基于工业以太网和VPN的瓦斯远程监控系统研究

中国矿业大学

河南神火集团有限公司郑刚

基于工业以太网和VPN的瓦斯远程监控系统研究

中国矿业大学

河南神火集团有限公司郑刚

一、瓦斯远程监控系统

随着计算机技术、通信技术和微电子技术的不断发展，科技工作者在煤矿瓦斯灾害的治理上进行了大量和细致的工作，越来越多的研究成果被广泛应用到煤矿现场，对预防煤矿瓦斯事故的发生起到了十分重要的作用。河南神火集团有限公司为了加强对下辖各矿的安全生产管理，建立了监测联网系统，将各矿的监测数据和调度业务集成在公司调度室，组建了监控子网，实现了煤矿数字化瓦斯远程监控，使公司各个部门及领导可以在网上浏览各自所需的信息，做到了对各矿的安全生产状况进行综合性动态分析，形成了领导决策机制，并实现了资源的有机共享。

二、数字化瓦斯远程监控网络系统的总体结构设计

数字化瓦斯远程监控网络系统的研究，综合考虑了监控网络的开放性和可靠性。实现了实时测控、数据共享远程监控、远程维护、系统的可裁减性及兼容性，全面提升了瓦斯监控系统的监控监管能力和煤矿安全保障能力。

1.监控联网系统的网络结构设计。本系统网络制备系统软件选择了Microsoft公司的Windows2003Server作为操作系统。数据库系统软件采用Microsoft公司的SQLServer2000。系统的开发平台选用Microsoft公司VisualStudio.NET。系统采用B/S模式设计的3层网络体系结构，即浏览器和应用逻辑服务器、数据库服务器。系统体系结构如图1所示。

2.工业以太网构建。主干网络千兆以太网星型结构，各矿采用10M/100M快速以太网接入，核心交换机采用具有3层交换功能的交换机，以提高整个网络的性能，在必要时可将各部门划分为各个虚拟子网，以提高网络的安全性及运行速度，各二级矿采用光缆作为主干传输介质进行数据传输。

（1）设备层。将底层设备直接连接到煤矿井下的瓦斯监测分站服务器上，采用智能化的接口设备。优点是成本较低，方便安装，并可实现快速故障诊断。

（2）信息层。在网络拓扑结构上采用快速以太网交换结构，它既具有快速以太网提供的高速度，又具有交换技术带来的独占带宽和避免碰撞的特点。

（3）控制层。控制层将I/O网络功能和对等信息传输网络结合起来，实现了报文传送，保证信息的实时性和确定性。采用工业以太网交换设备和光缆构成1个贯通井下井上信息的高速通道，带宽为1000M，可同时接入不同协议的数据、图像及语音信息。工业以太环网网络结构拓扑如图2所示。

3.企业远程VPN和移动VPN设计。针对库存网的网络现状、弱电布线及信息点布局，系统采用扁平化、模块化、结构化的设计及改造思路，更新集团永城总部的核心层及汇聚层设备。全网采用弹性智能架构IRF2进行整体规划和部署。所设计的神火集团永城本部网络拓扑如图3所示。

图3 设计的网络拓扑结构

三、系统实现的主要功能

公司各生产矿井通过千兆光纤网和VPN企业远程接入网把各矿在井下生产、安全及管理方面的实时监控数据上传到公司信息中心，形成了统一格式的公司级数据库和各矿井安全生产状况查询系统，最终达到保证矿井安全生产和公司范围内的煤矿远程数字化瓦斯监控的目的，实现了对公司各矿的生产运行状况、安全水平进行预测和预报。使公司领导可以在网上浏览安全生产动态信息，及时掌握安全生产情况并形成科学合理的决策，提高生产和管理效率，增强了企业的市场竞争力。

1.实时动态图形显示和查询统计。系统实现了各矿的安全生产监测。系统显示的各类实时动态图形可转换为HTML或XML，供客户浏览。其界面美观大方、整体风格一致，并具有文字、图形、动画等功能。实现了各矿安全生产日报、安全动态班报、安全监测动态、设备安全运行动态等数据的查询、统计功能。实时动态图形显示功能如图4所示。

图4 实时动态图形显示功能

2.历史曲线显示和报警。可在工作站上通过IE浏览器浏览系统实时模拟画面，实时监测信息报表、跟踪曲线和历史曲线等信息。可以在1个坐标内显示多个测点的历史曲线，可以放大曲线和打印曲线。鼠标跟踪显示曲线上每1点的数值和时间，可以用表格方式显示曲线的相应监测数据记录，可显示最大、最小和平均值曲线。系统为用户提供公司监测系统可视化报警功能。

3.其他主要功能。本系统具有报表打印功能，可以按测点、时间（段）、矿、班次、报警、异常等各种方式查询各种数据，并能打印出来。具有调度业务事件记录功能和调度业务曲线、柱状图绘制功能。将实时状态与分析和解算相配合，可为矿井的正常生产和防灾救灾调度提供决策依据。

综上，通过工业以太网和VPN企业远程接入网，可以把各矿在井下生产、安全及管理方面重要的实时监测监控系统数据上传到公司信息中心，形成统一格式的公司级数据库和各矿井安全生产状况查询系统，并最终达到保证矿井安全生产和公司范围内煤矿远程数字化瓦斯监控的目的。数字化瓦斯远程监控网络系统适应于各种规模的煤矿安全生产的应用，为煤矿自身安全监理部门提供实时状态信息。数字化瓦斯远程监控网络系统的研究与推广，将会为提高我国煤矿安全生产的管理水平作出巨大的贡献。