工业以太网交换机模块在煤矿井下监测监控系统中的应用
矿井掘进机在线监测监控系统的设计与应用
机 械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING&AUTOMATION No1 Feb第1期(总第224期)2021年2月文章编号=672-6413(2021)01-0172-02矿井掘进机在线监测监控系统的设计与应用郭鑫彤(西山煤电股份有限公司西铭矿，山西太原030052)摘要：矿井掘进机作业大多采用人工手动控制的方式，掘进效率低，故障难以发现，而且现场工作时刻威胁着工人的生命安全。
为此，设计了一套基于PLC和CAN总线通信的矿井掘进机在线监测监控系统。
根据设计的系统总体架构，分别对其硬件和软件进行了设计和开发。
实际应用效果表明：该监测监控系统达到了预期目标，可实时掌握掘进机的运行状态，大大提高了掘进机掘进的安全性、可靠性和工作效率。
关键词：矿井掘进机；在线监测；监控系统中图分类号：TP273：TD421.5文献标识码：A0引言掘进机是矿井巷道掘进的重要设备，目前，随着煤矿生产规模的不断扩大以及综采面掘进速度的不断加快,从而对掘进机的掘进效率和安全保障提出了更高的要求。
煤矿井下生产环境复杂恶劣，作为核心的采掘设备，掘进机在采掘过程中会存在以下隐患：①采掘过程易受矿井环境干扰，加上掘进机运行时自身受强烈振动，极易损坏而造成事故；②目前，综采面大部分仍然采用人工手动的控制方式控制掘进机推进，工作人员必须常驻现场，其生命安全遭受诸多因素的威胁,如粉尘浓度过高、工作面瓦斯泄漏或者掘进机自身原因等［12。
因此，对掘进机进行全方位在线监测监控非常有必要，不仅可以保障井下工作人员的生命安全,还将会提高矿井生产自动化水平和生产效率。
本文针对悬臂式掘进机设计了一套基于PLC和CAN总线通信的在线监测监控系统，通过地面监控平台和井下上位机可对掘进机的工作过程进行全方位、全生命周期的动态监测监控，为工作人员掌握现场情况和实现远程遥控提供了数据参考。
1掘进机在线监测监控系统架构图1为矿井掘进机在线监测监控系统的整体架构。
工业以太网控制系统在矿井通信中的应用
以太 网是现有 局域 网采 用 的最 通用 的通 信协 议标 准 。该标 准定
义 了在局 域 网（ 【 ） ＡＮ 中采 用 的电缆 类 型和信 号处 理 方法 。许多 供应
商 提 供 的产 品都 能 采 用通 用 的软 件 协议 进 行 通 信 ， 放 性 最 好 。 开 以 太 网 具 有 传输 速率 高 、 能 耗 、 容 性 好 、 放性 高 和 支持 低 兼 开 设 备 多 等 方 面 的优 势使 得 以 太 网 在 工 业 控 制 领 域 的 优 势 愈 加 突 １、 言 引 出， 成 了 新 型 的 以太 网 控 制 网络 技 术 。 业 以太 网 的开 放性 使 得 形 工 如今 ， 自动 化 、 信 和 现 代 传 感 器 技 术 的 发 展 为 矿 井 安 全 控 工 业 控 制 网络 和企 业 信 息 网络 的 无 缝 整 合 方 面 具 有 无 可 比拟 的 通 制 系统 的架 构 提 供 了 多种 可 选 方 案 。随 着 生产 的规 模 化 、 约 化 ， 优 势 。 以 太 网进 入控 制领 域 是 工 业 自动 化 系 统 向分 布 化 、 能化 集 智 传 统 的集 散 控 制 系统 、 场 总 线 系 统 已 经 不 能很 好 的适 应 矿 井 通 控 制 方 面 发展 的必 然 要求 。 现 信 的发 展 。 业 以 太 网控 制 系统 使 矿井 自动 化 系 统 的 水平 跃 上 了 工 ４１ 太 网技 术 的 优 势 ．以
