摘 要：隨著監(jiān)測預警系統(tǒng)越來越復雜化，具有容錯功能的工業(yè)以太網技術意義重大。介紹了一種使用工業(yè)以太網技術的監(jiān)測預警系統(tǒng)，論述了系統(tǒng)組成，系統(tǒng)功能以及網絡系統(tǒng)設計。對網絡系統(tǒng)設計作了詳細介紹。系統(tǒng)在山西同煤集團安裝調試成功。 關鍵字：工業(yè)以太網; 監(jiān)測預警系統(tǒng); 環(huán)TB2 網結構; 結構設計 　　計算機和網絡技術的發(fā)展，引發(fā)了遠程監(jiān)測、監(jiān)控領域深刻的技術變革。系統(tǒng)結構向網絡化、開放性方向發(fā)展將是技術發(fā)展的主要潮流。以太網作為目前應用最為廣泛的局域網技術，在工業(yè)自動化和過程控制領域得到了越來越多的應用。依靠以太網技術實現(xiàn)信息共享，給辦公自動化帶來很大的變革，對系統(tǒng)設計產生了深遠的影響。 1. 煤礦監(jiān)測預警系統(tǒng)組成及系統(tǒng)功能 　　煤礦大型固定設備承擔著礦井的通風、壓風、排水、提升運輸?shù)热蝿?，是保證礦井安全和生產最重要的環(huán)節(jié)。一方面，由于它們分布在點多面廣的不同區(qū)域，安全和生產管理一直處于相對松散的狀態(tài);另一方面，由于對于這些設備的運行監(jiān)控還是停留在簡單的人工看表，定時記錄的方式上，技術手段非常落后。 　　為了進一步提高和完善機電和安全管理手段，提升機電安全管理水平。根據(jù)煤炭行業(yè)標準和新版《煤礦安全規(guī)程》,本著先進性、可靠性、可拓展性和經濟性的原則，研究開發(fā)了“礦用大型固定設備監(jiān)測預警系統(tǒng)”。系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)組成: 　　· 監(jiān)測預警網絡系統(tǒng); 　　· 大屏幕投影顯示系統(tǒng) 　　· 數(shù)據(jù)采集及保護系統(tǒng) 　　系統(tǒng)利用先進的數(shù)據(jù)信息采集技術和工業(yè)以太網技術，將各分站大型固定設備的運行參數(shù)、工作和保護狀態(tài)等，通過光纜傳送到集中監(jiān)測中心，在中心通過配以大屏幕電視墻系統(tǒng)，將各監(jiān)測分站所監(jiān)測到的實時狀態(tài)和參數(shù)，并充分運用圖形直觀的特點，同步顯示到分站顯示器和中心的電視墻上，實現(xiàn)對全礦固定設備安全運行狀態(tài)的實時監(jiān)測預警，并保存設備運行狀態(tài)的歷史記錄，而且把該監(jiān)測預警系統(tǒng)與礦、集團公司的局域網進行聯(lián)網，實現(xiàn)將所有信息（包括實時監(jiān)測預警畫面）通過網絡傳送給特定節(jié)點，甚至可以上傳至網內任意一臺電腦，在辦公室即可隨時看到設備運行狀態(tài)的實時信息或歷史信息，實現(xiàn)實時遠程查看，同時起到實時監(jiān)督和監(jiān)管的效果，在工作上真正實現(xiàn)現(xiàn)代化管理。系統(tǒng)結構如圖1所示： [align=center] 圖1.監(jiān)測預警系統(tǒng)總體結構[/align] 　　該套監(jiān)測預警系統(tǒng)將高新技術運用于大型設備的安全運行管理，提高大型設備的自動化管理手段，全面提升礦井的機電安全管理水平。系統(tǒng)主要功能如下： 　　· 實時采集，監(jiān)測各大型固定設備的運行參數(shù)、電量參數(shù)、工作狀態(tài)、保護狀態(tài)。 　　· 具有設備故障或模擬量超限報警功能，以保證設備的安全正常運行。 　　· 具有所監(jiān)測的大型設備實時數(shù)據(jù)報表、歷史數(shù)據(jù)報表功能。 　　· 實現(xiàn)對各大型固定設備機房的實時視頻監(jiān)測和直通電話功能以及立井井口與井底乘罐點的視頻聯(lián)網監(jiān)測。 　　· 具有與企業(yè)局域網聯(lián)網功能。通過系統(tǒng)軟件的Web Server功能，經服務器軟件授權的用戶可以通過IE瀏覽器查詢各大型設備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)。 2. 