论文部分内容阅读
[摘 要]本文介绍了陕西黄陵二号煤矿有限公司416大采高智能化工作面工业以太网情况,探究了工业以太网技术、无线网络通信技术在井下数据通信中的应用,同时分析了在应用过程中遇到的问题及可能解决的方法。
[关键词]综采工作面; 工业以太网;无线网络通讯;视频监控:网络性能
中图分类号:S499 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)16-0092-02
1 引言
工业以太网技术具有软硬件成本低廉价、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点,已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。
当前我国大部分综采工作面主要通信手段还是传统的工业现场总线,远远无法满足远程控制的实时性、数据传输量、通讯速率、稳定可靠和通信延迟时间小等要求。如果想实现工作面无人或少人自动化采煤,必然需要解决远程控制、音频传输、视频传输等问题。综采工作面少人或无人化开采技术用是实现矿井安全高效生产的重要保障,综采工作面自动化控制程度的高低成为判定煤礦现代化水平和煤机配置是否先进的重要指标。综采工作面自动化开采必然是是实现煤炭安全、高效开采的重要途径。
2 目前二号煤矿416综采工作面以太网现状
综采工作面生产过程复杂,综采设备系统庞大,由液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、带式输送机、组合开关、泵站等多达十几种。各设备作业条件复杂、动作多,且对动作顺序、准确性、响应速度等要求高。所以基于工业以太网构建的工作面自动化网络对实现高产、高效、高可靠的运行有进一步提升。
2.1 总体系统设计
综采工作面工业以太网系统总体设计如图1
(1)工作面以太网构建
通过建立工作面百兆以太网环网,利用工作面综采综合接入器和网络交换机,使工作面的以太网环网连接到顺槽监控中心和矿井地面环网,实现工作面主要综采设备与综采工作面自动化控制系统在同一个网络进行通讯控制,同时,安装工作面WIFI发射基站,将WIFI无线网络和工作面以太网环网有机联络起来,着力解决工作面无线通讯问题,使一些条件恶劣、有线连接困难的设备能够实现无线联网,从而为工作面的安全生产提供重要的保障。
工业以太网系统具备Vlan划分功能,将工作面数据流与视频等信息分开,并对各个子网进行流量限制,保证重要数据获得足够网络资源进行传输,同时具有网络状况自诊断功能。
工作面以太网主要由本安型综采综合接入器、本安型光电转换器、本安型交换机、矿用隔爆兼本质安全型稳压电源、4芯铠装连接器、矿用光缆等组成。
在工作面里配备足够数量的本安型综采综合接入器安装在支架里,接入器与接入器之间通过4芯铠装连接器连接,并且将支架数据接入综合接入器实现支架数据上传。
由于以太网点信号传输距离理论最大值不能超过100m,所以在工作面端头、短尾配备矿用本安型光电转换器,将电信号转换为光信号用于电缆与光纤的连接形成工作面工业以太环网。。
每台接入器可接入以太网信息,包括视频信息与数据信息,还可进行模拟量与数字量的采集。
(2)视频系统网络
每6支架安装1台监控支架用矿用本质安全型云台摄像仪,安装在支架的安装架上,照射方向与工作面平行;每3台支架安装1台监控煤壁视频用矿用本质安全型摄像仪,安装在支架的安装架上,照射方向与工作面成30°夹角。
矿用本质安全型摄像仪的视频数据通过工业以太网网络传输到矿用本质安全型显示器显示,工作面视频系统单元连接如图2所示;矿用本质安全型显示器可以同时显示4台矿用本质安全型摄像仪拍摄的图像;并可跟随采煤机运动显示采煤机附近4台的视频。
3 存在问题及需要解决的办法
(1)构建的工作面为百兆环网,若对工作面增加监控数据、摄像头或提高视频质量必然增加网络负荷,若继续使用目前的百兆环网必然影响网络传输质量,会造成数据传输延迟大、网络传输实时效果不佳,所以需升级为千兆环网。对在用的交换机、综合接入器、网线、主机网卡等全部升级为千兆网。千兆网络相比百兆网络波动频率变化不大网速更快且稳定、负载能力强等优点。
(2)目前在综采工作面使用的视频监控系统仍以有线监控为主,其布线难度大、传输衰减大,且由于煤矿井下特殊的工作环境,电缆极易损坏,维护保养难度大。所以有必要考虑工作面设备采用接入无线传输。无线传输技术可将高清晰的摄像头信号高保真地传送,其传输速度快,延时低;采用射频传输,可覆盖较远的范围,添加放大器或者无线网桥/中继设备还可延长传输距离。随着煤矿未来生产自动化水平的提高,无线视频监控系统将是无人值守工作面、数字化矿山等的有力保障。