２ １ ０ ０年 ８月 总 ３ ５期 ６
工 业 以 太 网 控 制 系 统 在 矿 井 通 信 中 的 应 用
武 金虎
（ 州 大 学计 算 机 科 学 与 信 息 学 院 贵 州 贵 阳 ５ ０ ２ 贵 ５ ０ ５）
工业互联网技术的应用在煤炭行业中
工业互联网技术的应用在煤炭行业中随着信息技术的不断进步和发展，工业互联网技术已经逐渐成为当今工业生产中一个不可或缺的技术手段。
煤炭行业作为国民经济中最为基础的行业之一，也在逐步引入和应用工业互联网技术，以提升生产力和效率。
本文将就工业互联网技术在煤炭行业中的应用进行详细介绍和分析。
一、工业互联网技术在煤炭行业中的基本应用1. 数据采集：通过物联网、云计算等技术手段，实现对各个生产节点、设备的数据采集，包括产煤、运输、处理等环节。
2. 数据存储：采用云计算技术实现对数据的集中存储，方便后续分析和处理。
3. 数据分析：通过数据分析手段，对采集的数据进行分析，提取其中有价值的信息。
4. 实时监控：利用物联网等技术保证设备的实时监控，及时预警和处理故障。
5. 系统集成：将各个生产环节中的数据集成起来，并且与企业ERP （Enterprise Resource Planning，企业资源计划）系统连接起来，以实现生产全过程的整体管控。
二、工业互联网技术在煤炭行业中的具体应用1、煤炭开采过程中的应用在煤炭采矿过程中，采用工业互联网技术可以帮助矿山企业下发采掘工作的计划和指令，同时监控采掘现场的运营情况，并根据数据分析来进行调整。
还可以根据实时监控的数据及时采取措施避免安全事故的发生。
2、煤炭运输过程中的应用工业互联网技术可以实现煤炭在运输过程中的实时监控，监控车辆的实时行驶速度、位置和运输路线，确保运输安全和效率。
3、煤炭加工处理过程中的应用利用工业互联网技术可以实现整个加工过程的数字化、信息化、网络化和智能化，包括煤炭的物流管理、由仓库自动化控制、制定生产计划并根据实时监控数据调整生产流程等。
4、煤炭质量管理的应用使用工业互联网技术对采集的数据进行分析和比对，以实现对煤炭质量的检测和评估，并且根据实时监控数据进行调整。
5、企业管理的应用通过工业互联网技术可以实现对企业的生产管理、绩效评估等方面的全面监控，及时处理企业管理中的问题和瓶颈以提升效率。
工业以太网在选煤厂集控系统中的应用
制网络 ， 上层为以太网组成的监控信息网， 并通过防
火墙 连接 到外部 网络 。 整个 系统 以以太 网为 载 体 ， 通过 以太 网将各 种 监控 设 备 连 接 起来 ， 成 了一 个 构 完整 的监 控 系统 。整 个 系统 分 为 Ｐ Ｃ系统 、 Ｌ 模拟 量 采集 系统 、 工业 电视 监控 系统 以及上 位机 系统 ， 中 其 上 位机 主要实现 调 度 室集 控 以及 远 程浏 览 的功 能 。 系统集控 结构如 图 １所示 。 系统 软硬 件 中 ， 态 软 件 通 过 比较 ， 用 美 国 组 选 Ｇ Ｅ公 司 ＣＭ ＬＣＴ ＩＰ ＩＩＹ组 态 软 件 作 为监 控 软 件 ；Ｌ ＰＣ 选用 Ｍｏｉ ｍ公 司昆 腾 系 列 Ｐ Ｃ 工业 环 网交 换 机 ｄｃ ｏ Ｌ；ຫໍສະໝຸດ （ ）Ｐ Ｃ系统 实现 １ Ｌ
Ｐ Ｃ系统处 于集 控 系统 的最 底 层 ， 于控 制 网 Ｌ 处
