新桥煤矿智能工作面网络系统设计

张大海

（永煤集团股份有限公司 新桥煤矿，河南 永城 476600）

1 项目概述

工作面智能化控制系统就是将采煤机控制系统、支架电液控制系统、工作面运输控制系统、三机通信控制系统、泵站控制系统及供电系统有机结合，实现对综合机械化采煤工作面设备的协调管理与集中控制。采煤机以记忆割煤为主，人工远程干预为辅；液压支架以跟随采煤机自动动作为主，人工远程干预为辅；运输设备实现集中自动化控制。本工作面实现集视频、语音、远程集中控制为一体工作面智能化控制系统，实现工作面采煤机、刮板运输机和液压支架等设备的联动控制和关联闭锁等功能。工作面智能化控制系统是一个多系统融合控制的系统，各系统之间采用什么通讯方式关乎整个系统运行的稳定与可靠。

2 项目依据

Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德电气Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto），并且现在是工业电子设备之间使用最广泛的连接方式。为方便各个系统间的无缝对接，工作面智能化控制系统采用modbus通信协议与采煤机、运输机变频器、乳化液泵站、胶带机及工作面天津华宁控制系统等系统对接。

3 项目设计

根据以上优点，工作面智能化控制系统的物理链路采用工业以太网与其他系统对接。利用工作面的设备列车处安装的KJJ18本安型万兆交换机以及德国marco的pm32/ze/dxd3型高速交换机建立一个统一开放的工作面工业以太网，构建控制平台。通过工业以太网使工作面设备连接到设备列车集控中心的隔爆服务器，实现工作面设备信息汇集。工作面以太网主要由隔离耦合器、数据接口、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。设备列车处山西际安动力中心、移变朗威达高压馈头、乳化泵plc控制柜、乳化泵变频一体机控制柜、转载机变频一体机控制柜接入到德国marco的高速交换机，采煤机、运输机变频器、工作面天津华宁主控器、运输机健康管理系统接入本安型万兆交换机。在设备列车交换机处敷设光缆到下顺槽胶带机头，通过下顺槽胶带机头安装的交换机将下顺槽胶带机天津华宁主控器、胶带机变频一体机控制柜、胶带机动力馈电以及机头摄像头数据传输至设备列车集控中心服务器。

4 工作面设备IP地址规划（表1）

表1 2502智能化工作面IP地址规划

5 网络系统拓扑图（图1）

图1

6 架构优势

6.1 高带宽、低时延的独立网网络系统

建立了统一的智能化工作面工业以太网络系统，不但提高了全工作面的工业数据传输效率，还提供了胶带机头等偏远地点的高清摄像头接口，使个别地点不需要在敷设单独的通信光缆，也为矿山信息化建设打下了很好的网络基础。

6.2 多元异构系统统一接入

方案将原有相互独立、自成系统的子项实现了统一的接入。设备列车处万兆交换机直接接入采煤机、运输机变频器、工作面天津华宁主控器、运输机健康管理系统、数字广播对讲通讯系统、视频监控系统等。方案将上述各子系统所传输的信号、语音、数据统一接入工业以太网，一根光纤即可实现上述系统的语音、数据高速、可靠传输，并通过原有工业环网将信息传输至地面集控中心。

设备列车处万兆交换机还可接入IP通讯系统和WIFI无线系统等应用。系统全部实现了数字化传输，具有抗干扰能力强等优点，并且整个方案实现了多个系统的融合应用。

6.3 系统传输稳定可靠

相较传统485总线传输方式，新的系统总线具有如下优势：

（1）传输距离更远，可实现包括语音在内的多设备、大数据量通讯。

（2）通讯效率高，工业以太网带冲突检测的载波帧听多路访问机制机制，取代485总线单主从轮询通讯机制。大大提高了通讯效率，缩短了采样周期。从而使用户可更快、更丰富的取得系统数据。

（3）传输报文校验机制，可避免外界干扰造成系统对传输错误数据的接收，避免错误数值造成系统数据异常、误报警甚至误动作。

（4）错误检测机制，当终端设备发生故障时，将自动脱开总线。从而不影响总线其他设备的正常通讯。

7 应用效果及社会效益分析

系统实现了多元异构系统的接入和传输。仅线缆一项，即可节省至少60%线缆敷设长度，在显著节省成本的同时。极大减轻了后续对于各系统线缆运维保障成本。同时，实现了各子系统协议转换和数据采集，上传功能，进一步节省了用户投资，简化了矿井设备部署数量，减轻了后期运维投入和备品备件数量，也为今后用户的日常运行维护节省了巨大的人力投入和支出。

8 结论

通过设备列车处的本安型万兆交换机，实现对山西际安动力中心、移变朗威达高压馈头、乳化泵plc控制柜、乳化泵变频一体机控制柜、转载机变频一体机控制柜、采煤机、运输机变频器、工作面天津华宁主控器、运输机健康管理系统、无线通讯系统、视频监控系统、语音广播系统等系统的统一接入、统一承载、统一管理。高达万兆传输带宽的交换机实现了智能化工作面所有数据的高速上传，不仅可满足大颗粒业务（如监视监控系统）的承载需求，还支持HQoS，确保分用户分业务保证服务质量，最重要的是具有多重保护功能，可保障极端环境下通信顺畅，为矿山安全作业保驾护航。