(3)由于井下工作面大量设备接入工业以太网,目前我矿未有一种可以统一管理工作面以太网的网络管理系统,方便对工作面网络系统的配置、故障、性能的管理。所以必要选择一款专业的网络管理软件对工作面以太网进行管理,实现拓扑可视化管理、故障与性能管理、事件日志等多项功能。有利于管理井下网络设备通信状况。
4 综采工作面数据传输的发展趋势
综采工作面有些区域布置工业以太网有一定困难,数据无线通信传输能够很好的解决这一难题。根据以上分析,基于无线加有线工业以太网远程传输系统是综采工作面数据远程传输的未来发展方向。综采工作面设备采用无线数据传输方式,用工业以太网建煤矿数据传输骨干网,经工业以太网传输到远程客户端,进而对数据分析处理,得知设备的运行状况。
5 结语
文章详细介绍了陕西黄陵二号煤矿有限公司416大采高智能化工作面工业以太网现状,探讨了工业以太网技术在煤矿数据传输中的应用,同时讨论了在应用过程中遇到的问题,并提出了解决办法。工业以太网以其自身的优点必然会有广阔的应用前景,工业以太网应用于综采工作面时,应该充分利用已有的网络通信成熟技术和可用的新技术来改善工业以太网的网络实用性,加大工业以太网在煤矿的研究和应用力度。
参考文献
[1] 赵洪刚,刘增宝,王鲁,等.工业以太网控制系统在煤矿井下的应用[J].煤炭技术,2006,25(6):21-23.
[2] 吴爱国,梁瑾,金文.工业以太网的发展现状[J].信息与控制,2003,32(5):458-466.
[3] 冯冬芹,金建祥,储健“工业以太网机器应用技术”讲座第1讲工业以太网与工业IT[J].自动化仪表,2003,24(4):59-62.
[4] 李世银,钱建生,孙彦景,等.煤矿工业以太网网络模型研究及应用[J].华中科技大学学报(自然科学版),2007,35(S1):213-216.
[5] 李鹏,包政礼,刘桂同,等.环形冗余工业以太网技术在矿井中的应用[J].煤炭科学技术,2006,34(7):66-68.
[6] 鲁远祥,徐贵发.工业以太网技术在煤矿综合监控系统中的应用[J].矿业安全与环保,2006,33(1):32-36.
[关键词]综采工作面; 工业以太网;无线网络通讯;视频监控:网络性能
中图分类号:S499 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)16-0092-02
1 引言
工业以太网技术具有软硬件成本低廉价、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点,已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。
当前我国大部分综采工作面主要通信手段还是传统的工业现场总线,远远无法满足远程控制的实时性、数据传输量、通讯速率、稳定可靠和通信延迟时间小等要求。如果想实现工作面无人或少人自动化采煤,必然需要解决远程控制、音频传输、视频传输等问题。综采工作面少人或无人化开采技术用是实现矿井安全高效生产的重要保障,综采工作面自动化控制程度的高低成为判定煤礦现代化水平和煤机配置是否先进的重要指标。综采工作面自动化开采必然是是实现煤炭安全、高效开采的重要途径。
2 目前二号煤矿416综采工作面以太网现状
综采工作面生产过程复杂,综采设备系统庞大,由液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、带式输送机、组合开关、泵站等多达十几种。各设备作业条件复杂、动作多,且对动作顺序、准确性、响应速度等要求高。所以基于工业以太网构建的工作面自动化网络对实现高产、高效、高可靠的运行有进一步提升。
2.1 总体系统设计
综采工作面工业以太网系统总体设计如图1
(1)工作面以太网构建
通过建立工作面百兆以太网环网,利用工作面综采综合接入器和网络交换机,使工作面的以太网环网连接到顺槽监控中心和矿井地面环网,实现工作面主要综采设备与综采工作面自动化控制系统在同一个网络进行通讯控制,同时,安装工作面WIFI发射基站,将WIFI无线网络和工作面以太网环网有机联络起来,着力解决工作面无线通讯问题,使一些条件恶劣、有线连接困难的设备能够实现无线联网,从而为工作面的安全生产提供重要的保障。