網絡系統(tǒng)設計 　　2.1 工業(yè)以太網技術優(yōu)勢 　　工業(yè)環(huán)型光纖以太網具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢,由于它支持幾乎所有流行的網絡協(xié)議,所以在商業(yè)系統(tǒng)中被廣泛采用。 　　以太網技術引入工業(yè)控制領域，其技術優(yōu)勢非常明顯：①Ethernet是全開放、全數(shù)字化的網絡，遵照網絡協(xié)議不同廠商的設備可以很容易實現(xiàn)互聯(lián);②以太網能實現(xiàn)工業(yè)控制網絡與企業(yè)信息網絡的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開放網絡，如圖2，3所示;③通信速率高，隨著企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)模的擴大和復雜程度的提高，對信息量的需求也越來越大，有時甚至需要音頻、視頻數(shù)據(jù)的傳輸。 　　工業(yè)以太網技術是工業(yè)自動化應用的發(fā)展趨勢，基于實時環(huán)形光纖分布的工業(yè)以太網絡，結合成熟的遠程I/O模塊和現(xiàn)場總線技術，能為系統(tǒng)遠程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測預警提供可靠的整體解決方案。 [align=center] 圖2. 傳統(tǒng)工業(yè)控制網絡 圖3. 工業(yè)以太網控制網絡[/align] 　　2.2 網絡系統(tǒng)設計原則 　　根據(jù)對監(jiān)測預警網絡的需求，及采用技術的成熟性、可擴充性和發(fā)展空間，網絡監(jiān)測預警系統(tǒng)的整體設計原則如下： 　　1.網絡應提供應急設施，并具備自動調整和自動恢復的能力，以避免整個網絡的癱瘓。 　　2.系統(tǒng)能代表當今的先進水平，而且在技術上非常成熟。 　　3.監(jiān)測預警網絡建設應遵守有關標準和規(guī)范，保證網絡系統(tǒng)的開放性和標準化。 　　4.系統(tǒng)應易于維護，提供方便的系統(tǒng)維護、測試和管理的手段。 　　5.包括硬件和軟件在內的網絡監(jiān)測預警系統(tǒng)必須具備良好的兼容性和可擴充性。 　　6.網絡的安全措施應是能全方位地針對各種不同的威脅。 　　為此，該系統(tǒng)采用先進工業(yè)以太網技術，同時為實現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性，主干網采用光纖實時環(huán)形工業(yè)以太網絡，信息傳輸速度可達100M，結合遠程I/O模塊和現(xiàn)場總線技術，實現(xiàn)分布式遠程信息監(jiān)測預警。整個系統(tǒng)包括一個監(jiān)測預警總站和多個監(jiān)測預警分站以及網絡視頻和數(shù)字語音。系統(tǒng)軟件采用組態(tài)軟件，通過工業(yè)以太網絡將各遠程監(jiān)測預警信息傳送到總站和各分站。為保證既能實現(xiàn)監(jiān)測預警系統(tǒng)與企業(yè)局域網的聯(lián)網，又不會使監(jiān)測預警系統(tǒng)招致外來的黑客和病毒的侵害，在與企業(yè)局域網之間安設可靠的防火墻（如圖1所示）。 　　2.3 網絡系統(tǒng)設計描述 　　主干環(huán)型光纖網根據(jù)需要覆蓋整個礦區(qū)的大型固定設備區(qū)域，監(jiān)控總站有中心主機、工業(yè)管理交換機、視頻圖像服務器、語音網關及其它共享的辦公設備，通過主干網互聯(lián)，構成遠程分布計算機網絡監(jiān)測預警系統(tǒng)。系統(tǒng)的主干網采用100M的工業(yè)以太網技術，用以保證各監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻圖像和語音信息進行高速傳輸和交換，保證系統(tǒng)的實時性。主干網的連接采用光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI），交換機采用美國SIXNET公司的ET-5RS-4SC工業(yè)以太網絡交換機。 　　四臺礦大型固定設備監(jiān)測預警系統(tǒng)設置監(jiān)測預警中心一個和16個監(jiān)測分站，根據(jù)四臺礦需監(jiān)測預警的大型固定設備分布和監(jiān)測分站的安設狀況，按照光纖實時環(huán)形工業(yè)以太網絡的設計思想設計。 　　