浅析工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用

近年来，我国众多煤矿均纷纷构建或者准备构建安全监控系统，然而自系统集成层面而言，有关生产、管理的信息化与自动化水平依旧表现出一定的不足，尤其是煤矿安全监控系统依旧没有建立起统一的行业标准，不同生产商均自主制定传输协议及接口标准，使得不同子系统相互间难以实现有效兼容或连接，引发信息孤岛现象，信息资源无法共享，监控系统、管理系统相互间无法实现有效联动；自产业发展层面而言，现阶段，煤矿行业安全软件硬件研发及服务保障系统依旧较为落后，研发水平有限，与煤矿行业特征及发展需求相符的软硬件、仪器设备等现阶段依旧十分缺乏，还无法满足煤矿安全生产的需求及技术革新的需求。针对这一情况，倘若引入工业以太环网来建设煤矿安全监控系统，则能够有效弥补系统存在的技术缺陷，并且还可促进煤矿安全监控系统实现安全有序的运行。由此可见，对工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用开展研究，有着十分重要的现实意义。

1  推广工业以太环网的意义

伴随社会发展对煤矿资源需求的不断攀升，近年来煤矿生产开采规模日益扩大，由此为煤矿安全管理带来了极大的冲击。为了有效了解煤矿设备运行状况及掌握不同环境下设备运行参数的转变，构建一个科学完备的数据采集及信息传输系统，对设备开展全面控制管理是尤为关键的。这同样是确保一系列监测数据的准确传输，促进实现煤矿生产开采安全有序开展的重要辅助手段之一。作为光通信中的一项新型技术，光纤通信技术近年来实现了迅猛发展，并在现代通信中不断占据着越来越高的份额。光纤工业以太环网的构建，一方面可防止引发传输系统链接故障，另一方面可更为迅速地与煤矿下监控分站开展数据交换，进而提升监控系统的巡检周期及抗干扰水平，为煤矿生产开采安全有序开展提供可靠保障。近年来，工业以太网凭借其传输距离远，抗干扰能力强等优势，已然在骨干传输网建设中得到广泛推广。因而，将工业以太环网应用于煤矿安全监控系统中有着十分重要的现实意义。

2  现阶段煤矿安全监控系统中存在的主要问题

现阶段，我国监控系统架构主要为集散型控制结构，地面监测主机经由串行总线与系统线路传输装置开展连接，依托串口轮巡方式与矿井对应数据信息采集分站开展数据信息传输；系统传输线路以阻燃通信线缆为主；数据传输模式包括有RS485总线、DPSK、FSK等。该种系统架构在运行过程中主要可表现出下述几方面问题：其一，采用的总线型架构方式，会对系统传输速率、距离造成极大影响，在接入系统数据信息采集设备不断增多的情况下，系统巡检时间难以满足相关规定。其二，主干通信线路运用电缆作为传输介质，在煤矿井下复杂环境下安全监控系统数据传输极易受到各式各样的影响。其三，单一的总线结构无法 形成可靠的线路冗余，某些主干通信线路损坏极易使得井下设备数据信息采集终端、故障甚至系统无法运行。 

3  工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用措施

3.1  网络设计思路

其一，硬件结构设计。煤矿安全监控系统主要由控制中心管理层、网络通讯层以及现场接入子系统层等组成。其中，网络通讯层依据生产关系及地理位置需求单环网络与星型网络相结合的手段，将每一子系统的主机用以工业以太环网的节点，配备若干台环网交换机、控制核心交换机以构建起光纤环网，其他子系统节点结合其接口方式，选取星型网络依托建立通讯分站或与骨干网交换机进行直接连接，进一步将全面子系统汇集于以TCP/IP协议为前提的工业以太环网中。其二，逻辑结构设计。因为煤矿生产开采中涉及到大量的子系统及子系统设备，子系统与子系统相互间保持独立运行，不开展互联通讯，所以可利用虚拟局域网技术将网络划分成若干个虚拟的局域网络，依托对煤矿工业以太环网的虚拟局域网络的科学划分，实现对网络广播、限制系统与系统相互间访问权限的有效控制，进一步切实提高网络的数据传输效率及网络安全性。