工业以太网系统具备Vlan划分功能,将工作面数据流与视频等信息分开,并对各个子网进行流量限制,保证重要数据获得足够网络资源进行传输,同时具有网络状况自诊断功能。
工作面以太网主要由本安型综采综合接入器、本安型光电转换器、本安型交换机、矿用隔爆兼本质安全型稳压电源、4芯铠装连接器、矿用光缆等组成。
在工作面里配备足够数量的本安型综采综合接入器安装在支架里,接入器与接入器之间通过4芯铠装连接器连接,并且将支架数据接入综合接入器实现支架数据上传。
由于以太网点信号传输距离理论最大值不能超过100m,所以在工作面端头、短尾配备矿用本安型光电转换器,将电信号转换为光信号用于电缆与光纤的连接形成工作面工业以太环网。。
每台接入器可接入以太网信息,包括视频信息与数据信息,还可进行模拟量与数字量的采集。
(2)视频系统网络
每6支架安装1台监控支架用矿用本质安全型云台摄像仪,安装在支架的安装架上,照射方向与工作面平行;每3台支架安装1台监控煤壁视频用矿用本质安全型摄像仪,安装在支架的安装架上,照射方向与工作面成30°夹角。
矿用本质安全型摄像仪的视频数据通过工业以太网网络传输到矿用本质安全型显示器显示,工作面视频系统单元连接如图2所示;矿用本质安全型显示器可以同时显示4台矿用本质安全型摄像仪拍摄的图像;并可跟随采煤机运动显示采煤机附近4台的视频。
3 存在问题及需要解决的办法
(1)构建的工作面为百兆环网,若对工作面增加监控数据、摄像头或提高视频质量必然增加网络负荷,若继续使用目前的百兆环网必然影响网络传输质量,会造成数据传输延迟大、网络传输实时效果不佳,所以需升级为千兆环网。对在用的交换机、综合接入器、网线、主机网卡等全部升级为千兆网。千兆网络相比百兆网络波动频率变化不大网速更快且稳定、负载能力强等优点。
(2)目前在综采工作面使用的视频监控系统仍以有线监控为主,其布线难度大、传输衰减大,且由于煤矿井下特殊的工作环境,电缆极易损坏,维护保养难度大。所以有必要考虑工作面设备采用接入无线传输。无线传输技术可将高清晰的摄像头信号高保真地传送,其传输速度快,延时低;采用射频传输,可覆盖较远的范围,添加放大器或者无线网桥/中继设备还可延长传输距离。随着煤矿未来生产自动化水平的提高,无线视频监控系统将是无人值守工作面、数字化矿山等的有力保障。
(3)由于井下工作面大量设备接入工业以太网,目前我矿未有一种可以统一管理工作面以太网的网络管理系统,方便对工作面网络系统的配置、故障、性能的管理。所以必要选择一款专业的网络管理软件对工作面以太网进行管理,实现拓扑可视化管理、故障与性能管理、事件日志等多项功能。有利于管理井下网络设备通信状况。
4 综采工作面数据传输的发展趋势
综采工作面有些区域布置工业以太网有一定困难,数据无线通信传输能够很好的解决这一难题。根据以上分析,基于无线加有线工业以太网远程传输系统是综采工作面数据远程传输的未来发展方向。综采工作面设备采用无线数据传输方式,用工业以太网建煤矿数据传输骨干网,经工业以太网传输到远程客户端,进而对数据分析处理,得知设备的运行状况。
5 结语
文章详细介绍了陕西黄陵二号煤矿有限公司416大采高智能化工作面工业以太网现状,探讨了工业以太网技术在煤矿数据传输中的应用,同时讨论了在应用过程中遇到的问题,并提出了解决办法。工业以太网以其自身的优点必然会有广阔的应用前景,工业以太网应用于综采工作面时,应该充分利用已有的网络通信成熟技术和可用的新技术来改善工业以太网的网络实用性,加大工业以太网在煤矿的研究和应用力度。
参考文献
[1] 赵洪刚,刘增宝,王鲁,等.工业以太网控制系统在煤矿井下的应用[J].煤炭技术,2006,25(6):21-23.
[2] 吴爱国,梁瑾,金文.工业以太网的发展现状[J].信息与控制,2003,32(5):458-466.
[3] 冯冬芹,金建祥,储健“工业以太网机器应用技术”讲座第1讲工业以太网与工业IT[J].自动化仪表,2003,24(4):59-62.
[4] 李世银,钱建生,孙彦景,等.煤矿工业以太网网络模型研究及应用[J].华中科技大学学报(自然科学版),2007,35(S1):213-216.
[5] 李鹏,包政礼,刘桂同,等.环形冗余工业以太网技术在矿井中的应用[J].煤炭科学技术,2006,34(7):66-68.
[6] 鲁远祥,徐贵发.工业以太网技术在煤矿综合监控系统中的应用[J].矿业安全与环保,2006,33(1):32-36.