络 中。洗 煤 厂 整 个 Ｐ Ｃ系 统 分 为 四个 主 站 ： 洗 、 Ｌ 主 原煤 、 筛 、 动 脏杂 煤 ， 中主 洗 和 原煤 主 站 因 为牵 涉 其 的设 备多且 距离 较 远 ， 采用 主 站带 远 程分 站 的解 故 决方 式 ， 别带三 个 远程分 站 ， 分 动筛 调度室 因新增 设
ｔａ ｓｏ ｍａｉｎ ａ ｏ ｎｄ Ｅｔ ｒ ｅ ｗｏ ｌ ｖ ｌｓｒ ｃ ｕ ｅ ｒ ｎ ｆ ｒ ｔｏ ｒ ｕ ｈｅ ｎ ｔｔ —ｅ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ．Ｔｈ ｐｅ ｉｌ ｎ ｒ ｄ ｅ ｈｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｆ ｎ ｔ ｎ ｆ ｔ ｅ ｐａ ｒ ｍａｎ ｙ ｉｔｏ ｕｃ ｓ ｔ ｔ ｔ ｒ ｎ ｕ ｃ ｉ ｓ ｏ ｈｅ ｕ ｏ ｗｈ ｌ ｙ ｔ ｍ．Ｔｈ ｒ ｃ ｉｅ ｐ ｏ ｅ ｈａ ｈ ｅ ｔａ ｉｅ ｏ ｔｏ ｒ ｎ ｆ ｒ ａ ｏ ｒ ａｅ ｗｏ １ｖ ｌｎ ｔ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｏｅ ｓ ｓｅ ｅ ｐ ａ ｔｃ ｒ ｖ ｓｔ ｔｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｚ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｔａ ｓｏ ｌ ｍ ｆ ｎ ｃ ｅ ｔ ｓａｔ ．ｅ ｅ ｅｗｏ ｋ ｓｒ ｃ ｕ ｅｉ ｉ ｔ ｏ ｅ ｐ ａ ｔａ ｈ ｕ ｏ ｔｃ ｃ ｎｒ ｌａ ｈ ｅ ｅ ｅ ｌｖ １ ｈｅ ｗｈ ｌ ｌｎ ｎｄ ｔ ｅ ａ ｔ ｍａ ｉ ｏ ｔｏ ｃ ｉ ｖ ｓａ ｎ ｗ ｅ ｅ ．
井下工业以太环网管理规定
井下工业以太环网管理规定井下工业以太环网是我矿全面实现井下工业自动化和信息化整合的基础，是井下各类设备工况信息采集、传输的基础和平台。
我矿将在此基础上逐步实现井下电网、皮带运输、轨道运输、采掘设备、煤仓仓位、供排水、供液等系统信息的采集、传输、集成。
为保证井下工业以太环网、井下人员定位系统和瓦斯监测监控系统安全、可靠、稳定、高效运行，特制定本管理规定。
一、井下工业以太环网管理规定第一条信息中心负责井下工业以太环网的整体规划、设计、延伸、改造、运行维护和管理。
第二条信息中心负责井下工业以太环网相关线路和设备的巡检、保养、维护和管理，发现问题及时组织处理。
井下无法处理时，应在8小时内换上备用零件（更换期间应采取相应的安全措施）。
第三条未经信息中心允许，不得私自改变井下工业以太环网及其上运行的其他系统相关线路、设备、附属设施及其接连关系。
第四条机电工区负责井下工业以太环网及运行系统相关设备电源防爆管理。
第五条井下工业以太环网交换机主要安装在各个采区配电室，设备安全及用电保障由责任单位负责。
布设地点如下表：第六条井下工业以太环网光缆铺设在大巷和轨道巷中，运输工区负责大巷中光缆线路安全，通风工区负责轨道巷中光缆线路安全。
第七条因生产实际需要井下工业以太环网线路改路、延长或出现其它情况的，由当事单位和信息中心协调，信息中心负责方案的提供及施工组织，相关单位积极配合。
第八条由于生产施工造成工业以太环网相关线路、设备及附属设施故障影响井下工业以太环网通讯时，由事故单位及时向矿总调和信息中心汇报，由信息中心组织相关人员抢修。
