摘 要：隨著監測預警系統越來越復雜化，具有容錯功能的工業以太網技術意義重大。介紹了一種使用工業以太網技術的監測預警系統，論述了系統組成，系統功能以及網絡系統設計。對網絡系統設計作了詳細介紹。系統在山西同煤集團安裝調試成功。 關鍵字：工業以太網; 監測預警系統; 環TB2 網結構; 結構設計 　　計算機和網絡技術的發展，引發了遠程監測、監控領域深刻的技術變革。系統結構向網絡化、開放性方向發展將是技術發展的主要潮流。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信息共享，給辦公自動化帶來很大的變革，對系統設計產生了深遠的影響。 1. 煤礦監測預警系統組成及系統功能 　　煤礦大型固定設備承擔著礦井的通風、壓風、排水、提升運輸等任務，是保證礦井安全和生產最重要的環節。一方面，由于它們分布在點多面廣的不同區域，安全和生產管理一直處于相對松散的狀態;另一方面，由于對于這些設備的運行監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。根據煤炭行業標準和新版《煤礦安全規程》,本著先進性、可靠性、可拓展性和經濟性的原則，研究開發了“礦用大型固定設備監測預警系統”。系統由三個子系統組成: 　　· 監測預警網絡系統; 　　· 大屏幕投影顯示系統 　　· 數據采集及保護系統 　　系統利用先進的數據信息采集技術和工業以太網技術，將各分站大型固定設備的運行參數、工作和保護狀態等，通過光纜傳送到集中監測中心，在中心通過配以大屏幕電視墻系統，將各監測分站所監測到的實時狀態和參數，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，實現對全礦固定設備安全運行狀態的實時監測預警，并保存設備運行狀態的歷史記錄，而且把該監測預警系統與礦、集團公司的局域網進行聯網，實現將所有信息（包括實時監測預警畫面）通過網絡傳送給特定節點，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的實時信息或歷史信息，實現實時遠程查看，同時起到實時監督和監管的效果，在工作上真正實現現代化管理。系統結構如圖1所示： [align=center] 圖1.監測預警系統總體結構[/align] 　　該套監測預警系統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。系統主要功能如下： 　　· 實時采集，監測各大型固定設備的運行參數、電量參數、工作狀態、保護狀態。 　　· 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。 　　· 具有所監測的大型設備實時數據報表、歷史數據報表功能。 　　· 實現對各大型固定設備機房的實時視頻監測和直通電話功能以及立井井口與井底乘罐點的視頻聯網監測。 　　· 具有與企業局域網聯網功能。通過系統軟件的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和運行參數。 2. 網絡系統設計 　　2.1 工業以太網技術優勢 　　工業環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勢,由于它支持幾乎所有流行的網絡協議,所以在商業系統中被廣泛采用。 　　以太網技術引入工業控制領域，其技術優勢非常明顯：①Ethernet是全開放、全數字化的網絡，遵照網絡協議不同廠商的設備可以很容易實現互聯;②以太網能實現工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的全開放網絡，如圖2，3所示;③通信速率高，隨著企業信息系統規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、視頻數據的傳輸。 　　工業以太網技術是工業自動化應用的發展趨勢，基于實時環形光纖分布的工業以太網絡，結合成熟的遠程I/O模塊和現場總線技術，能為系統遠程數據采集和監測預警提供可靠的整體解決方案。 [align=center] 圖2. 傳統工業控制網絡 圖3. 工業以太網控制網絡[/align] 　　2.2 網絡系統設計原則 　　根據對監測預警網絡的需求，及采用技術的成熟性、可擴充性和發展空間，網絡監測預警系統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.系統能代表當今的先進水平，而且在技術上非常成熟。 　　3.監測預警網絡建設應遵守有關標準和規范，保證網絡系統的開放性和標準化。 　　4.系統應易于維護，提供方便的系統維護、測試和管理的手段。 　　5.包括硬件和軟件在內的網絡監測預警系統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，該系統采用先進工業以太網技術，同時為實現系統的高可靠性，主干網采用光纖實時環形工業以太網絡，信息傳輸速度可達100M，結合遠程I/O模塊和現場總線技術，實現分布式遠程信息監測預警。整個系統包括一個監測預警總站和多個監測預警分站以及網絡視頻和數字語音。系統軟件采用組態軟件，通過工業以太網絡將各遠程監測預警信息傳送到總站和各分站。為保證既能實現監測預警系統與企業局域網的聯網，又不會使監測預警系統招致外來的黑客和病毒的侵害，在與企業局域網之間安設可靠的防火墻（如圖1所示）。 　　2.3 網絡系統設計描述 　　主干環型光纖網根據需要覆蓋整個礦區的大型固定設備區域，監控總站有中心主機、工業管理交換機、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，構成遠程分布計算機網絡監測預警系統。系統的主干網采用100M的工業以太網技術，用以保證各監測數據、視頻圖像和語音信息進行高速傳輸和交換，保證系統的實時性。主干網的連接采用光纖分布式數據接口（FDDI），交換機采用美國SIXNET公司的ET-5RS-4SC工業以太網絡交換機。 　　四臺礦大型固定設備監測預警系統設置監測預警中心一個和16個監測分站，根據四臺礦需監測預警的大型固定設備分布和監測分站的安設狀況，按照光纖實時環形工業以太網絡的設計思想設計。 　　四臺礦需要監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的7臺給煤機，3部運銷皮帶機共38臺設備，16個監測分站。監測預警分站按照需監測的大型設備可分為5類: 提升絞車監測預警分站，空壓機監測預警分站，主扇監測預警分站，主排水泵監測預警分站，主運輸皮帶機監測預警分站。現以主扇檢測分站為例來介紹分站結構。 　　系統通過實時環工業以太網交換機接入主干網，現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，監控計算機。軟件則采用組太軟件。 　　2.4 網絡監測預警系統設備簡介 　　Ethernet TCP/IP 是完全開放的通訊方式，SIXNET 實時環網以太網交換機是以太網技術的突破性成就。其提供容錯的環網，因而在工業網絡系統中意義非凡。無需使用功能復雜而且昂貴的管理級工業以太網交換機，SIXNET 實時環網以太網交換機就能構建穩定可靠的網絡。SIXNET 實時環網以太網交換機可以穩定可靠的傳送數據，節省用戶的費用。 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），系統采用多級隔離技術，確保系統可靠性：現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測預警網絡系統。在環境惡劣、人員設備分散、有特殊安裝要求的礦井建立具有開放協議的工業數字網絡系統，傳輸安全監測數據、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。系統主干采用工業環型光纖以太網絡，通過智能接口與各現場監測分站、網絡視頻系統、工業電視系統、直通電話系統等連接，實現數據網、語音網和視頻圖像網三網合一。設計的監測預警系統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.工業以太環網在煉鋼廠的應用[J].微計算機信息，2007，20-1：79-81。 　　2. 李正軍. 現場總線與工業以太網及其應用系統設計[M]. 人民郵電出版社,2006.2 　　3. 蔡忠勇. 現場總線與工業以太網產品手冊[M]. 機械工業出版社,2007.3 　　4. 黎連業, 及延輝, 朱衛東. 入侵防范電視監控系統設計與施工技術[M]. 電子工業出版社, 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，北京工業大學機械工程與應用電子技術學院。