3.2  网络系统安全设计

系统安全是信息化建设中的重要一环，要做到全方位统筹规划，换言之，不仅要保证系统引发故障后可迅速恢复，还要保证信息数据不受非法侵袭或篡改。于此环节通常需要应用到的技术方法包括有密钥、防火墙、数字证书、入侵检测等。安全方案技术特征，主要表现为：可实现数据的全面自动备份，同时可实现数据的反复存储，进而为数据信息提供安全可靠的保障。主备服务器不仅可进行自动切实，还可进行人为操作切换。倘若主服务器出现故障情况，诸如断电、死机等，则可实现自动向备份服务器的切换。双机开展切换不会对系统运行构成不利影响，具备良好的稳定性。双机热备软件安装、配置便捷，依托纯软方式，经济成本，无需运用成本高昂的磁盘阵列柜，两台服务器相互间不会受到距离的影响。引入硬阵列方式，有助于提高系统的稳定性。一般情况下，可将磁盘阵列划分成软阵列、硬阵列。其中，前者是经由软件程序并通过计算机中央处理器提供运行能力所形成的。因为软件程式作为一个系统存在不完整的特征，所以仅可实现常规的磁盘阵列容错功能。后者则是通过独立操作的硬件，可实现全面磁盘阵列的计算、控制等功能，而不依赖于计算机的中央处理器。再加上硬阵列属于一个完整的系统，因而各项需求的功能均可引入，由此决定了硬阵列对应提供的功能要由于软阵列。依托磁盘阵列技术，有助于加快磁盘的传输速度，防范数据信息由于磁盘故障而出现丢失情况，并且还可提高对磁盘空间的有效利用。在磁盘阵列中，可使大量磁盘实现数据信息的同时传输，而该部分磁盘驱动器在理论上属于一个磁盘驱动器，因而应用磁盘阵列可实现单个磁盘驱动器几倍、几十倍甚至更高的速度，进一步实现统一服务器上不同硬盘的全面自动备份。

3.3  煤矿安全监控系统工业以太环网的实现

通常而言，工业以太环网是由12芯矿用光缆中的2芯单模光纤连接煤矿井下及地面以太网交换机的千兆光纤端口，由此便构建起了一个可靠主干传输网络，该种主干传输网络具备环型结构、千兆带宽及治愈功能等特征优势，倘若主干传输网络中相关节点或线路引发故障，其均可迅速自动恢复数据传输，该种系统下的数据信息传输，安全性、可靠性可得到显著提高。以太网交换机通常设置于接近煤矿生产开采工作面的变电所中，仅需将该区域中对应信息采集信号传输至变电所的以太网交换机中，然后再依托工业以太环网便可实现将部分数据信息传输至地面的监控中心，倘若煤矿巷道距离相对较长，依托工业以太环网便可有效减少传输电缆的投入。在煤矿安全监控系统中，视频监控系统需要占据极大的带宽，然而对于网络带宽的使用率却相对不足，因而引入该种系统可有效满足大中型煤矿当前的实际生产需求，并且还可对网络开展较为科学的规划及采取相关有效的安全策略，进一步促进煤矿安全监控系统的安全有序运行。

4  结语

总而言之，工业以太环网可为煤矿生产开采提供安全可靠的数字通讯渠道，将煤矿各个生产环节及对应辅助环节的数据信息连接至交换机上，开展实时动态的数据信息采集、传输、分析、呈现等，进一步对煤矿生产开采各项机电设备开展统一监控，并且辅助工业电视系统开展安全图像监控，为作业人员及机电设备提供安全保障。由此对于推动煤矿企业的科学化、现代化发展，促进煤矿安全高效生产，提高煤炭行业科学技术发展水平，有着十分重要的意义。因而，煤矿企业相关人员务必加大研究分析力度，提高对推广工业以太环网意义的有效认识，加强对现阶段煤矿安全监控系统中存在主要问题的深入分析，确保工业以太环网在煤矿安全监控系统中的科学合理应用，积极促进煤矿安全监控系统的安全有序运行。