第九条信息中心对工业以太环网线路、设备及附属设施进行巡检或维修时，运输工区和通风工区安排专人配合。
第十条在井下工业以太环网上运行的相关系统另行制定管理制度。
二、井下人员定位系统管理规定第一条信息中心负责井下人员定位系统的整体规划、设计、延伸、改造、运行维护和管理。
第二条在井下工业以太环网上运行的井下人员定位系统相关线路设备由信息中心负责维护和管理。
矿山视频监控系统解决方案
矿山视频监控系统解决方案系统简述：矿山视频监控系统应用于矿井，露天煤矿等场所，通过该系统不仅可以直观、全面地掌控整个矿区的运营生产情况，远端监控人员还可以通过实施监控，及时提醒操作人员的违规操作，防止险情发生。
尤其是当发生安全生产事故时，可以从服务器上获取视频资料，从而完整的再现问题发生时的场景，快速高效地定位事故发生原因。
系统解决方案：根据矿山视频监控系统应用需求，迈威提出了简单、可靠地解决方案，采用迈威MISCOM7026千兆工业以太网交换机构筑核心网络，井下和井上采用MIEN5108、MIEN3105百兆嵌入式交换机组网，核心网络及井下、井上网络均采用迈威MW-Ring技术组建冗余环网，保证光缆故障时，数据正常传输，系统正常运行。
根据现场环境，可选择利用Mport1101 单路嵌入式网络延长器通过原有双绞线、电话线、同轴电缆等普通电缆进行数据长距离传输，在保证数据传输速率及质量的情况下大大降低系统成本和工程施工难度。
在系统末端，底层设备可通过RS-232/RS-485/CAN总线直接连接至MIEN3105百兆嵌入式交换机，完成视频、广播通信等业务数据的传输。
系统结构图：应用产品：MISCOM7026：26口千兆网管型机架式交换机，模组化设计,支持百兆以太网光、电口任意组合搭配，支持冗余双电源输入，支持MW-Ring链路冗余自恢复自己，支持实时广播风暴检测控制，Trunk端口汇聚等功能。
MIEN5108: 8口百兆网管型嵌入式交换机，兼容大部分本安电源应用要求，支持MW-Ring 技术的链路冗余自恢复技术；支持端口VLAN和IEEE 802.1Q VLAN，支持端口镜像；组网方便MIEN3105C: 5口百兆网管型嵌入式式交换机，支持2个10/100Base-TX以太网RJ45端口、3个100Base-FX单模或多模光纤接口，以及2路隔离型RS-485/RS-232/CAN总线接口。
Mport1101：单路嵌入式网络延长器，该产品成对使用，提供1路RJ45口和1路DSL口，CO和CPE可通过拨码来设置，采用VDSL2技术，将以太网络信号通过双绞线、电话线、同轴电缆等普通电缆进行长距离传输，可承载IPTV，VoIP等高速率数据传输等业务，在保证业务需求的情况下节约了工程成本。
浅谈MCTP在煤矿工业以太环网中的应用
山西科技
Ｓ Ａ Ｘ ＣＥ Ｃ Ｎ Ｅ Ｈ ＯＤＧ Ｈ Ｎ Ｉ ＩＮ ＥＡ Ｄ Ｔ Ｃ Ｎ Ｉ Ｙ Ｓ
２０ Ｏ８年第 ５期 ９月 ２ ｔ ０Ｅ出版
● 信 息 技术
浅谈 Ｍ Ｔ Ｃ Ｐ在煤矿工业以太环网中的应用
付 贵 宝
（ 原理工 天成 科技 股份有 限公 司 ） 太
度 电话和工业 电视等业务通过一对光纤 实现宽带传输。
关 键 词 ： 矿 ； 业 以 太环 网 ； Ｃ３ 煤 工 Ｍ ３ａ 中图分类号 ： ｌ４ １ ６ ． ｍ 文献标识码 ： Ａ
文章编号 ｔ０４ ４９ ．０ ｝５ Ｏ４— ３ １０ —６２ １０ ８０ 一Ｏ４ ０ ２