四臺礦需要監(jiān)測預警的大型固定設備包括12臺主通風機，2臺提升絞車，5臺主排水泵，4臺空壓機;1部主提升皮帶機、4部大巷皮帶機以及與它們相關聯(lián)的7臺給煤機，3部運銷皮帶機共38臺設備，16個監(jiān)測分站。監(jiān)測預警分站按照需監(jiān)測的大型設備可分為5類: 提升絞車監(jiān)測預警分站，空壓機監(jiān)測預警分站，主扇監(jiān)測預警分站，主排水泵監(jiān)測預警分站，主運輸皮帶機監(jiān)測預警分站。現(xiàn)以主扇檢測分站為例來介紹分站結構。 　　系統(tǒng)通過實時環(huán)工業(yè)以太網交換機接入主干網，現(xiàn)場設備主要有以太網I/O集中器，16路模擬量輸入模塊，8路開關量輸入模塊，混合輸入輸出模塊，電源模塊，監(jiān)控計算機。軟件則采用組太軟件。 　　2.4 網絡監(jiān)測預警系統(tǒng)設備簡介 　　Ethernet TCP/IP 是完全開放的通訊方式，SIXNET 實時環(huán)網以太網交換機是以太網技術的突破性成就。其提供容錯的環(huán)網，因而在工業(yè)網絡系統(tǒng)中意義非凡。無需使用功能復雜而且昂貴的管理級工業(yè)以太網交換機，SIXNET 實時環(huán)網以太網交換機就能構建穩(wěn)定可靠的網絡。SIXNET 實時環(huán)網以太網交換機可以穩(wěn)定可靠的傳送數(shù)據(jù)，節(jié)省用戶的費用。 ST-GT-1210控制器是高端的過程控制器，具有功能強大的通信與編程能力使得它特別適合過程控制。 　　SIXNET提供SEATRAK本地I/O、EtherTRAK 以太網I/O以及RemoteTRAK遠程I/O三類I/O模塊，以滿足用戶的集中或分布式I/O需求。模擬量輸入有12-16位分辨率，經過工廠標定的精度優(yōu)于0.025%。所有設定通過SIXNET提供的Windows軟件工具進行，I/O掃描不需要另外編程。支持熱插拔（上電情況可去掉或替換模塊）。此時只有去掉的模塊離線，不影響其他模塊工作。更換模塊不需要重新設置和重新標定。SIXNET I/O模塊具有高可靠性，可達平均73萬小時MTBF（平均無故障時間），系統(tǒng)采用多級隔離技術，確保系統(tǒng)可靠性：現(xiàn)場接線與內部電路隔離，模塊間隔離，確保無故障運行，通道間隔離，適應不同信號，通信端口隔離。 3. 結論 　　本文作者的創(chuàng)新點是采用計算機網絡、光纖通信等先進技術設計礦用大型固定設備監(jiān)測預警網絡系統(tǒng)。在環(huán)境惡劣、人員設備分散、有特殊安裝要求的礦井建立具有開放協(xié)議的工業(yè)數(shù)字網絡系統(tǒng)，傳輸安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、語音信息、視頻圖象信息，為煤礦的綜合自動化提供可靠的高速信息平臺。系統(tǒng)主干采用工業(yè)環(huán)型光纖以太網絡，通過智能接口與各現(xiàn)場監(jiān)測分站、網絡視頻系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、直通電話系統(tǒng)等連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)網、語音網和視頻圖像網三網合一。設計的監(jiān)測預警系統(tǒng)在山西同煤集團四臺礦安裝，調試完成，并已成功運用到生產管理過程中。 參考文獻： 　　1. 劉敏.工業(yè)以太環(huán)網在煉鋼廠的應用[J].微計算機信息，2007，20-1：79-81。 　　2. 李正軍. 現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網及其應用系統(tǒng)設計[M]. 人民郵電出版社,2006.2 　　3. 蔡忠勇. 現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網產品手冊[M]. 機械工業(yè)出版社,2007.3 　　4. 黎連業(yè), 及延輝, 朱衛(wèi)東. 入侵防范電視監(jiān)控系統(tǒng)設計與施工技術[M]. 電子工業(yè)出版社, 2005.7 作者簡介： 　　陳勝榮，男，1981年出生，漢族，江蘇南通人，碩士研究生。 　　陳雙葉，男，博士，北京工業(yè)大學電子信息與控制工程學院。 　　付勝，男，博士，副教授，北京工業(yè)大學機械工程與應用電子技術學院。