的系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間采用什么通訊方式關(guān)乎整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定與可靠。

2 項目依據(jù)

Modbus是一種串行通信協(xié)議，是Modicon公司（現(xiàn)在的施耐德電氣Schneider Electric）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而發(fā)表。Modbus已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標準（De facto），并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間使用最廣泛的連接方式。為方便各個系統(tǒng)間的無縫對接，工作面智能化控制系統(tǒng)采用modbus通信協(xié)議與采煤機、運輸機變頻器、乳化液泵站、膠帶機及工作面天津華寧控制系統(tǒng)等系統(tǒng)對接。

3 項目設(shè)計

根據(jù)以上優(yōu)點，工作面智能化控制系統(tǒng)的物理鏈路采用工業(yè)以太網(wǎng)與其他系統(tǒng)對接。利用工作面的設(shè)備列車處安裝的KJJ18本安型萬兆交換機以及德國marco的pm32/ze/dxd3型高速交換機建立一個統(tǒng)一開放的工作面工業(yè)以太網(wǎng)，構(gòu)建控制平臺。通過工業(yè)以太網(wǎng)使工作面設(shè)備連接到設(shè)備列車集控中心的隔爆服務(wù)器，實現(xiàn)工作面設(shè)備信息匯集。工作面以太網(wǎng)主要由隔離耦合器、數(shù)據(jù)接口、本安型交換機、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源、4芯鎧裝連接器、礦用光纜等組成。設(shè)備列車處山西際安動力中心、移變朗威達高壓饋頭、乳化泵plc控制柜、乳化泵變頻一體機控制柜、轉(zhuǎn)載機變頻一體機控制柜接入到德國marco的高速交換機，采煤機、運輸機變頻器、工作面天津華寧主控器、運輸機健康管理系統(tǒng)接入本安型萬兆交換機。在設(shè)備列車交換機處敷設(shè)光纜到下順槽膠帶機頭，通過下順槽膠帶機頭安裝的交換機將下順槽膠帶機天津華寧主控器、膠帶機變頻一體機控制柜、膠帶機動力饋電以及機頭攝像頭數(shù)據(jù)傳輸至設(shè)備列車集控中心服務(wù)器。

4 工作面設(shè)備IP地址規(guī)劃（表1）

表1 2502智能化工作面IP地址規(guī)劃

5 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓撲圖（圖1）

圖1

6 架構(gòu)優(yōu)勢

6.1 高帶寬、低時延的獨立網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

建立了統(tǒng)一的智能化工作面工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不但提高了全工作面的工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸效率，還提供了膠帶機頭等偏遠地點的高清攝像頭接口，使個別地點不需要在敷設(shè)單獨的通信光纜，也為礦山信息化建設(shè)打下了很好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

6.2 多元異構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)一接入

方案將原有相互獨立、自成系統(tǒng)的子項實現(xiàn)了統(tǒng)一的接入。設(shè)備列車處萬兆交換機直接接入采煤機、運輸機變頻器、工作面天津華寧主控器、運輸機健康管理系統(tǒng)、數(shù)字廣播對講通訊系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。方案將上述各子系統(tǒng)所傳輸?shù)男盘?、語音、數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入工業(yè)以太網(wǎng)，一根光纖即可實現(xiàn)上述系統(tǒng)的語音、數(shù)據(jù)高速、可靠傳輸，并通過原有工業(yè)環(huán)網(wǎng)將信息傳輸至地面集控中心。

設(shè)備列車處萬兆交換機還可接入IP通訊系統(tǒng)和WIFI無線系統(tǒng)等應(yīng)用。系統(tǒng)全部實現(xiàn)了數(shù)字化傳輸，具有抗干擾能力強等優(yōu)點，并且整個方案實現(xiàn)了多個系統(tǒng)的融合應(yīng)用。

6.3 系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定可靠

相較傳統(tǒng)485總線傳輸方式，新的系統(tǒng)總線具有如下優(yōu)勢：

（1）傳輸距離更遠，可實現(xiàn)包括語音在內(nèi)的多設(shè)備、大數(shù)據(jù)量通訊。

（2）通訊效率高，工業(yè)以太網(wǎng)帶沖突檢測的載波幀聽多路訪問機制機制，取代485總線單主從輪詢通訊機制。大大提高了通訊效率，縮短了采樣周期。從而使用戶可更快、更豐富的取得系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

（3）傳輸報文校驗機制，可避免外界干擾造成系統(tǒng)對傳輸錯誤數(shù)據(jù)的接收，避免錯誤數(shù)值造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常、誤報警甚至誤動作。

（4）錯誤檢測機制，當終端設(shè)備發(fā)生故障時，將自動脫開總線。從而不影響總線其他設(shè)備的正常通訊。

7 應(yīng)用效果及社會效益分析

系統(tǒng)實現(xiàn)了多元異構(gòu)系統(tǒng)的接入和傳輸。僅線纜一項，即可節(jié)省至少60%線纜敷設(shè)長度，在顯著節(jié)省成本的同時。極大減輕了后續(xù)對于各系統(tǒng)線纜運維保障成本。同時，實現(xiàn)了各子系統(tǒng)協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集，上傳功能，進一步節(jié)省了用戶投資，簡化了礦井設(shè)備部署數(shù)量，減輕了后期運維投入和備品備件數(shù)量，也為今后用戶的日常運行維護節(jié)省了巨大的人力投入和支出。

8 結(jié)論

通過設(shè)備列車處的本安型萬兆交換機，實現(xiàn)對山西際安動力中心、移變朗威達高壓饋頭、乳化泵plc控制柜、乳化泵變頻一體機控制柜、轉(zhuǎn)載機變頻一體機控制柜、采煤機、運輸機變頻器、工作面天津華寧主控器、運輸機健康管理系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、語音廣播系統(tǒng)等系統(tǒng)的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一承載、統(tǒng)一管理。高達萬兆傳輸帶寬的交換機實現(xiàn)了智能化工作面所有數(shù)據(jù)的高速上傳，不僅可滿足大顆粒業(yè)務(wù)（如監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)）的承載需求，還支持HQoS，確保分用戶分業(yè)務(wù)保證服務(wù)質(zhì)量，最重要的是具有多重保護功能，可保障極端環(huán)境下通信順暢，為礦山安全作業(yè)保駕護航。