目前煤 矿安全生产监控系统基本覆盖矿井各生产环节 ， 一 般包括现场监测控制设备 层 、 产与安全 集 中控 制层 、 生 信息管 理层三个层次 ， 通过 各种矿 用控制器 、 传感器 、 通讯终 端 、 摄像 仪等实现了对综采工作面和矿井运输 、 通风 、 排水 、 供电等设备 和矿井 瓦斯 、 尘等安 全参数 的 自动化监测和控制 。对于大多 煤
的 生产 和安 全 。
目前国 内不 同生产 厂家 的煤矿安 全监控系统组 成及各煤 矿企业 现各子系统建 设均见 图 １ 所示 。系统构架 以集散 型控 制结构 为主； 地面监测 主机通过 串行 总线 与系统线路传输装置 连接 ， 采用串 口轮巡 的方式 与井 下各数 据采集分 站交换数 据 ；
基 于 Ｍ Ｔ 造煤矿工业以太环 网（ 双环 网） 统架构 ， Ｃ Ｐ构 或 系
控制系统 ， 视频图像系统 ， 电话音频系统 ， 统一通过“ 三网合 一” （ 数据网 、 网、 网） 音频 视频 模式 网络进行可靠的信号传 输。 目前在煤 矿行 业 成 熟利 用 的光 纤工 业 以太 环 网主 要有
基于工业以太网和现场总线煤矿电网监控系统分析
基于工业以太网和现场总线煤矿电网监控系统分析煤矿供电质量对矿井安全和正常生产有着直接影响，随着采煤机械化程度的提高，煤矿供配电系统运行的可靠性和合理性显得更为重要。
完善的电力监控系统可以有效地保证井下电网的安全运行，并能实现供电的“移峰填谷”，给煤矿带来巨大的社会和经济效益。
我国很多煤矿所使用的供电系统还都是原始的人工停送电模式，暴露出生产成本和管理模式上的种种不足。
随着电子信息技术、自动化技术和网络技术在煤炭行业应用的逐渐成熟，建立一套基于工业以太网和现场总线的矿井供电监控系统已经是煤炭行业发展的大趋势。
标签：工业以太网；现场总线；电网监控1、工业以太网与现场总线技术1.1 现场总线技术现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。
现场总线控制系统既是一个开放的通信网络，又是一种全分布式的控制系统。
它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及管控一体的综合自动化功能。
1.2 工业以太网技术工业以太网一般是指技术上与商业以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在材质的选用、产品的强度、适用性以及实用性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能够满足工业现场需要的一种以太网，其主要技术特点体现在以下几个方面：1）通信确定性与实时性。
首先，Ethernet的通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小，使网络碰撞机率大大下降。
其次，采用星型网络拓扑结构，Ethernet交换机具有数据存储、转发的功能，使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲，同时交换机还可对网络上传输的数据进行过滤，使每个网段内节点间数据的传输只限在本地网段内进行，从而降低了网络负荷。
基于工业以太网的煤矿安全监控系统研究
基 于工业以太 网煤矿安全监控系统设计的背景是基 于中国
基 于以太网的网络控制系统 突破 了现场总线控制系统的诸
神华能源有限责任公司原万利煤炭分公司的 ４ 个生产矿井各安
全 监控 系统 网络布局基础上的 ，矿井 原有 的安全监控系统网络 布局采用传统的按功能垂直划分 系统 的方式 ，各系统之间无法
多限制， 成为网络控制系统新 的发展方 向， 因此将大大推动以太
网 在 网络 控 制 系统 的应 用 和发 展 ，也 是 下 一 步 网络 控 制 系统 研
究的重点和方 向。目前对基于工业以太网的网络控制系统还缺 乏 系统的研究 ， 还有许多问题有待解决 。
做 到资 源共享 ， 都是单独 的、 独立的一个 网络结构 ， 使得矿井里 各个系统网络布局显得 比较混乱 ， 易于技术人员维护 ， 不 增加 了
氧化碳浓度 、 二氧化碳浓度 、 风速 、 温度 、 溃电状态 、 风门状态、 风
筒状态 、 局部 通 风 机 开 停 、 通 风机 开 停 等 ， 实 现 甲 烷 超 限 声 主 并
光报警 、 断电和甲烷风电闭锁控制等功能 ， 采取了防雷 、 防静电 的措施 ， 因此整个系统在保 障安全 、 提高生产效率等方 面将发挥
障分 析和操作数据 。
等设备和矿井 瓦斯 、 煤尘等安全参数的监测和控制。从国内外 自
动化矿井发展趋势来看 ，煤矿实现矿井煤矿安全监控系统是为
１ 基 于工业 以太 网的煤 矿安全 监控 系统概 述
工业以太网煤矿安全监控系统是符合最新煤矿安全规程要 求的煤矿安全监测监控系统。它作 为整个矿井综合信息系统的
Ｓ ＩＴ Ｃ Ｉ Ｆ ＲＭＡ Ｉ Ｅ Ｅ Ｏ ＭＥ Ｔ＆Ｅ Ｏ Ｏ Ｃ— Ｅ Ｈ Ｏ Ｎ ＴＯＮＤ Ｖ Ｌ Ｐ Ｎ Ｃ Ｎ ＭＹ 文章编号 ：０ ５ ６ ３ （０ １ １－ １０ ０ １０ — ０ ３ ２ １ ） １０ ３ － ３
浅谈工业以太网系统在煤矿行业的建设与应用
换为 网络接 口联 接 Ｔ Ｐ Ｉ Ｃ ／Ｐ网络 。但是 由于煤矿外 部 环境 比较复杂 ， 对时间 的实时性要求 比较 高 ， 普通的 以
太 网交 换 机 不 能 完 全 满 足 需 求 。 ＩＳ ４ ６ 工 业 以太 网 交 换 机 中 的 Ｓ —Ｒｎ 环 Ｅ 一２ 型 Ｗ ｉｇ
Ｒ ２２接 口 ， Ｓ ４ ５接 口 ，Ｃ ／Ｐ网络 接 口等 各 种 Ｓ一 ３ Ｒ 一 ８ ＴＰＩ 各样 的 接 口 ， 是 作 为 一 个 统 一 的 系 统 ， 须 要 将 各 种 但 必 接 口统 一 到 一 个 统 一 的 平 台上 以方 便 管 理 。 由 于互 联 网 的 迅 猛 发 展 ，Ｃ ／Ｐ网 络 已 经 渗 透 到 各 个 行 业 ， Ｔ ＰＩ 现
系统 ， 户 只 需 要 使 用 一 个 统 一 的平 台就 能 管 理 、 览 用 浏 各 种 Ｅ常 业 务 工 作 。 同时 千 兆 环 形 工 业 以太 网 也 为 矿 ｔ 井 今 后 实 现 数 据 、 频 、 频 三 网合 一 提 供 了传 输 网 络 视 音
基础。
在市场上 已经有很 多成熟 的、 将各 种接 口统一 转换 到
效的抑制 网络风暴 ， 每个 电 口带 有 １０ Ｖ电磁隔 离保 ００
ｎｔ 入式 的 Ｉｔ ｎｔ ｅ， 嵌 ｎｅ ｅ 就是通过 Ｉｔｍ ｔ 所有连接 网 ｒ ｎ ｅ， ｅ 使
络的设 备彼此互通互 联。
矿 山用信 息网络一 般处 于矿 山企业 中上层 ， 处理 大量 的变化多样 的信息 ， 具有 高速 、 合的特征 。而矿 综 山用控制 网络 主要位 于企业 中下 层 ， 处理 实时 的现场 信息 ， 具有协议简单 、 容错性强 、 安全可靠 、 成本低 廉等